MIS ON JääAEG?

Send

Teadlased on juba mõnda aega teadnud, et Maa läbib kliimamuutuste tsükleid. Maa orbiidi muutuste, geoloogiliste tegurite ja / või päikese väljundi muutuste tõttu on Maa pinnal aeg-ajalt ja õhutemperatuuril oluline langus. Selle tulemuseks on pikaajaline jäätumise periood ehk nn kõneaegne jääaeg.

Neid perioode iseloomustab jääkatete kasv ja laienemine kogu Maa pinnal, mis toimub iga paari miljoni aasta tagant. Määratluse järgi oleme endiselt viimases suures jääajas - mis algas Pliotseeni hilisemal ajastul (umbes 2,58 miljonit aastat tagasi) - ja on praegu jäädevaheline periood, mida iseloomustab liustike taandumine.

Definitsioon:

Kui mõistet “jääaeg” kasutatakse millalgi liberaalselt Maa ajaloo külmade perioodide tähistamiseks, kipub see uskuma jääaja perioodide keerukust. Kõige täpsem määratlus oleks see, et jääajad on perioodid, mil jääkatted ja liustikud laienevad kogu planeedile, mis vastavad globaalse temperatuuri olulisele langusele ja võivad kesta miljoneid aastaid.

Jääaja ajal on ekvaatori ja pooluste vahel olulised temperatuurierinevused ning on näidatud, et temperatuurid süvamere taseme languses ka langevad. See võimaldab suurtel (mandritega võrreldavatel) liustikel laieneda, hõlmates suure osa planeedi pindalast. Alates Kambriumi-eelsest ajast (umbes 600 miljonit aastat tagasi) on jääajad toimunud laialdaste kosmosevahedega umbes 200 miljonit aastat.

Õppe ajalugu:

Esimene teadlane, kes teoreetiliselt rääkis möödunud jääajast, oli 18. sajandi Šveitsi insener ja geograaf Pierre Martel. 1742. aastal kirjutas ta Alpide orgu külastades suurte kivimite hajumisest ebaharilikes koosseisus, mida kohalikud elanikud omistasid liustikele kunagi palju kaugemale. Sarnased seletused hakkasid ilmnema järgnevatel aastakümnetel ka rändrahnude sarnase leviku kohta mujal maailmas.

Alates 18. sajandi keskpaigast hakkasid Euroopa teadlased üha enam jääd pidama kivise materjali transpordivahendiks. See hõlmas rändrahnude olemasolu Balti riikide rannikualadel ja Skandinaavia poolsaarel. Sellegipoolest vaidles Taani-Norra geoloog Jens Esmark (1762–1839) kõigepealt ülemaailmsete jääaegade jada olemasolu.

Seda teooriat kirjeldati üksikasjalikult 1824. aastal avaldatud artiklis, milles ta tegi ettepaneku vastutada Maa kliima muutuste eest (mis olid tingitud muutustest selle orbiidil). Sellele järgnes 1832. aastal saksa geoloog ja metsanduse professor Albrecht Reinhard Bernhardi, kes mõtiskles selle üle, kuidas polaarjääd võisid kunagi jõuda maailma parasvöötmesse.

Samal ajal asusid saksa botaanik Karl Friedrich Schimper ja Šveitsi-Ameerika bioloog Louis Agassiz iseseisvalt välja töötama oma teooriat üleilmse jäätumise kohta, mille tulemusel loodi Schimperil 1837. aastal mõiste “jääaeg”. 19. sajandi lõpuks muutus jääaja teooria järk-järgult. hakkas laialt aktsepteerima arvamust, et Maa jahtub järk-järgult oma algsest sula olekust.

20. sajandiks töötas Serbia polümaat Milutin Milankovic välja oma kontseptsiooni Milankovici tsüklitest, mis seostas pikaajalised kliimamuutused Maa orbiidi Päikese ümber toimuvate perioodiliste muutustega. See pakkus jääajale tõestatavat seletust ja võimaldas teadlastel ennustada, millal võivad taas ilmneda olulised muutused Maa kliimas.

Tõendid jääaja kohta:

Jääaja teooria jaoks on olemas kolm tõendusvormi, mis ulatuvad geoloogilisest ja keemilisest materjalist kuni paleontoloogilisteni (s.o fossiilide register). Igal neist on oma erilised eelised ja puudused ning need on aidanud teadlastel välja mõista üldise arusaama jääaja ajastute mõjust geoloogilistele andmetele viimase paari miljardi aasta jooksul.

Geoloogiline: Geoloogiliste tõendite hulka kuuluvad kivimite küürimine ja kraapimine, nikerdatud orud, omapäraste servade moodustumine ning konsolideerimata materjali (moreenide) ja suurte kivimite ladestumine ebaharilikes formatsioonides. Ehkki just sellised tõendid viisid jääaja teooria juurde, on see siiski temperamentne.

Esiteks on järjestikustel jäätumisperioodidel regioonile erinev mõju, mis kipub aja jooksul geoloogilisi tõendeid moonutama või kustutama. Lisaks on geoloogilisi tõendeid keeruline täpseks kuupäevaks, mis põhjustab probleeme, kui on vaja saada täpne hinnang selle kohta, kui pikad jää- ja liustikevahelised perioodid on kestnud.

Keemiline: See koosneb suures osas sette- ja kivimiproovides avastatud fossiilide isotoopide suhte erinevustest. Hilisemate liustikuperioodide ajal kasutatakse jäätuumaid ülemaailmse temperatuuri rekordi ehitamiseks, peamiselt raskemate isotoopide juuresolekul (mis põhjustavad kõrgemaid aurustumistemperatuure). Need sisaldavad sageli ka õhumulle, mida uuritakse selleks, et hinnata atmosfääri koostist sellel ajal.

Piirangud tulenevad aga mitmetest teguritest. Nende hulgas on isotoopide suhe, millel võib olla täpsele tutvumisele segav mõju. Kuid mis puutub viimastesse liustiku- ja liustikevahelisse perioodi (s.o viimase paari miljoni aasta jooksul), siis jäätuuma ja ookeani setete tuumaproovid on kõige usaldusväärsem tõendusvorm.

Paleontoloogiline: Need tõendid koosnevad fossiilide geograafilise jaotuse muutustest. Põhimõtteliselt kukuvad soojemates tingimustes õitsevad organismid liustikuperioodidel välja (või muutuvad madalatel laiuskraadidel tugevalt piiratuks), samas kui külmaga kohanenud organismid õitsevad samadel laiuskraadidel. Ergo, fossiilide vähendatud kogused kõrgematel laiuskraadidel on märk jääaja jääteede levikust.

Neid tõendeid võib olla keeruline tõlgendada ka seetõttu, et fossiilide vastavus uuritavale geoloogilisele perioodile on vajalik. Samuti nõuab see, et laia laiuskraadi ja pika ajaperioodi setted näitaksid selget korrelatsiooni (aja jooksul maakoore muutuse tõttu). Lisaks sellele on palju iidseid organisme, kes on miljonite aastate jooksul näidanud võimet tingimuste muutusi üle elada.

Selle tulemusel tuginevad teadlased võimaluse korral kombineeritud lähenemisele ja mitmetele tõendusliinidele.

Jääaja põhjused:

Teaduslik üksmeel on selles, et jääaja algust mõjutavad mitmed tegurid. Nende hulka kuuluvad muutused Maa orbiidil Päikese ümber, tektooniliste plaatide liikumine, muutused päikese jõudluses, muutused atmosfääri koostises, vulkaaniline aktiivsus ja isegi suurte meteoriitide mõju. Paljud neist on omavahel seotud ja iga rolli täpse rolli üle vaieldakse.

Maa orbiit: Põhimõtteliselt on Maa orbiidi ümber Päikese aja jooksul tsüklilised erinevused - nähtust tuntakse ka Milankovici (või Milankovitchi) tsüklitena. Neid iseloomustavad muutuvad kaugused Päikesest, Maa telje pretsessioon ja Maa telje muutuv kalle - kõik need põhjustavad Maa poolt vastu võetud päikesevalguse ümberjaotumist.

Kõige kaalukamad tõendid Milankovici orbitaaljõudude kohta vastavad täpselt viimasele (ja uuritud) perioodile Maa ajaloos (umbes 400 000 aastat). Sel perioodil on liustiku- ja liustikevaheliste perioodide ajastus Milankovici orbiidi sundperioodide muutustega nii lähedal, et see on viimase jääaja kõige laialdasemalt aktsepteeritud seletus.

Tektoonilised plaadid:Geoloogiline salvestus näitab nähtavat seost jääaja alguse ja Maa mandrite asendi vahel. Nendel perioodidel olid nad positsioonides, mis häirisid või blokeerisid sooja vee juurdevoolu postidele, võimaldades nii jäälehtede moodustumist.

See suurendas Maa albedot, mis vähendab Maa atmosfääri ja maakoore neeldunud päikeseenergia kogust. Selle tulemuseks oli positiivne tagasisideahel, kus jäälehtede edasiminek suurendas Maa albedot veelgi ja võimaldas suuremat jahutust ja suuremat jäätumist. See kestis seni, kuni kasvuhooneefekti ilmumine lõpetas jäätumise perioodi.

Varasemate jääaegade põhjal on kindlaks tehtud kolm konfiguratsiooni, mis võib viia jääajani - Maa pooluse kohal olev mandriosa (nagu Antarktika teeb täna); polaarmeri on suletud (nagu Põhja-Jäämeri praegu); ja superkontinent, mis katab suurema osa ekvaatorist (nagu Rodinia tegi seda Krüogeenia perioodil).

Lisaks usuvad mõned teadlased, et Himaalaja mäeahelik - mis moodustati 70 miljonit aastat tagasi - on viimasel jääajal mänginud suurt rolli. Maa kogu sademete arvu suurenemisega on see suurendanud ka atmosfääri eralduva süsinikdioksiidi kiirust (vähendades seeläbi kasvuhooneefekti). Selle olemasolu on paralleelne Maa keskmise temperatuuri pikaajalise langusega viimase 40 miljoni aasta jooksul.

Atmosfääri koostis: On tõendeid, et kasvuhoonegaaside tase langeb koos jäälehtede avanemisega ja tõuseb koos nende taandumisega. Lumepalli maa hüpoteesi kohaselt - kus jää oli vähemalt korra varem täielikult või peaaegu peaaegu kogu planeedi katnud - lõppes hilise proterosoikumi jääaeg atmosfääri süsinikdioksiidi taseme tõusuga, mille põhjuseks oli vulkaaniline vesi purse.

Kuid on neid, kes arvavad, et süsinikdioksiidi suurenenud tase võis olla pigem tagasisidemehhanism kui põhjus. Näiteks koostas rahvusvaheline teadlaste meeskond 2009. aastal uuringu pealkirjaga „Viimane liustiku maksimum”, mis näitas, et päikesekiirguse suurenemine (st Päikesest neeldunud energia) suurendas esialgset muutust, samas kui kasvuhoonegaasid muutuse suurusjärk.

Suuremad jääajad:

Teadlased on kindlaks teinud, et Maa ajaloos toimus vähemalt viis suurt jääaega. Nende hulka kuuluvad Huroni, Krüogeeni, Andide-Sahara, Karoo ja Qauternaari jääajad. Huroni jääaeg on dateeritud varajase Protzerozoic Eonni, umbes 2,4–2,1 miljardit aastat tagasi, tuginedes geoloogilistele tõenditele, mida on täheldatud Huroni järve põhja- ja kirdeosas (ning mis on seotud Michiganis ja Lääne-Austraalias leitud leiukohtadega).

Krüogeenia jääaeg kestis umbes 850–630 miljonit aastat tagasi ja oli võib-olla kõige rängem Maa ajaloos. Arvatakse, et sel perioodil jõudsid jääaegsed jäälehed ekvaatorini, viies seega “lumepalli maa” stsenaariumini. Samuti arvatakse, et see lõppes kasvuhooneefekti esile kutsunud vulkaanilise aktiivsuse järsu suurenemise tõttu, ehkki (nagu märgitud) selle üle arutletakse.

Andide-Sahara jääaeg leidis aset Hilis-Ordoviitsiumi ja Siluri perioodil (umbes 460–420 miljonit aastat tagasi). Nagu nimest järeldada võib, põhinevad siin esitatud tõendid Lääne-Sahara Tassili n'Ajjeri mäestikust võetud geoloogilistel proovidel ja on omavahel korrelatsioonis Lõuna-Ameerika (samuti Araabia poolsaare ja lõunaosa) Andide mäeahelikust saadud tõenditega Amazoni jõgikond).

Karoo jääaega omistatakse maismaataimede arengule devoni perioodi alguses (umbes 360–260 miljonit aastat tagasi), mis põhjustas pikaajalise planeedi hapnikusisalduse suurenemise ja CO 2 taseme languse - põhjustades globaalset jahutamine. See on oma nime saanud setteladestuste järgi, mis avastati Lõuna-Aafrika Vabariigis Karoo piirkonnas, Argentinas leiduvate korrelatiivsete tõenditega.

Praegune jääaeg, mida tuntakse nimega Pliocene-Kvaternaari jäätumine, sai alguse umbes 2,58 miljonit aastat tagasi hilise Pliocene'i ajal, kui algas jäätükkide levik põhjapoolkeral. Pärast seda on maailm kogenud mitmeid jää- ja liustikevahelisi perioode, kus jääkihid edenevad ja taganevad 40 000–100 000 aasta pikkuse skaala järgi.

Maa on praegu liustikevahelises perioodis ja viimane liustikuperiood lõppes umbes 10 000 aastat tagasi. Kunagi üle kogu maakera ulatunud mandri jäälehtede jäägid on nüüd piiratud Gröönimaa ja Antarktikaga, aga ka väiksemate liustikega - näiteks see, mis katab Baffini saare.

Antropogeenne kliimamuutus:

Kõigi mehhanismide, mis jääajale omistatakse, täpne roll - st orbitaaljõud, päikese sundimine, geoloogiline ja vulkaaniline aktiivsus - pole veel täielikult teada. Arvestades süsinikdioksiidi ja muude kasvuhoonegaaside heitkoguste rolli, on viimastel aastakümnetel olnud siiski murettekitav, milline on inimtegevuse pikaajaline mõju planeedile.

Näiteks arvatakse, et vähemalt kahel suurel jääajal, Cryogenianuse ja Karoo jääajast, on atmosfääri kasvuhoonegaaside suurenemisel ja vähenemisel suur roll. Kõigil muudel juhtudel, kui usutakse, et orbiidi sundimine on jääaja lõppemise peamine põhjus, põhjustasid kasvuhoonegaaside suurenenud heitkogused endiselt negatiivse tagasiside, mis tõi kaasa temperatuuri veelgi suurema tõusu.

Inimtegevusest tulenev süsinikdioksiidi lisamine on mänginud ka otsest rolli kogu maailmas toimuvates kliimamuutustes. Praegu on fossiilsete kütuste põletamine inimeste poolt kogu maailmas suurim süsinikdioksiidi heitkoguste allikas (umbes 90%), mis on üks peamisi kasvuhoonegaase, mis võimaldab radiatsiooni tekitada (aka kasvuhooneefekt).

2013. aastal teatas Riiklik Ookeani- ja Atmosfäärivalitsus, et CO 2 tase atmosfääri ülemises osas jõudis esimest korda pärast mõõtmiste algust 19. sajandil 400 osi miljoni kohta (ppm). Heitmete praeguse kasvutempo põhjal võib NASA hinnangul järgmisel sajandil süsiniku tase ulatuda vahemikku 550–800 ppm.

Varasema stsenaariumi korral ennustab NASA globaalse keskmise temperatuuri tõusu 2,5 ° C (4,5 ° F), mis oleks jätkusuutlik. Kui aga viimane stsenaarium osutub tõusevaks, tõusevad globaalsed temperatuurid keskmiselt 4,5 ° C (8 ° F), mis muudaks elu paljudes planeedi osades püsimatuks. Sel põhjusel otsitakse arenguvõimalusi ja laialdast kaubanduslikku kasutuselevõttu.

Veelgi enam, vastavalt 2012. aastal avaldatud teadusuuringule Looduse geoteadus- pealkirjaga “Praeguse liustikevahelise loodusliku pikkuse määramine” - loodetakse, et CO 2 heitkogused inimestel lükkavad edasi ka järgmise jääaja. Kasutades liivavaheliste perioodide pikkuse arvutamiseks Maa orbiidil olevaid andmeid, järeldas uurimisrühm, et järgmine jää (eeldatavalt 1500 aasta pärast) nõuab atmosfääri CO 2 taseme püsimist umbes 240? Ppm.

Maade minevikus aset leidnud pikemate jääaegade ja ka lühemate liustikuperioodide tundmaõppimine on oluline samm mõistmaks, kuidas Maa kliima aja jooksul muutub. See on eriti oluline, kuna teadlased püüavad kindlaks teha, kui suur osa kaasaegsest kliimamuutusest on inimese põhjustatud ja milliseid võimalikke vastumeetmeid saab välja töötada.

Oleme ajakirjale Space Magazine kirjutanud palju artikleid jääaja kohta. Siin avaldatud uus uuring paljastab vulkaanilisuse ajendatud väikese jääaja. Kas tapjaasteroid viis planeedi jääajasse? Kas seal oli lörtsis Maa ja kas Marss on jääajast väljas?

Kui soovite rohkem teavet Maa kohta, lugege NASA Päikesesüsteemi uurimise juhendit Maa peal. Ja siin on link NASA Maa seirekeskusele.

Samuti oleme salvestanud episoodi astronoomiast, mis rääkisid kogu planeedist Maa. Kuulake siin, episood 51: Maa ja jagu 308: kliimamuutused.

Allikas: