Forskere har i nogen tid vidst, at Jorden gennemgår cyklusser af klimaændringer. På grund af ændringer i Jordens kredsløb, geologiske faktorer og/eller ændringer i soloutput, oplever Jorden lejlighedsvis betydelige reduktioner i dens overflade- og atmosfæriske temperaturer. Dette resulterer i langvarige perioder med istid, eller hvad der i daglig tale er kendt som en 'istid'.
Disse perioder er kendetegnet ved vækst og udvidelse af iskapper hen over jordens overflade, hvilket sker med få millioner års mellemrum. Per definition er vi stadig i den sidste store istid – som begyndte i den sene pliocæne epoke (ca. 2,58 millioner år siden) – og er i øjeblikket i en mellemistid, præget af gletscheres tilbagetrækning.
Definition:
Mens udtrykket 'istid' engang bruges liberalt til at henvise til kolde perioder i Jordens historie, har dette en tendens til at modsige kompleksiteten af glaciale perioder. Den mest præcise definition ville være, at istider er perioder, hvor iskapper og gletsjere udvider sig over hele planeten, hvilket svarer til betydelige fald i globale temperaturer og kan vare i millioner af år.
Den antarktiske iskappe, som udvidede sig under den sidste istid. Kredit: Wikipedia Commons/Stephen Hudson
Under en istid er der betydelige temperaturforskelle mellem ækvator og polerne, og temperaturerne på dybhavsniveauer har også vist sig at falde. Dette gør det muligt for store gletsjere (sammenlignelige med kontinenter) at udvide sig og dække meget af planetens overflade. Siden den præ-kambriske æra (ca. 600 millioner år siden) har istider fundet sted med store rumintervaller omkring omkring 200 millioner år.
Studiehistorie:
Den første videnskabsmand til at teoretisere om tidligere glaciale perioder var det 18. århundredes schweiziske ingeniør og geograf Pierre Martel. I 1742, mens han besøgte en alpedal, skrev han om spredningen af store klipper i uberegnelige formationer, som lokalbefolkningen tilskrev, at gletsjerne engang havde strakt sig meget længere. Lignende forklaringer begyndte at dukke op i de efterfølgende årtier for lignende mønstre af kampestensfordeling i andre dele af verden.
Fra midten af det 18. århundrede og frem begyndte europæiske forskere i stigende grad at overveje is som et middel til at transportere stenet materiale. Dette omfattede tilstedeværelsen af kampesten i kystområder i de baltiske stater og den skandinaviske halvø. Det var dog den dansk-norske geolog Jens Esmark (1762-1839), der første gang argumenterede for eksistensen af en sekvens af verdensomspændende istider.
Denne teori blev beskrevet detaljeret i et papir, han udgav i 1824, hvori han foreslog, at ændringer i Jordens klima (som skyldtes ændringer i dens kredsløb) var ansvarlige. Dette blev fulgt i 1832 af den tyske geolog og skovbrugsprofessor Albrecht Reinhard Bernhardi, der spekulerede i, hvordan polariskapperne engang kan have nået så langt som til de tempererede zoner i verden.
Overse Grinnell Glacier i Glacier National Park, Montana. Kredit: USGS
På samme tid begyndte den tyske botaniker Karl Friedrich Schimper og den schweizisk-amerikanske biolog Louis Agassiz selvstændigt at udvikle deres egen teori om global istid, hvilket førte til, at Schimper opfandt udtrykket 'istid' i 1837. I slutningen af det 19. århundrede begyndte istidsteorien gradvist begyndte at få udbredt accept over forestillingen om, at Jorden gradvist afkølede fra sin oprindelige, smeltede tilstand.
I det 20. århundrede udviklede den serbiske polymat Milutin Milankovic sit koncept for Milankovic-cyklusser, som koblede langsigtede klimaændringer til periodiske ændringer i Jordens kredsløb omkring Solen. Dette tilbød en påviselig forklaring på istider og gjorde det muligt for forskere at komme med forudsigelser om, hvornår væsentlige ændringer i Jordens klima kan forekomme igen.
Beviser for istider:
Der er tre former for evidens for istidsteori, som spænder fra den geologiske og den kemiske til den palæontologiske (dvs. fossiloptegnelsen). Hver har sine særlige fordele og ulemper og har hjulpet videnskabsmænd med at udvikle en generel forståelse af den effekt, istider har haft på geologiske rekorder i de sidste par milliarder år.
Geologisk:Geologiske beviser omfatter klippeskuring og -ridsning, udhuggede dale, dannelsen af ejendommelige typer af højdedrag og aflejring af ukonsolideret materiale (moræner) og store klipper i uberegnelige formationer. Selvom denne slags beviser er det, der førte til istidsteori i første omgang, forbliver det temperamentsfuldt.
For det første har successive glaciationsperioder forskellige virkninger på en region, som har tendens til at forvrænge eller slette geologiske beviser over tid. Derudover er geologiske beviser svære at datere præcist, hvilket giver problemer, når det kommer til at få en præcis vurdering af, hvor længe glaciale og mellemistider har varet.
Hesteskoformede laterale moræner i kanten af Penny Ice Cap på Baffin Island, Nunavut, Canada. Laterale moræner er ophobninger af affald langs siderne af en gletsjer dannet af materiale, der falder fra dalvæggen. Kredit: NASA/Michael Studinger
Kemisk:Dette består hovedsageligt af variationer i forholdet mellem isotoper i fossiler fundet i sediment- og stenprøver. I nyere glaciale perioder bruges iskerner til at konstruere en global temperaturrekord, hovedsageligt fra tilstedeværelsen af tungere isotoper (som 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. Fremst blandt disse er isotopforhold, som kan have en forvirrende effekt på nøjagtig datering. Men hvad angår de seneste glaciale og mellemistider (dvs. i løbet af de sidste par millioner år), er iskerne- og havsedimentkerneprøver den mest pålidelige form for bevis.
Palæontologisk:Disse beviser består af ændringer i den geografiske fordeling af fossiler. Dybest set uddør organismer, der trives under varmere forhold, i glaciale perioder (eller bliver stærkt begrænsede på lavere breddegrader), mens kuldetilpassede organismer trives på de samme breddegrader. Ergo er reducerede mængder af fossiler på højere breddegrader en indikation af spredningen af glaciale iskapper.
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 brede breddegrader og lange tidsperioder viser en tydelig korrelation (på grund af ændringer i jordskorpen over tid). Derudover er der mange ældgamle organismer, der har vist evnen til at overleve ændringer i forholdene i millioner af år.
Som et resultat er videnskabsmænd afhængige af en kombineret tilgang og flere bevislinjer, hvor det er muligt.
Istider er kendetegnet ved et fald i den gennemsnitlige globale temperatur, hvilket resulterer i udvidelsen af iskapper globalt. Kredit: NASA
Årsager til istider:
Den videnskabelige konsensus er, at flere faktorer bidrager til begyndelsen af istider. Disse omfatter ændringer i Jordens kredsløb omkring Solen, bevægelsen af tektoniske plader, variationer i soloutput, ændringer i atmosfærisk sammensætning, vulkansk aktivitet og endda påvirkningen af store meteoritter. Mange af disse er indbyrdes forbundne, og den nøjagtige rolle, som hvert stykke spiller, er genstand for debat.
Jordens kredsløb:Grundlæggende 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, præcession af Jordens akse og skiftende hældning af Jordens akse - alt dette resulterer i en omfordeling af sollyset modtaget af Jorden.
Det mest overbevisende bevis for Milankovic orbital forcering svarer tæt til den seneste (og studerede) periode i Jordens historie (ca. i løbet af de sidste 400.000 år). I denne periode er tidspunktet for glaciale og interglaciale perioder så tæt på ændringer i Milankovic orbital forceringsperioder, at det er den mest almindeligt accepterede forklaring på den sidste istid.
