HVAD ER EN ISTID?

Send

Forskere har i nogen tid vidst, at Jorden gennemgår cyklusser af klimaforandringer. På grund af ændringer i Jordens kredsløb, geologiske faktorer og / eller ændringer i solproduktion, oplever Jorden lejlighedsvis markante reduktioner i dens overflade og atmosfæriske temperaturer. Dette resulterer i langvarige glacieringsperioder eller hvad der mere kaldes en "istid".

Disse perioder er kendetegnet ved vækst og ekspansion af islag over jordoverfladen, der forekommer hvert par millioner år. Per definition er vi stadig i den sidste store istid - der begyndte i den sene Pliocen-epoke (ca. 2,58 millioner år siden) - og befinder os i øjeblikket i en interglacial periode, kendetegnet ved tilbagetrækning af gletsjere.

Definition:

Mens udtrykket "istid" engang bruges liberalt til at henvise til kolde perioder i jordens historie, har dette en tendens til at tro på kompleksiteten i isperioder. Den mest nøjagtige definition ville være, at istider er perioder, hvor isark og gletschere ekspanderer over hele planeten, hvilket svarer til betydelige fald i globale temperaturer og kan vare i millioner af år.

I en istid er der betydelige temperaturforskelle mellem ækvator og poler, og det er også vist, at temperaturer ved dybhavsniveauer falder. Dette gør det muligt for store gletsjere (sammenlignelige med kontinenter) at udvide sig, hvilket dækker meget af planets overfladeareal. Siden den før-kambriske æra (ca. 600 millioner år siden) har istiden forekommet med store rumintervaller omkring 200 millioner år.

Studiens historie:

Den første videnskabsmand, der teoretiserede om tidligere gletscherperioder, var det schweiziske ingeniør og geograf fra det 18. århundrede Pierre Martel. I 1742, mens han besøgte en alpindal, skrev han om spredning af store klipper i uberegnelige formationer, som de lokale tilskrev gletsjere, der en gang havde strækket sig meget længere. Lignende forklaringer begyndte at dukke op i de efterfølgende årtier for lignende mønstre for buldrefordeling i andre dele af verden.

Fra midten af 1700-tallet begyndte europæiske forskere i stigende grad at overveje is som et middel til at transportere stenet materiale. Dette omfattede tilstedeværelsen af stenblokke i kystområder i de baltiske stater og den skandinaviske halvø. Imidlertid var det den dansk-norske geolog Jens Esmark (1762-1839), der først argumenterede for eksistensen af en række verdensomspændende istider.

Denne teori blev detaljeret i et papir, han udgav i 1824, hvor han foreslog, at ændringer i Jordens klima (som skyldtes ændringer i dens bane) var ansvarlige. Dette blev fulgt i 1832 af den tyske geolog og skovbrugsprofessor Albrecht Reinhard Bernhardi, der spekulerede i, hvordan de polære iskapper en gang måske har nået så langt som de tempererede zoner i verden.

På samme tid begyndte den tyske botaniker Karl Friedrich Schimper og den schweizisk-amerikanske biolog Louis Agassiz uafhængigt af at udvikle deres egen teori om global glaciation, hvilket førte til, at Chimper betegnede udtrykket ”istid” i 1837. I slutningen af det 19. århundrede blev istidsteorien gradvis begyndte at få bred accept af forestillingen om, at Jorden gradvis afkøles fra sin oprindelige smeltede tilstand.

I det 20. århundrede udviklede den serbiske polymath Milutin Milankovic sit koncept om Milankovic-cyklusser, der forbundne langsigtede klimaændringer med periodiske ændringer i jordens bane omkring solen. Dette gav en påviselig forklaring på istidene og lod forskere give forudsigelser om, hvornår der kan forekomme betydelige ændringer i Jordens klima igen.

Bevis for istid:

Der er tre former for bevis for istidsteori, der spænder fra det geologiske og det kemiske til det paleontologiske (dvs. fossilprotokollen). Hver har sine særlige fordele og ulemper, og har hjulpet videnskabsmænd med at udvikle en generel forståelse af effekten istiden har haft på den geologiske rekord i de sidste par milliarder år.

Geologisk: Geologiske beviser inkluderer kløning og ridning af klipper, udskårne dale, dannelse af særegne rygtyper og deponering af ikke-konsolideret materiale (moræner) og store klipper i uberegnelige formationer. Mens denne slags bevis er, hvad der førte til istidsteori i første omgang, forbliver den temperamentsfuld.

For det første har på hinanden følgende glaciationperioder forskellige effekter på en region, der har en tendens til at fordreje eller slette geologisk bevis over tid. Derudover er geologiske beviser vanskelige at datere nøjagtigt, hvilket skaber problemer, når det gælder om at få en nøjagtig vurdering af, hvor længe is- og mellemglaciale perioder har varet.

Kemisk: Dette består stort set af variationer i forholdet mellem isotoper i fossiler fundet i sediment og stenprøver. I mere nyere isperioder bruges iskerner til at konstruere en global temperaturrekord, stort set fra tilstedeværelsen af tungere isotoper (hvilket fører til højere fordampningstemperaturer). De indeholder ofte også luftbobler, som undersøges for at vurdere atmosfærens sammensætning på det tidspunkt.

Begrænsninger opstår dog af forskellige faktorer. Blandt disse er isotopforhold, der kan have en forvirrende effekt på nøjagtig datering. Men hvad angår de seneste is- og interglaciale perioder (dvs. i løbet af de sidste par millioner år), forbliver iskerne og havsedimentets kerneprøver den mest pålidelige form for bevis.

Paleontological: Dette bevis består af ændringer i den geografiske distribution af fossiler. Grundlæggende bliver organismer, der trives i varmere forhold, udryddet i isperioder (eller bliver meget begrænsede på lavere breddegrader), mens koldtilpassede organismer trives i disse samme breddegrader. Ergo, reducerede mængder fossiler i højere breddegrader er en indikation af spredningen af isisplader.

Dette bevis kan også være vanskeligt at fortolke, fordi det kræver, at fossilerne er relevante for den geologiske periode, der undersøges. Det kræver også, at sedimenter over store breddegrader og lange perioder viser en tydelig korrelation (på grund af ændringer i jordskorpen over tid). Derudover er der mange gamle organismer, der har vist evnen til at overleve ændringer i forhold i millioner af år.

Som et resultat stoler forskere på en kombineret tilgang og flere bevislinjer, hvor det er muligt.

Årsager til istiden:

Den videnskabelige konsensus er, at flere faktorer bidrager til istidens begyndelse. Disse inkluderer ændringer i Jordens kredsløb omkring solen, bevægelsen af tektoniske plader, variationer i solens output, ændringer i atmosfærisk sammensætning, vulkansk aktivitet og endda virkningen af store meteoritter. Mange af disse hænger sammen, og den nøjagtige rolle, som hvert skuespil er underlagt debat.

Jordens Orbit: I det væsentlige er Jordens kredsløb omkring solen underlagt cykliske variationer over tid, et fænomen også kendt som Milankovic (eller Milankovitch) cyklusser. Disse er kendetegnet ved skiftende afstande fra Solen, præcessionen af Jordens akse og skiftende hældning af Jordens akse - som alle resulterer i en omfordeling af sollys, som Jorden modtager.

Det mest overbevisende bevis for Milankovic-orbitaltvingning svarer tæt til den seneste (og studerede) periode i Jordens historie (ca. i løbet af de sidste 400.000 år). I denne periode er timingen af is- og mellemglaciale perioder så tæt på ændringer i Milankovic-orbitaltvingningsperioder, at det er den mest accepterede forklaring på den sidste istid.

Tektoniske plader:Den geologiske registrering viser en tilsyneladende sammenhæng mellem istidens begyndelse og jordens kontinenters position. I disse perioder befandt de sig i positioner, der forstyrrede eller blokerede for strømmen af varmt vand til polerne, hvorved der blev dannet isark.

Dette øgede igen Jordens albedo, hvilket reducerer mængden af solenergi, der absorberes af Jordens atmosfære og skorpe. Dette resulterede i en positiv feedbacksløjfe, hvor fremskridt af isark yderligere øgede Jordens albedo og muliggjorde mere afkøling og mere glaciation. Dette ville fortsætte, indtil begyndelsen af en drivhuseffekt sluttede glacieringsperioden.

Baseret på tidligere istidstider er der identificeret tre konfigurationer, der kunne føre til en istid - et kontinent, der sidder på jordens pol (som Antarktis gør i dag); et polært hav, der er landlåst (som det arktiske hav er i dag); og et superkontinent, der dækker det meste af ækvator (som Rodinia gjorde i Cryogenian-perioden).

Derudover mener nogle videnskabsmænd, at bjergkæden Himalaya - som dannede sig for 70 millioner år siden - har spillet en stor rolle i den seneste istid. Ved at øge Jordens samlede nedbør har det også øget hastigheden, med hvilken CO² er blevet fjernet fra atmosfæren (hvorved drivhuseffekten reduceres). Dets eksistens har også paralleliseret det langsigtede fald i Jordens gennemsnitstemperatur i de sidste 40 millioner år.

Atmosfærisk sammensætning: Der er bevis for, at niveauer af drivhusgasser falder med fremskridt af isark og stiger med deres tilbagetog. I henhold til "Snowball Earth" -hypotesen - hvor is helt eller meget næsten dækkede planeten mindst en gang tidligere - sluttede istiden for det sene Proterozoic med en stigning i CO²-niveauer i atmosfæren, som blev tilskrevet vulkansk udbrud.

Der er dog dem, der antyder, at øgede niveauer af kuldioxid kan have tjent som en feedbackmekanisme snarere end årsagen. For eksempel producerede et internationalt team af videnskabsfolk i 2009 en undersøgelse - med titlen “The Last Glacial Maximum” - der tydede på, at en stigning i solbestråling (dvs. energi absorberet fra solen) gav den første ændring, hvorimod drivhusgasser tegnede sig for ændringens størrelse.

Store isalder:

Videnskabsmænd har bestemt, at mindst fem store istider fandt sted i Jordens historie. Disse inkluderer Huronian, Cryogenian, Andes-Sahara, Karoo og Qauternary istid. Huronian istid er dateret til den tidlige Protzerozoic Eon, for ca. 2,4 til 2,1 milliarder år siden, baseret på geologisk bevis observeret nord og nordøst for Huron-søen (og korreleret med aflejringer fundet i Michigan og Western Australia).

Den kryogene istid varede fra ca. 850 til 630 millioner år siden og var måske den mest alvorlige i Jordens historie. Det menes, at i denne periode nåede de isisplader ækvator, hvilket førte til et ”Snowball Earth” -scenarie. Det menes også, at det sluttede på grund af en pludselig stigning i vulkansk aktivitet, der udløste en drivhuseffekt, skønt (som bemærket) dette er genstand for debat.

Istiden Andes-Sahara skete under den sene ordovicier og den siluriske periode (for ca. 460 til 420 millioner år siden). Som navnet antyder, er beviserne her baseret på geologiske prøver, der er taget fra bjergkæden Tassili n'Ajjer i den vestlige Sahara, og korreleret med bevis hentet fra den Andinske bjergkæde i Sydamerika (samt den arabiske halvø og syd Amazon bassin).

Karoo-istiden tilskrives udviklingen af landplanter i begyndelsen af Devon-perioden (ca. 360 til 260 millioner år siden), hvilket forårsagede en langsigtet stigning i planetarisk iltniveauer og en reduktion i CO²-niveauer - hvilket førte til global afkøling. Det er opkaldt efter sedimentære aflejringer, der blev opdaget i Karoo-regionen i Sydafrika, med korrelerende beviser fundet i Argentina.

Den nuværende istid, kendt som Pliocen-kvartær glaciation, begyndte for omkring 2,58 millioner år siden under den sene Pliocen, da spredningen af isark på den nordlige halvkugle begyndte. Siden da har verden oplevet adskillige is- og interglaciale perioder, hvor isark fremrykker og trækker sig tilbage på tidsskalaer fra 40.000 til 100.000 år.

Jorden er i øjeblikket i en interglacial periode, og den sidste glacial periode sluttede for ca. 10.000 år siden. Hvad der er tilbage af de kontinentale isark, der engang strækkede sig over kloden, er nu begrænset til Grønland og Antarktis såvel som mindre gletsjere - som den der dækker Baffin Island.

Antropogen klimaændring:

Den nøjagtige rolle, der spilles af alle de mekanismer, som istiden tilskrives - dvs. orbitaltvingning, soltvingning, geologisk og vulkansk aktivitet - er endnu ikke helt forstået. I betragtning af rollen som kuldioxid og andre drivhusgasemissioner har der imidlertid været stor bekymring i de seneste årtier, hvilke langsigtede virkninger menneskelig aktivitet vil have på planeten.

For eksempel antages stigninger og fald i mindst to store istider, Cryogenian og Karoo Ice Ages, at de atmosfæriske drivhusgasser har spillet en stor rolle. I alle andre tilfælde, hvor orbitaltvingning menes at være den primære årsag til en istid, var øgede drivhusgasudledninger stadig ansvarlige for den negative feedback, der førte til endnu større stigninger i temperaturen.

Tilsætningen af CO2 af menneskelig aktivitet har også spillet en direkte rolle i klimatiske ændringer, der finder sted rundt om i verden. I øjeblikket udgør forbrænding af fossile brændstoffer af mennesker den største kilde til emissioner af kuldioxid (ca. 90%) på verdensplan, som er en af de vigtigste drivhusgasser, der tillader strålingskraft (også kendt som drivhuseffekten).

I 2013 meddelte National Oceanic and Atmospheric Administration, at CO²-niveauer i den øvre atmosfære nåede 400 dele pr. Million (ppm) for første gang siden målingerne startede i det 19. århundrede. Baseret på den aktuelle hastighed, hvor emissionerne vokser, estimerer NASA, at kulstofniveauerne kan nå mellem 550 til 800 ppm i det kommende århundrede.

Hvis det tidligere scenario er tilfældet, forventer NASA en stigning på 2,5 ° C (4,5 ° F) i gennemsnitlige globale temperaturer, hvilket ville være bæredygtigt. Skulle det sidstnævnte scenario imidlertid vise sig at være tilfældet, vil de globale temperaturer stige med et gennemsnit på 4,5 ° C (8 ° F), hvilket ville gøre livet uholdbart for mange dele af planeten. Af denne grund søges der alternativer til udvikling og udbredt kommerciel vedtagelse.

Hvad mere er, ifølge en 2012-undersøgelse, der blev offentliggjort i Naturgeovidenskab- med titlen "Bestemmelse af den aktuelle længde af den nuværende interglacial" - menneskelige emissioner af CO² forventes også at udsætte den næste istid. Ved hjælp af data om Jordens bane til at beregne længden af interglacial perioder konkluderede forskerteamet, at den næste is (forventet om 1500 år) ville kræve atmosfæriske CO²-niveauer for at forblive under omkring 240 ppm.

At lære mere om de længere istider såvel som de kortere isperioder, der har fundet sted i Jordens fortid, er et vigtigt skridt i retning af at forstå, hvordan Jordens klima ændrer sig over tid. Dette er især vigtigt, da forskere forsøger at bestemme, hvor meget af moderne klimaændringer, der er menneskeskabte, og hvilke mulige modforanstaltninger der kan udvikles.

Vi har skrevet mange artikler om Ice Age for Space Magazine. Her er den nye undersøgelse afslører lille istid drevet af vulkanisme, drev en dræber-asteroide planeten ind i en istid? Var der en slushball-jord? Og kommer Mars ud af en istid?

Hvis du gerne vil have mere info om Jorden, kan du tjekke NASAs vejledning til solsystem til efterforskning på Jorden. Og her er et link til NASAs jordobservatorium.

Vi har også indspillet en episode af Astronomy Cast alt om planeten Jorden. Lyt her, Afsnit 51: Jorden og Afsnit 308: Klimaændring.

Kilde: