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[转载]米兰科维奇周期

已有 470 次阅读 2021-6-16 19:28 |系统分类:科研笔记|文章来源:转载

米兰科维奇周期 

如今的地球虽已从冰期中走出,正处在间冰期,人类的活动可能延后下一次冰期,不要指望冰期的到来缓和全球变暖。


https://www.163.com/dy/article/FIL4V1N80532AYKK.html


2020-07-28 18:48:05 来源: 句理pro


  距今一百万年前, 地球经历全球性大幅度气温变冷,在中高纬地区形成了大面积的冰川,32%的陆地被冰川雪原覆盖。

  导致冰原和冰川急速扩张具体原因是什么?尽管在电影中可能会把它用一个简短的画面展现出来,但冰河时期事实上是由一系列复杂而又相互关联的因素驱动的。如今的地球虽已从冰期中走出,正处在十年(不知道为什么是十年?)间冰期,但下一个冰期或大冰期何时到来,对于地球上的生命来说攸关生死。


冰期与间冰期交替出现,周期十万年


  冰河时期是地球表面存在大量冰川的地质时期,在大陆学术界,也称冰河时期为“大冰期”,而在大冰期中,又存在多个冰期和间冰期。

  

  在很长一段时间里,地球都在低温的冰期和温暖的间冰期之间呈现周期性波动。

  目前,地球正处于间冰期——一个介于两个冰期之间的短暂温暖时期。地球在过去大约260万年的时间里,一直在漫长的冰期和较短的间冰期之间交替。在过去的大约100万年里,这种现象大约每10万年发生一次——大约90000年的冰期,接着是大约10000年的间冰期。

  在大约12000年前结束的上一个冰期,巨大的冰块覆盖了现在居住着数百万人的大片土地。那时的地球,加拿大和美国北部完全被冰覆盖,整个北欧和北亚也是如此。在欧洲,英国通过一个叫道根兰的冰川与欧洲大陆相连。地球的平均温度比今天低6摄氏度。

  

  不同的学科有时会使用一些不同的术语。在冰川学中,冰河时期意味着南北半球都存在大面积的冰原。在大多数情况下,冰河时期指的是被称为更新世的地质时期,从大约2588000年持续到11700年前。更新世跨越了世界上最近的一段反复冰川时期——这些冰川有时也被称为第四纪冰期,这次大冰期,可分四次亚冰期、三次间冰期和一个冰后期。


米兰科维奇周期:三个周期开启冰河时期


  冰河时期的开启与多种因素有关,但是如果我们想真正理解这一现象,必须从地球轨道变化出发解开其中的奥秘。

  冰河时期的发生与米兰科维奇周期密切有关,米兰科维奇周期指的是长时间以来地球轨道变化对气候的集体影响。

  地球轨道变化

  

  我们知道,地球无时无刻不在自转和公转,地球轨道的任何微小变化都会改变太阳光照射地球的角度。虽然这看起来是一件小事,但实际上却有着巨大的影响。

  即使地球微小的倾斜变化也能使地球大气温度改变几度。当倾斜度较低时,南北极冰盖会增大,雪会不断堆积。当倾斜度很大时,冰盖的融化速度便会增加。大约10000年前,倾角达到了最大值24.2度,目前地球的倾角大约为23.5度,大冰原被限制在极地地区。

  地球轨道与冰期的关系

  

  不仅仅是倾斜角度,地球轨道的其他因素也能发挥作用。三个主要轨道参数是:

  1. 偏心率(地球围绕太阳的轨道有多圆):以大约100000年一个周期发生变化。

  2. 黄赤交角(地球赤道平面相对于其轨道的倾斜程度):以大约40000年一个周期发生变化。

  3. 岁差(同一季节太阳和地球之间距离的变化):以大约20000年一个周期发生变化,在赤道附近尤为重要。

  三个不同周期会导致一些难以预测的相互作用,我们所知道的冰河时期通常可以追溯到这些因素。100000年的周期是最重要的一个周期,同时也与40000年和20000年的周期之间的相互作用相吻合——基本上所有的因素都在“合作”发挥作用。

  然而,事情并不是那么简单明了。实际上,一个冰河时期需要几千年甚至上亿年才能开始。

  

  当北半球的夏季温度多年未能升至冰点以上时,便是冰河时期开始的一个重要标志。这引发了雪球效应:冬天的降雪不会融化、堆积、压缩,随着时间的推移,结冰形成冰原。这进一步加强了冷却,因为雪和冰有更高的反照率,这意味着它们反射更多的太阳能,吸收的热量更少。

  几千年后,这些冰原开始堆积。它们从加拿大或俄罗斯等北方地区开始,然后扩展到整个北半球。这一现象的出现又一次与米兰科维奇周期有关——但是这些地球倾斜和轨道的变化结合在一起,又被其他有利于冰河时期出现的地质因素所补充。

  当所有这些因素协调一致,北半球在夏天获得较少的太阳辐射时,就拥有了冰河时期所需的所有条件。

  冰期的特点是地球大部分地区气候凉爽干燥,大块陆地和海冰从两极向外延伸。由于较低的雪线,未受冰川影响的山区冰川会延伸到较低的海拔。

  

  我们已经很好地勾勒出了大致的画面,但是仍然缺少一些细节。例如,受板块构造影响的大陆位置也能影响冰河时期,因为它们控制着海洋和大气的循环,而这又反过来影响洋流如何将热量带到高纬度地区。

  大气成分是另一个重要参数。德国波茨坦气候影响研究所(PIK)的科学家们已经表明,过去冰河期的开始主要是由二氧化碳的减少引起的,而大气中二氧化碳的急剧增加,由于人为排放,可能在长达10万年的时间里抑制了下一个冰河期的开始。

  南极冰芯气泡二氧化碳含量

  

  PIK的前主任汉斯·约阿希姆·施伦胡伯说:“冰河时期塑造了全球环境,从而决定了人类文明的发展,这在地球上是前所未有的。”“例如,我们的沃土要归功于上一个冰河时期,它也塑造了今天的地貌,留下了冰川和河流,形成了峡湾、冰碛和湖泊。然而,今天,决定地球未来发展的是燃烧化石燃料所产生的排放物。”

  然而,尽管有些方面可能更难评估,但总体过程还是很好理解的。


冰河期对地球有什么影响?


  今天,地球不到10%的大陆被冰覆盖,但这个数字在过去高达30%。

  冰河时期导致了地球表面的巨大变化。冰川不是静止的——它们在势不可挡的推动下,拾起岩石和土壤,侵蚀山丘,以其巨大的重量刮削地壳,从而重塑了地貌。

  

  随着这些冰崖附近地区的温度下降,寒冷天气下的植物被推向了南纬。这些过程往往会创造出壮观的景色,在加拿大、斯堪的纳维亚和阿尔卑斯山的许多地方都能看到。

  与此同时,海平面的急剧下降使得河流能够划出更深的山谷,形成巨大的内陆湖泊,以前被淹没的陆地桥梁出现在大陆之间。在温暖时期退缩,冰川留下分散的沉积物脊,用融化的水填满盆地,形成新的湖泊。

  在上一个冰河时期,从大约11万年前到1万年前,较低的海平面允许人类在整个世界迁徙。虽然亚洲和澳大利亚之间仍有一些水,但只需几次短途独木舟旅行,就能把第一批人类带到澳大利亚。

  人类进化也与波动的冰原相互关联。地球生态系统也试图适应这些气候变化。有些生物能够生存和适应,有些则不能。极端的冰川时期给物种带来了极大的生存压力,它们进化出适应寒冷或温暖时期的方法。

  


五次冰河时期,塑造地球的过去与未来


  科学家们使用各种各样的方法对冰层、地层结构进行深挖、研究。最近一次冰河期的证据来自过去海平面的变化,这可以通过观察珊瑚礁或现代景观,以及保存在冰川中数百万年前的样本来观察。

  冰芯记录提供了过去80万年间温度和温室气体变化的宝贵信息。如果我们想追溯到更久远的过去,可以从海洋沉积物中寻找,那里储存着过去几千万年的冰河时期的重要证据。

  对于发生在几千万到几亿年前的深冰河期,科学家们利用地质记录,通过分析不同年代的岩石来揭示海平面和气候的故事。

  

  地球历史上至少发生了五次主要的冰河时期,包括卡鲁冰期、安第萨哈拉冰期、瓦兰吉尔冰期、休伦冰期和第四纪冰期。

  休伦冰期可以追溯到24亿到21亿年前的前新生代,持续了大约8.5亿到6.3亿年,可能是地球历史上最严重的一次。安第萨哈拉冰期发生在晚奥陶世和志留纪(约4.6亿至4.2亿年前)。

  卡鲁冰期归因于泥盆纪开始时陆地植物的进化,发生于3.6亿到2.6亿年前。当前的冰河时期,被称为第四纪冰期,开始于大约258万年前的上新世晚期,当时北半球的冰盖开始扩张。从那以后,世界经历了几次冰期和间冰期。

  在过去的一百万年里,地球发生了十几次大的冰川作用,其中最大的一次在65万年前达到顶峰,持续了5万年。

  

  地球目前处于间冰期,最后一次冰期大约在一万年前结束。曾经遍布全球的大陆冰盖现在仅限于格陵兰岛和南极,以及较小的高原冰川。冰河时期的开始是一个地质过程——它需要很长时间,而且过程漫长。不要指望冰期的到来缓解全球变暖。




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1 刁承泰

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