Tektoniske plader:Den geologiske registrering viser en tilsyneladende sammenhæng mellem istiders begyndelse og positionerne af Jordens kontinenter. I disse perioder befandt de sig i positioner, som forstyrrede eller blokerede strømmen af varmt vand til polerne, hvilket gjorde det muligt at danne iskapper.
Jordens tektoniske plader. Kredit: msnucleus.org
Dette øgede igen Jordens albedo, hvilket reducerer mængden af solenergi, der absorberes af Jordens atmosfære og skorpe. Dette resulterede i en positiv feedback-loop, hvor iskappernes fremmarch øgede Jordens albedo yderligere og gav mulighed for mere afkøling og mere istid. Dette ville fortsætte, indtil begyndelsen af en drivhuseffekt afsluttede istiden.
Baseret på tidligere istider er der identificeret tre konfigurationer, der kan føre til en istid - et kontinent, der sidder på toppen af Jordens pol (som Antarktis gør i dag); et polarhav, der er landlåst (som det arktiske hav er i dag); og et superkontinent, der dækker det meste af ækvator (som Rodinia gjorde i den kryogeniske periode).
Derudover mener nogle forskere, at Himalaya-bjergkæden – som blev dannet 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, hvormed CO² er blevet fjernet fra atmosfæren (derved mindskes drivhuseffekten). Dets eksistens har også været parallelt med det langsigtede fald i Jordens gennemsnitlige temperatur over de sidste 40 millioner år.
Atmosfærisk sammensætning:Der er tegn på, at niveauet af drivhusgasser falder med indlandsisens fremmarch og stiger med deres tilbagetog. Ifølge ' Snebold Jord ” hypotese – hvor is fuldstændig eller meget næsten dækkede planeten mindst én gang tidligere – istiden i det sene proterozoikum blev afsluttet af en stigning i CO²-niveauer i atmosfæren, hvilket blev tilskrevet vulkanudbrud.
Billede af Harding Ice Field på Alaskas Kenai-halvø. Kredit: US Fish and Wildlife Service
Der er dog dem, der tyder på, at øgede niveauer af kuldioxid kan have tjent som en feedbackmekanisme snarere end årsagen. For eksempel lavede et internationalt hold af videnskabsmænd i 2009 en undersøgelse – med titlen 'The Last Glacial Maximum' – der indikerede, at en stigning i solindstrålingen (dvs. energi absorberet fra Solen) gav den indledende ændring, mens drivhusgasser stod for forandringens størrelse.
Vigtigste istider:
Forskere har fastslået, at mindst fem store istider fandt sted i Jordens historie. Disse omfatter Huronian, Cryogenian, Andes-Sahara, Karoo og Qauternary istider. Huronian-istiden er dateret til den tidlige Protzerozoic Eon, omkring 2,4 til 2,1 milliarder år siden, baseret på geologiske beviser observeret nord og nordøst for Lake Huron (og korreleret med aflejringer fundet i Michigan og Western Australia).
Den kryogeniske istid varede fra omkring 850 til 630 millioner år siden og var måske den mest alvorlige i Jordens historie. Det menes, at iskapperne i denne periode nåede ækvator, hvilket førte til et 'Snowball Earth'-scenario. Det menes også, at det sluttede på grund af en pludselig stigning i vulkansk aktivitet, der udløste en drivhuseffekt, selvom (som nævnt) dette er genstand for debat.
Istiden i Andes-Sahara fandt sted under den sene ordovicium og silurperioden (omkring 460 til 420 millioner år siden). Som navnet antyder, er beviserne her baseret på geologiske prøver taget fra Tassili n'Ajjer-bjergkæden i det vestlige Sahara og korreleret med beviser opnået fra Andesbjergkæden i Sydamerika (såvel som den arabiske halvø og syd Amazon-bassinet).
