На протяжении всего своего существования в разные периоды, которые длились миллионы лет, Земля была покрыта километровым полярным ледяным щитом и горными ледниками. Темой этого списка станут ледниковые периоды, характеризующиеся очень холодными климатическими условиями и наличием льда, простирающегося так далеко, как может видеть глаз.
10. Что такое ледниковый период?
Хотите верьте, хотите, нет, но определение ледникового периода не так однозначно, как могут подумать некоторые. Конечно, мы можем охарактеризовать его как период, когда глобальные температуры были намного ниже, чем сегодня, и когда оба полушария покрыты толщей льда, простирающимся на тысячи миль к экватору.
Однако проблема с этим определением состоит в том, что он описывает любой ледниковый период с сегодняшней точки зрения и фактически не учитывает всю планетарную историю. Кто может сказать, что сегодня мы не живем в условиях более низких температур, чем средняя? В этом случае мы фактически находимся в ледниковом периоде прямо сейчас. Лишь некоторые ученые, которые посвятили свою жизнь изучению таких явлений, могут это подтвердить. Да, мы на самом деле живем в ледниковом периоде, и мы убедимся в этом через минуту.
Лучшим определением ледникового периода было бы то, что это длительный период времени, когда атмосфера и поверхность планеты имеют низкую температуру, что приводит к наличию полярных ледяных щитов и горных ледников. Это может продолжаться несколько миллионов лет, в течение которых также существуют периоды оледенения, характеризующиеся ледяным покровом и ростом ледников на поверхности планеты, а также межледниковыми периодами – интервалами, длящимися несколько тысяч лет, когда лед отступает, и становится теплее. Другими словами, то, что мы знаем как «последний ледниковый период», является, по сути, одной из таких стадий оледенения, частью более крупного ледникового периода Плейстоцена, и в настоящее время мы находимся в межледниковом периоде, известном как Голоцен, который начался около 11 700 лет назад.
9. Что вызывает ледниковый период?
На первый взгляд, ледниковый период похож на какое-то глобальное потепление в обратную сторону. Это в определенной степени так, но есть несколько других факторов, которые могут инициировать и способствовать началу ледникового периода. Важно отметить, что изучение ледниковых периодов началось не так давно, и наше понимание этого процесса еще не полное. Тем не менее, существует некоторый научный консенсус по нескольким факторам, которые вносят вклад в начало ледникового периода.
Одним из таких очевидных факторов является уровень парниковых газов в атмосфере. Есть свидетельства того, что концентрация этих газов в воздухе растет и снижается вместе с отступлением и ростом ледяных щитов. Но некоторые утверждают, что эти газы не обязательно запускают каждый ледниковый период и влияют только на его суровость.
Другим ключевым фактором, играющим важную роль, являются тектонические плиты. Геологические записи указывают на корреляцию между положением континентов и началом ледникового периода. Это означает, что в определенном положении континенты могут препятствовать так называемому Глобальному океаническому конвейеру - глобальной системе течений, которые переносят холодную воду от полюсов к экватору и наоборот.
Континенты также могут находиться прямо на вершине полюса, как Антарктида сегодня, или привести к тому, что полярные водоемы будут полностью или частично окружены сушей, как Северный Ледовитый океан. Оба этих фактора способствуют ледообразованию. Континенты могут также собираться вокруг экватора, блокируя океанские течения, что приводит к ледниковому периоду.
Именно так произошло во время Криогенного периода, когда суперконтинент Родиния покрыл большую часть экватора. Некоторые специалисты даже говорят, что Гималаи сыграли важную роль в нынешнем ледниковом периоде. После того, как эти горы начали формироваться около 70 миллионов лет назад, они способствовали увеличению осадков на планете, что, в свою очередь, привело к неуклонному снижению CO2 в воздухе.
Наконец, у нас есть орбиты, по которым движется Земля. Это также частично объясняет периоды оледенения и межледниковые периоды в течение любого конкретного ледникового периода. Земля испытывает ряд периодических изменений во время кругового движения вокруг Солнца, которые называют Циклами Миланковича (Milankovitch Cycles). Первый из этих циклов - эксцентриситет Земли, который характеризуется формой орбиты нашей планеты вокруг Солнца.
Каждые 100 000 лет или около того орбита Земли становится более или менее похожей на эллипс, это означает, что она получит больше или меньше солнечных лучей. Второй из этих циклов – наклон оси планеты, который в среднем изменяется на несколько градусов каждые 41 000 лет. Этот наклон влияет на времена года на Земле и разницу в солнечном излучении, получаемом полюсами и экватором. В-третьих, у нас есть прецессия Земли, которая выражается колебанием, когда Земля вращается вокруг своей оси. Это происходит примерно каждые 23 000 лет и приводит к тому, что зима в Северном полушарии произойдет, когда Земля будет дальше от Солнца, а лето - когда она будет ближе всего к Солнцу. Если это происходит, разница в степени выраженности между сезонами будет больше, чем сегодня. Помимо этих основных факторов, мы также иногда можем страдать от недостатка пятен на солнце, ударов крупных метеоритов, сильнейших извержений вулканов или ядерных войн, которые в числе прочего потенциально могут привести к началу ледникового периода.
8. Почему они продолжаются так долго?
Мы знаем, что ледниковые периоды обычно длятся миллионы лет. Причину этого можно объяснить с помощью феномена, известного как альбедо. Это отражательная способность поверхности Земли, когда речь идет о коротковолновом излучении Солнца. Другими словами, чем больше поверхности нашей планеты покрыто белым льдом и снегом, тем больше солнечное излучение отражается назад в космос, и тем холоднее становится на Земле. Это приводит к появлению еще большего количества льда и еще большей отражательной способности в цикле положительной обратной связи, который длится миллионы лет. Это одна из причин, почему так важно, чтобы лед Гренландии оставался там, где он есть. Потому что, если этого не произойдет, отражательная способность острова уменьшится, что приведет к росту глобальной температуры.
Тем не менее, ледниковые периоды в конце концов заканчиваются, а также их периоды оледенения. По мере того как воздух становится холоднее, он больше не может удерживать столько влаги, как раньше, что приводит, в свою очередь, к выпадению меньшего количества снега и невозможности расширения ледяных шапок и даже их поддержания. В результате начинается цикл отрицательной обратной связи, который знаменует начало межледникового периода.
По этой логике в 1956 году была предложена теория, предполагающая, что Северный Ледовитый океан, не покрытый льдом, вызовет больше снегопадов на более высоких широтах, выше и ниже полярного круга. Этого снега может оказаться так много, что он не растает в течение летних месяцев, увеличивая альбедо Земли и уменьшая общую температуру. Со временем это позволит сформироваться льду на более низких широтах и в средних широтах - толчок, запускающий процесс оледенения.
7. Но как нам узнать, что ледниковый период действительно был?
Причиной, из-за которой люди начали думать о ледниковых периодах, стали, в первую очередь, некоторые огромные валуны, оказавшиеся в центре пустой местности без каких-либо объяснений относительно того, как они туда попали. Изучение процессов оледенения началось в середине 18-го века, когда швейцарский инженер и географ Пьер Мартель (Pierre Martel) начал документировать беспорядочно разбросанные горные образования внутри альпийской долины и ниже ледника. Местные жители сказали ему, что эти огромные валуны подтолкнул ледник, который когда-то простирался намного дальше по горе.
На протяжении десятилетий во всем мире были задокументированы другие подобные случаи, что стало основой для теории ледниковых периодов. С тех пор были учтены и другие формы доказательств. Геологические особенности, в том числе ранее упомянутые горные породы, содержащие ледниковые отложения, резные долины, такие как фьорды, ледниковые озера и различные другие формы изрезанной поверхности земли. Проблема с ними состоит в том, что их сложно датировать, а последующие оледенения могут исказить или даже полностью стереть предыдущие геологические образования.
Более точные данные поступают благодаря палеонтологии - изучению окаменелостей. Хотя и не без некоторых недостатков и неточностей, но палеонтология говорит об истории ледниковых периодов, показывая нам распределение организмов, адаптированных к холоду, когда-то обитавших на более низких широтах, и организмов, которые обычно процветают в более теплом климате, количество которых либо снижалось ближе к экватору, либо они совсем исчезали.
Однако наиболее точные доказательства дают изотопы. Различия в соотношениях изотопов между ископаемыми, осадочными породами и океанскими отложениями могут многое рассказать об окружающей среде, в которой они образовались. Говоря о текущем ледниковом периоде, мы также имеем доступ к ледяным ядрам, полученным из Антарктиды и Гренландии, которые являются наиболее надежной формой доказательств на сегодняшний день. При формулировании своих теорий и прогнозов ученые полагаются на их комбинацию там, где это возможно.
6. Большие ледниковые периоды
На данный момент ученые уверены, что в течение долгой истории Земли было пять крупных ледниковых периодов. Первый из них, известный как Гуронское оледенение, произошел примерно 2,4 миллиарда лет назад и продолжался около 300 миллионов лет, считается самым длительным. Криогенный ледниковый период произошел около 720 миллионов лет назад и продолжался до 630 миллионов лет назад. Этот период считается самым суровым. Третье массивное оледенение произошло около 450 миллионов лет назад и продолжалось около 30 миллионов лет. Оно известно как Андо-Сахарский ледниковый период и вызвало второе по величине массовое вымирание в истории Земли после так называемого Великого вымирания. Длящийся в течение 100 миллионов лет, ледниковый период Кару произошел между 360 и 260 миллионами лет назад и был вызван появлением наземных растений, остатки которых мы теперь используем в качестве ископаемого топлива.
Наконец, у нас есть Плейстоценовый ледниковый период, также известный как Плиоцен-четвертичное оледенение. Он начался примерно 2,58 миллиона лет назад, и с тех пор прошло несколько периодов оледенений и межледниковых периодов с разницей примерно от 40 000 до 100 000 лет. Однако за последние 250 000 лет климат менялся более часто и резко, причем предыдущий межледниковый период прерывался многочисленными холодными периодами, которые продолжались несколько столетий. Нынешний межледниковый период, начавшийся примерно 11 000 лет назад, является нетипичным из-за относительно стабильного климата, который был до этого момента. Можно с уверенностью сказать, что люди не смогли бы вести сельское хозяйство и достигнуть нынешнего уровня цивилизации, если бы не этот необычный период температурной стабильности.
5. Колдовство
«Что, что?» Мы знаем, о чем вы подумали, увидев этот заголовок в нашем списке. Но сейчас мы все объясним ...
В течение нескольких столетий, начиная примерно с 1300 года и заканчивая примерно 1850 годом, мир пережил период, известный как Малый ледниковый период. Для того, чтобы глобальная температура снизилась, особенно в Северном полушарии, в результате чего выросли горные ледники, реки замерзли, а урожай погиб, потребовалось несколько факторов. В середине 17 века в Швейцарии из-за вторгшихся ледников были полностью разрушены несколько деревень, а в 1622 году полностью замерла даже южная часть Босфорского пролива вокруг Стамбула. В 1645 году ситуация ухудшилась и так продолжалась в течение следующих 75 лет, во время периода, известного ученым сегодня как Минимум Маундера.
В течение этого времени на солнце было мало солнечных пятен. Эти пятна являются областями на поверхности Солнца, температура в которых значительно ниже. Они вызваны концентрацией магнитных потоков в нашей звезде. Сами по себе эти пятна, вероятно, будут способствовать понижению температуры Земли, но они окружены очень яркими областями, известными как факулы. У факул значительно более высокая мощность излучения, которая намного превосходит слабость свечения, вызванную солнечными пятнами. Таким образом, Солнце без пятен фактически имеет более низкий уровень излучения, чем обычно. По оценкам, в течение 17-го века, Солнце потускнело на 0,2 процента, что частично объясняет этот Малый ледниковый период. За это время в мире произошло более 17 извержений вулканов, что еще больше ослабило солнечные лучи.
Экономические невзгоды, вызванные этим многовековым холодным периодом, оказали невероятное психологическое воздействие на людей. Частые потери урожаях и нехватка дров привели к тому, что в Салеме, штат Массачусетс, вспыхнули серьезные случаи массовой истерии. Зимой 1692 года двадцать человек, четырнадцать из которых были женщинами, были повешены по обвинению в том, что являются ведьмами и виноваты во всех невзгодах остальных. Пятеро других, двое из которых были детьми, позже умерли в тюрьме, куда их поместили по тому же обвинению. Из-за неблагоприятной погоды в таких местах, как Африка, даже сегодня люди иногда обвиняют друг друга в том, что они являются ведьмами.
4. Земля – снежный шар
Первый ледниковый период на Земле был также самым длинным. Как мы упоминали ранее, он продолжался целых 300 миллионов лет. Известный как Гуронское оледенение, этот невероятно длинный и холодный период начался около 2,4 миллиарда лет назад, в то время, когда на Земле существовали только одноклеточные организмы. Пейзаж выглядел совсем иначе, чем сегодня, даже до того, как лед сковал все вокруг. Однако произошел ряд событий, которые в конечном итоге привели к апокалипсическому событию глобальных масштабов, в результате которого большая часть планеты оказалась покрыта толстом льдом. До гуронского оледенения на Земле преобладали анаэробные организмы, которые не нуждались в кислороде. Кислород был, по сути, ядовитым для них и чрезвычайно редким элементом в воздухе, он составлял всего 0,02% атмосферы. Но в какой-то момент возникла другая форма жизни - цианобактерия.
Эта крошечная бактерия была первой из тех, кто когда-либо использовал фотосинтез в качестве способа питания. Побочным продуктом этого процесса является кислород. По мере того, как эти крошечные существа процветали в Мировом океане, они выделяли миллионы и миллионы тонн кислорода, повысив его концентрацию в атмосфере до 21% и спровоцировав исчезновение всей анаэробной жизни. Это событие называют Великим кислородным событием. Воздух также был заполнен метаном, и в контакте с кислородом он превратился в CO2 и воду. Тем не менее, метан в 25 раз более эффективен как парниковый газ, чем CO2, что означает, что это преобразование привело к понижению глобальных температур, что, в свою очередь, запустило Гуронское оледенение и первое массовое вымирание на Земле. Иногда вулканы добавляли дополнительный CO2 в воздух, что приводило к межледниковым периодам.
3. Запеченная Аляска
Если его название недостаточно понятно, Криогенный ледниковый период был самым холодным периодом в долгой истории Земли. Сегодня он также является предметом многих научных споров. Одной из тем обсуждения является вопрос о том, была ли Земля полностью покрыта льдом, или вдоль экватора оставалась линия открытой воды – теория Снежного шара или Земли - снежка, поскольку некоторые называют эти два сценария. Криогенный период продолжался примерно с 720 до 635 миллионов лет назад и может быть разделен на два крупных события оледенения, известных как Стартанское (720-680 млн. лет) и Мариноанское (приблизительно от 650 до 635 млн. лет). Важно отметить, что в этот момент не существовало многоклеточной жизни, и некоторые полагают, что сценарий Земли - снежка стал катализатором ее эволюции во время так называемого Кембрийского взрыва.
Особенно интересное исследование было опубликовано еще в 2009 году, в нем основное внимание уделялось, в частности, Мариноанскому оледенению. Согласно анализу, атмосфера Земли была относительно теплой, а ее поверхность была покрыта толстым слоем льда. Это возможно только в том случае, если планета полностью или почти полностью покрыта льдом. Это явление сравнили с десертом Запеченная Аляска, где мороженое тает не сразу после того, как его поместили в духовку. Оказывается, в составе атмосферы было много парниковых газов, но вопреки ожиданиям, это не предотвратило и никак не было связано с ледниковым периодом. Эти газы присутствовали в таких больших количествах из-за повышенной вулканической активности, последовавшей за распадом суперконтинента Родиния. Считается, что эта длительная вулканическая активность помогла «запустить» ледниковый период.
Однако научное сообщество предупреждает, что нечто подобное может повториться, если атмосфера начнет отражать в космос слишком много солнечных лучей. Один из таких периодов может быть запущен массовым извержением вулканов, ядерной войной или нашими будущими попытками смягчить последствия глобального потепления, распыляя в атмосферу слишком много сульфатных аэрозолей.
2. Мифы о наводнении
Когда около 14 500 лет назад лед ледников начал таять, вода не стекала в океан одинаково по всей Земле. В некоторых местах, таких как Северная Америка, начали формироваться огромные ледниковые озера. Эти озера появляются в результате того, что на пути воды встречается преграда в виде ледяной стены или ледниковых отложений. За 1600 лет, озеро Агассис (Lake Agassiz) покрыло площадь в 440 000 кв. км - больше, чем любое озеро, существующее сегодня. Оно сформировалось на территории Северной Дакоты, Миннесоты, Манитобы, Саскачевана и Онтарио. Когда дамба, наконец, прорвалась, пресная вода хлынула в Северный Ледовитый океан через долину реки Макензи (Mackenzie River).
Этот большой приток пресной воды ослабил океаническое течение на 30%, погрузив планету в 1200-летний период оледенения, известный как Ранний дриас. Предполагается, что этот несчастливый поворот событий привел к уничтожению культуры Кловиса и североамериканской мегафауны. Записи также показывают, что этот холодный период неожиданно закончился около 11 500 лет назад, а температура в Гренландии повысилась до -7 градусов по Цельсию всего за десять лет.
Во время Раннего дриаса льды ледников пополнялись, и, когда планета снова начала прогреваться, появилось озеро Агассис. Однако на этот раз оно соединилось с таким же большим озером, известным как Оджибве (Ojibway). Вскоре после их слияния произошел новый прорыв, но на сей раз в Гудзонский залив. Еще один холодный период, произошедший 8 200 лет назад, известен как событие 8,2 килойеар (8.2 kiloyear event).
Хотя низкие температуры держались всего 150 лет, это событие позволило повысить уровень моря на 4 метра. Интересно, что историки смогли связать истоки многих мифов о наводнениях со всего мира именно с этим периодом времени. Это внезапное повышение уровня моря также привело к тому, что Средиземное море проложило себе дорогу через Босфорский пролив и затопило Черное море, которое в то время было только пресноводным озером.
1. Марсианский ледниковый период
Не поддающиеся нашему контролю ледниковые периоды - это природные явления, которые случаются не только на Земле. Как и у нашей планеты, у Марса также случаются периодические изменения в орбите и наклоне оси. Но в отличие от Земли, где ледниковый период подразумевает рост полярных ледяных шапок, на Марсе происходят другие процессы. Поскольку его ось наклонена больше, чем ось Земли, а полюса получают больше солнечного света, марсианский ледниковый период означает, что полярные ледяные шапки фактически отступают, а ледники на средней широте расширяются. Этот процесс прекращается в межледниковые периоды.
За последние 370 000 лет Марс медленно выходил из своего ледникового периода и вступал в межледниковый период. По оценкам ученых, на полюсах накапливается примерно 87 115 кубических километров льда, большинство скапливается в Северном полушарии. Компьютерные модели также показали, что Марс может полностью покрыться льдом во время оледенения. Однако эти исследования находятся на ранних стадиях, и, учитывая тот факт, что мы все еще далеки от полного понимания собственных ледниковых периодов на Земле, мы не можем ожидать, что узнаем все, что происходит на Марсе. Тем не менее, это исследование может оказаться полезным, учитывая наши планы на будущее для Красной планеты. Это также очень помогает нам на Земле. «Марс служит упрощенной лабораторией для тестирования климатических моделей и сценариев, без океанов и биологии, которые мы затем можем использовать для лучшего понимания земных систем», - сказал планетарный ученый Исаак Смит (Isaac Smith).