Flydende is ved den kælvende front af Grønlands Kangerdlugssuaq-gletsjer, fotograferet i 2011 under Operation IceBridge. Kredit: NASA/Michael Studinger
Karoo-istiden tilskrives udviklingen af landplanter under begyndelsen af Devon-perioden (ca. 360 til 260 millioner år siden), som forårsagede en langsigtet stigning i planetariske iltniveauer og en reduktion i CO²-niveauer – hvilket førte til globale 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 den pliocæn-kvartære glaciation, startede for omkring 2,58 millioner år siden i slutningen af Pliocæn, da spredningen af iskapper på den nordlige halvkugle begyndte. Siden da har verden oplevet adskillige glaciale og mellemistider, hvor iskapper rykker frem og trækker sig tilbage på tidsskalaer fra 40.000 til 100.000 år.
Jorden er i øjeblikket i en mellemistid, og den sidste istid sluttede for omkring 10.000 år siden. Det, der er tilbage af de kontinentale iskapper, der engang strakte sig over kloden, er nu begrænset til Grønland og Antarktis samt mindre gletsjere – som den, der dækker Baffin Island.
Menneskeskabte klimaændringer:
Den nøjagtige rolle, der spilles af alle de mekanismer, som istider tilskrives - dvs. orbital forcering, solkraft, geologisk og vulkansk aktivitet - er endnu ikke helt forstået. Men i betragtning af kuldioxidens og andre drivhusgasemissioners rolle har der i de seneste årtier været stor bekymring for, hvilke langsigtede virkninger menneskelig aktivitet vil have på planeten.
For eksempel antages stigninger og fald i atmosfæriske drivhusgasser at have spillet en stor rolle i mindst to store istider, kryogen- og karoo-istiden. I alle andre tilfælde, hvor orbital forcering menes at være den primære årsag til, at en istid slutter, var øgede drivhusgasemissioner stadig ansvarlige for den negative feedback, der førte til endnu større temperaturstigninger.
Tilsætning af CO2 ved menneskelig aktivitet har også spillet en direkte rolle i de klimatiske ændringer, der finder sted rundt om i verden. I øjeblikket udgør afbrænding 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 strålingspådriv (også kaldet drivhuseffekten) at finde sted.
I 2013 meddelte National Oceanic and Atmospheric Administration, at CO²-niveauerne i den øvre atmosfære nåede 400 dele per million (ppm) for første gang siden målingerne begyndte i det 19. århundrede. Baseret på den nuværende hastighed, hvormed emissionerne vokser, NASA skønner at kulstofniveauer kan nå mellem 550 og 800 ppm i det kommende århundrede.
Hvis det førstnævnte scenario er tilfældet, forventer NASA en stigning på 2,5 °C (4,5 °F) i de gennemsnitlige globale temperaturer, hvilket ville være bæredygtigt. Men skulle sidstnævnte scenarie vise sig at være tilfældet, vil de globale temperaturer i gennemsnit stige med 4,5 °C (8 °F), hvilket ville gøre livet uholdbart for mange dele af planeten. Af denne grund søges der efter alternativer til udvikling og udbredt kommerciel vedtagelse.
Hvad mere er, ifølge en forskningsundersøgelse fra 2012 offentliggjort iNatur Geovidenskab- med titlen ' Bestemmelse af den naturlige længde af den nuværende mellemistid ” – menneskelige udledninger af CO² forventes også at udskyde den næste istid. Ved at bruge data om Jordens kredsløb til at beregne længden af interglaciale perioder konkluderede forskerholdet, 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 samt de kortere istider, 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 søger at bestemme, hvor meget af de moderne klimaændringer, der er menneskeskabte, og hvilke mulige modforanstaltninger der kan udvikles.
Vi har skrevet mange artikler om istiden for universet i dag. Her er Ny undersøgelse afslører lille istid drevet af vulkanisme , Drev en dræberasteroide planeten ind i en istid? , Var der en Slushball Earth? , og Kommer Mars ud af en istid?
Hvis du vil have mere information om Jorden, så tjek ud NASA's Solar System Exploration Guide on Earth . Og her er et link til NASAs Jordobservatorium .
Vi har også optaget en episode af Astronomy Cast, der handler om planeten Jorden. Hør her, Afsnit 51: Jorden og Afsnit 308: Klimaændringer .
Kilde: