氷河期

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最終氷期最盛期の氷河期の地球に対する芸術家の印象。

氷河期は、地球の表面と大気の温度が長期間低下することであり、その結果、大陸および極地の高山氷河が存在または拡大します。地球の気候は、氷河期と温室期間の間で交互になり、その間、地球上には氷河はありません。地球は現在第四紀氷河作用にあります。[1]氷河期内の寒冷気候の個々の脈動は、氷期(あるいは、氷期、氷河期、氷期、亜間氷期、氷河期、または口語的には氷河期)と呼ばれます。)、および氷河期内の断続的な温暖期は氷期または亜間氷期と呼ばれます。[2]

雪氷学では、氷河期北半球と南半球の両方に広範な氷床が存在することを意味します。[3]この定義によれば、地球は現在間氷期、つまり完新世にあります。地球の海洋と大気に放出される人為的温室効果ガスの量は、次の50万年の次の氷期を妨げると予測されています。[4] [5] [6]

研究の歴史

1742年、ジュネーブに住むエンジニア兼地理学者のピエールマルテル(1706〜1767年)が、サヴォイアルプスシャモニー谷を訪れました[7] [8] 2年後、彼は自分の旅の記録を発表しました。彼は、その谷の住民が不安定な岩の分散を氷河に帰したと報告し、彼らはかつてはるかに遠くまで広がっていたと言った。[9] [10]その後、アルプスの他の地域から同様の説明が報告された。1815年に大工とシャモアハンターのJean-PierrePerraudin(1767–1858)は、スイスのヴァレー州にあるヴァルデバニュの不安定な岩は、以前はさらに広がっていた氷河が原因であると説明しました。[11]ベルナーオーバーラントのマイリンゲンからの未知のウッドカッターは、1834年にスイスドイツの地質学者ジャンドシャルパンティエ(1786–1855)との議論で同様の考えを提唱しました。スイス西部​​のヴァレーとシーランド[13]ゲーテ科学的研究[14]そのような説明は、世界の他の地域でも見られる可能性があります。バイエルンの自然主義者エルンストフォンビブラ(1806–1878)1849–1850年にチリのアンデスを訪れ、原住民は化石モレーンを以前の氷河の作用に起因すると考えました。[15]

その間、ヨーロッパの学者たちは、何が不規則な物質の分散を引き起こしたのか疑問に思い始めていました。18世紀半ばから、輸送手段として氷について議論する人もいました。スウェーデンの鉱業専門家ダニエル・ティラス(1712–1772)は、1742年に、海氷の漂流がスカンジナビアとバルト海地域での不安定な岩の存在の原因であると示唆した最初の人物でした。[16] 1795年、スコットランドの哲学者で紳士の自然主義者であるジェームズ・ハットン(1726–1797)は、氷河の作用によってアルプスの不安定な岩を説明しました。[17] 20年後の1818年、スウェーデンの植物学者ヨーラン・ヴァーレンベルク(1780–1851)は、スカンジナビア半島の氷河作用に関する彼の理論を発表しました。彼は氷河作用を地域的な現象と見なした。[18]

1823年にイェンスエスマルクが高山の既存の氷河の近くのモレーンとの類似点を発見したハウカリバトネット湖(海抜50メートル) 。

ほんの数年後、デンマークとノルウェーの地質学者イェンス・エスマルク(1762–1839)は、一連の世界的な氷河期について議論しました。1824年に発表された論文で、エスマルクはそれらの氷河作用の原因として気候の変化を提案しました。彼は、それらが地球の軌道の変化に由来することを示しようとしました。[19] Esmarkは、 Rogalandの海面近くのHaukalivatnet湖の近くのモレーンとJostedalsbreenの枝のモレーンの類似性を発見したエスマルクの発見は、後にテオドール・シェルルフルイ・アガシーに起因するか、流用されました。[20] [21] [22]

その後の数年間、Esmarkのアイデアは、スウェーデン、スコットランド、ドイツの科学者によって部分的に議論され、引き継がれました。エディンバラ大学では、ロバート・ジェイムソン(1774–1854)は、ノルウェーの氷河学教授ビョルン・G・アンデルセン(1992)がレビューしたように、エスマルクの考えに比較的オープンであるように見えました。[23]スコットランドの古代氷河に関するジェムソンの発言は、おそらくエスマルクによって促された。[24]ドイツでは、アルブレヒト・ラインハルト・ベルンハルディ(1797–1849)、ドレイシガッカーのアカデミーの地質学者および林業教授(テューリンゲン南部の都市マイニンゲンに編入されて以来))、Esmarkの理論を採用しました。1832年に発表された論文で、ベルンハルディは極地の氷冠がかつて地球の温帯まで到達したことについて推測しました。[25]

1829年、これらの議論とは関係なく、スイスの土木技師Ignaz Venetz(1788–1859)は、アルプス、近くのジュラ山脈、北ドイツ平野での不安定な岩石の分散は巨大な氷河によるものであると説明しました。彼がスイス自然研究学会の前で彼の論文を読んだとき、ほとんどの科学者は懐疑的なままでした。[26]最後に、ベネッツは友人のジャン・ド・シャルパンティエを説得した。シャルパンティエはベネッツの考えをアルプスに限定された氷河の理論に変えました。彼の考えはヴァーレンベルクの理論に似ていた。実際、両方の男性は、地球の歴史について、同じ火山論的、またはシャルパンティエの場合はむしろプルトニスティックな仮定を共有していました。1834年、Charpentierはスイス自然研究学会に論文を発表しました。[27]その間、ドイツの植物学者カール・フリードリヒ・シンパー(1803–1867)は、バイエルンの高山地帯の不安定な岩に生えているコケを研究していました。彼はそのような石の塊がどこから来たのか疑問に思い始めました。1835年の夏、彼はバイエルンアルプスへの遠足をしました。シンパーは、氷が高山高地の岩の輸送手段であったに違いないという結論に達しました。1835年から1836年の冬に、彼はミュンヘンでいくつかの講義を行いました。その後、シンパーは、寒冷な気候と凍った水で世界的な絶滅の時代(「Verödungszeiten」)があったに違いないと仮定しました。[28]シンパーは、1836年の夏の間、スイスアルプスのベックス近くのデベンスで、元大学の友人であるルイ・アガシーと過ごした。(1801–1873)とジャンドシャルパンティエ。シンパー、シャルパンティエ、そしておそらくベネッツは、氷河の時代があったことをアガシーに確信させました。1836/37年の冬の間、アガシズとシンパーは一連の氷河期の理論を発展させました。彼らは主にベネッツ、シャルパンティエの先行作品と彼ら自身のフィールドワークを利用しました。アガシーは当時、ベルンハルディの論文にすでに精通していたようです。[29] 1837年の初めに、シンパーは氷河期の「氷河期」(「アイスツァイト」)という用語を作り出した。[30]1837年7月、アガシーはヌーシャテルで開催されたスイス自然研究学会の年次総会の前に、それらの統合を発表しました。聴衆は非常に批判的であり、気候の歴史に関する確立された意見と矛盾するため、新しい理論に反対する人もいました。ほとんどの現代の科学者は、地球が溶けた地球として誕生して以来、徐々に冷え込んでいると考えていました。[31]

懐疑論者を説得するために、アガシーは地質学的フィールドワークに着手しました。彼は1840年に彼の著書StudyonGlaciers("Étudessurlesglaciers")を出版しました。 [32]アルプスの氷河についての本も準備していたので、Charpentierはこれによって消されました。シャルペンティエは、アガシーに氷河の詳細な研究を紹介したのは彼だったので、アガシーが彼に優先権を与えるべきだと感じました。[33]個人的な喧嘩の結果として、アガシーは彼の本の中でシンパーについての言及も省略していた。[34]

氷河期の理論が科学者に完全に受け入れられるまでには数十年かかりました。これは、氷河期の原因について信頼できる説明を提供した1875年の地質学的関係における気候と時間の出版を含むジェームズクロールの仕事に続いて、1870年代の後半に国際的な規模で起こりました。[35]

証拠

氷河期の証拠には、地質学的、化学的、古生物学の3つの主要なタイプがあります。

氷河期の地質学的証拠は、岩石の洗掘と引っかき傷、氷河のモレーンドラムリン、谷の切断、ティルまたはティライトの堆積、氷河の不安定性など、さまざまな形で現れます。連続する氷河期は、初期の氷河期の地質学的証拠を歪め、消去する傾向があり、解釈を困難にします。さらに、この証拠を正確に日付を記入することは困難でした。初期の理論では、氷期は長い間氷期に比べて短いと想定されていました。堆積物と氷床コアの出現は本当の状況を明らかにしました:氷期は長く、間氷期は短いです。現在の理論が解明されるまでには少し時間がかかりました。

化学的証拠は主に、堆積物や堆積岩、海洋堆積物コアに存在する化石中の同位体比の変動で構成ます最近の氷期では、氷床コアは、氷自体と、含まれている気泡によって提供される大気サンプルの両方から、気候プロキシを提供します。より軽い同位体を含む水は蒸発熱が低いため、その割合はより暖かい条件で減少します。[36]これにより、温度記録を作成できます。ただし、この証拠は、同位体比によって記録された他の要因によって混乱する可能性があります。

古生物学的証拠は、化石の地理的分布の変化で構成されています。氷期の間に、寒冷適応生物は低緯度に広がり、より暖かい条件を好む生物は絶滅するか、低緯度に後退します。この証拠はまた、(1)広範囲の緯度にわたって、長期間にわたって、容易に相関する一連の堆積物を必要とするため、解釈するのが困難です。(2)何百万年も変化することなく生き残り、温度の好みを簡単に診断できる古代の生物。(3)関連する化石の発見。

困難にもかかわらず、氷床コアと海洋堆積物コアの分析[37]は、過去数百万年にわたる氷期と間氷期の信頼できる記録を提供してきました。これらはまた、氷河期と、氷河のモレーン、氷堆丘、迷子石などの大陸地殻現象との関連を確認しています。したがって、大陸地殻現象は、氷床コアと海底堆積物コアが利用できる時間範囲よりもはるかに早く作成された層で発見された場合、初期の氷河期の良い証拠として受け入れられます。

主要な氷河期

青で示されている氷河期のタイムライン。

地球の歴史には少なくとも5つの主要な氷河期があります(ヒューロニアン氷河期、クライオジェニアン氷河期、アンデスサハラ氷河期、 古生代後期、および最新の第四紀氷河期)。これらの時代以外では、地球は高緯度でも氷がなかったようです。[38] [39]そのような期間は温室期間として知られています[40]

北ドイツとその北の隣人の氷河期の地図。赤:ワイクセリア氷河の上限。黄色:最大でザーレ氷期(ドレンテ段階); 青:最終氷期最盛期。

ヒューロニアン氷河期と呼ばれる最も初期の確立された氷河期の岩石は、原生代初期の約2.4〜2.1 Ga10億年)前にさかのぼります。ヒューロニアン超群の数百キロメートルは、スーセント近くから伸びるヒューロン湖の北岸の北10から100キロメートル(6.2から62.1マイル)に露出しています。ヒューロン湖の北東にあるマリーからサドベリーまで、現在は石化した層、ドロップストーン、年縞、流出、および洗掘された基盤岩の巨大ありますミシガン州マルケットの近くで、相関するヒューロニアン氷河堆積物が発見されました、および相関関係は、西オーストラリアからの古原生代の氷河堆積物と作られています。ヒューロニアン氷河期は、大酸素化イベント中に温室効果ガスである大気中のメタンが除去されたことによって引き起こされました。[41]

次の十分に立証された氷河期、そしておそらく過去10億年の中で最も厳しいものは、7億2000万年から6億3000万年前(クライオジェニアン時代)に発生し、氷河の氷床が赤道に到達したスノーボールアースを生み出した可能性があります[42 ]おそらく、火山によって生成されたCO2などの温室効果ガスの蓄積によって終了します。「大陸に氷が存在し、海に流氷が存在すると、現在のCO2の2つの主要な吸収源であるケイ酸塩の風化光合成の両方が阻害されます。」[43]この氷河期の終わりがその後の原因であることが示唆されているエディアカランカンブリア紀の爆発。ただし、このモデルは最近のものであり、物議を醸しています。

アンデス-サハラ氷河期、4億6000万年から4億2000万年前、オルドビス紀後期からシルル紀にかけて発生しました。

過去数百万年の間の氷期と間氷期の変動するシーケンスを示す堆積物の記録。

デボン紀の始まりでの陸上植物の進化は、惑星の酸素レベルの長期的な増加とCO 2レベルの減少を引き起こし、その結果、カルー氷期後期のアイスハウスが生まれました。その以前の名前であるカルー氷河期は、南アフリカのカルー地域で見つかった氷河期のティルにちなんで名付けられました。南アフリカでは、石炭紀からペルム紀初期にかけて、3億6000万年から2億6000万年前までの間隔で極冠広がっいました相関詞は、古代の超大陸ゴンドワナ大陸の中心でもあるアルゼンチンから知られています。

四紀氷河作用/第四紀氷河期は、北半球で氷床が広がり始めた第四紀の初めに約258万年前に始まりました。それ以来、世界は氷床が氷期、氷期または氷期の前進、および間氷期、間氷期または氷期の後退と呼ばれる40、000年および100,000年の時間スケールで前進および後退する氷河作用のサイクルを見てきました地球は現在間氷期にあり、最終氷期は約11、700年前に終了しました。大陸の氷床に残っているのは、グリーンランド南極の氷床だけです。バフィン島などの小さな氷河

2.58 Maから始まる第四紀の定義は、北極の氷冠の形成に基づいています。南極の氷床は、新生代中期始新世-漸新世の境界に、約34Maでより早く形成され始めました。後期セノゾイック氷河期という用語は、この初期段階を含むために使用されます。[44]

氷河期は場所と時間でさらに分けることができます。たとえば、Riss(180、000〜13万年bp)およびWürm (70、000〜10、000年bp)という名前は、特にアルプス地方の氷河を指しています。氷の最大範囲は、全間隔で維持されません。各氷河作用の精練作用は、後の氷床が完全に覆われていない地域を除いて、前の氷床の証拠のほとんどをほぼ完全に取り除く傾向があります。

氷期と間氷期

最近の氷期と間氷期に関連する温度と氷の体積変化のパターンを示しています
最小氷期最盛期
北半球の最小(間氷期、黒)および最大(氷河、灰色)氷河
南半球の最小(間氷期、黒)および最大(氷河、灰色)氷河

現在の氷河期では、より温帯でより厳しい時期が発生しています。寒い時期は氷期と呼ばれ、暖かい時期は間氷期、たとえばエーム間氷期と呼ばれます。[1]アンデス・サハラ氷河期[45]や古生代後期の氷河期など、以前の氷河期でも同様の氷河サイクルが発生したという証拠があります。カルー氷期後期の氷河期の氷河サイクルが、サイクロセムの堆積の原因である可能性があります。[46]

氷河期は、地球の大部分でより涼しく乾燥した気候と、極から外側に伸びる大きな陸と海の氷塊によって特徴付けられます。他の点では氷河に覆われていない地域の山岳氷河は、雪線が低いため、標高が低くなっています。氷冠の海抜から大量の水が除去されるため、海面は低下します。氷河作用によって海洋循環パターンが乱されているという証拠があります。氷河期と間氷期は、ミランコビッチサイクルによる気候の軌道強制力の変化と一致します。これは、地球の軌道と地球の回転軸の傾きの周期的な変化です。

地球は約11,700年間、完新世として知られる間氷期にあり[47] 、2004年のNatureの記事は、28、000年続いた以前の間氷期に最も類似している可能性があると主張しています。[48]軌道強制力の予測される変化は、次の氷期が少なくとも5万年後に始まることを示唆している。さらに、温室効果ガスの増加による人為的強制力は、数十万年にわたるミランコビッチサイクルの軌道強制力を潜在的に上回ると推定されています。[49] [5] [4]

フィードバックプロセス

各氷期は、それをより深刻にする正のフィードバックの影響を受け、負のフィードバックはそれを緩和し、(これまでのすべての場合で)最終的にそれを終わらせます。

ポジティブ

フィードバックの重要な形式は、地球のアルベドによって提供されます。これは、太陽のエネルギーのどれだけが地球に吸収されるのではなく反射されるかです。氷と雪は地球のアルベドを増加させ、森林はそのアルベドを減少させます。気温が下がると、氷や雪原が成長し、森林被覆が減少します。これは、負のフィードバックメカニズムとの競合によってシステムが平衡状態になるまで続きます。

1956年、Ewing and Donn [50]は、氷のない北極海が高緯度での降雪量の増加につながるとの仮説を立てました。低温の氷が北極海を覆っているとき、蒸発や昇華はほとんどなく、極域は中緯度の砂漠で見られる量に匹敵する降水量の点で非常に乾燥しています。この低降水量により、夏の間は高緯度の降雪が溶けます。氷のない北極海は、長い夏の日に太陽放射を吸収し、より多くの水を北極の大気に蒸発させます。降水量が多いと、この雪の一部が夏の間溶けない可能性があるため、氷河の氷が低高度で形成される可能性があります。より南の緯度では、上記のようにアルベドを増やすことで陸地の気温を下げます。さらに、この仮説の下では、海洋流氷の欠如により、北極海と北大西洋の間の水の交換が増加し、北極圏が暖まり、北大西洋が冷やされます。(地球温暖化の現在予測される結果には、5〜20年以内にほとんど氷のない北極海が含まれます。)[要出典]温暖化サイクル中に北大西洋に流入する追加の淡水も地球の海水循環を減少させる可能性があります。そのような削減(湾流の影響を減らすことによる))は北ヨーロッパに冷却効果をもたらし、それが夏の間の低緯度の積雪の増加につながります。[51] [52] [53]それはまた提案されました[誰によって?]広大な氷河の間に、氷河はセントローレンス湾を通って移動し、メキシコ湾流を遮断するのに十分なほど北大西洋に伸びることがあります。

ネガティブ

氷河期に形成される氷床は、その下の土地を侵食します。これにより、海抜の土地面積が減少し、氷床が形成される可能性のあるスペースの量が減少する可能性があります。これにより、氷床の面積の減少に伴う海面上昇と同様に、アルベドのフィードバックが緩和されます。これは、外洋のアルベドが陸地よりも低いためです。[54]

もう1つの負のフィードバックメカニズムは、氷期最盛期で発生する乾燥度の増加です。これにより、氷期を維持するために利用できる降水量が減少します。このプロセスまたは他のプロセスによって引き起こされる氷河の後退は、氷河の前進と同様の逆正のフィードバックによって増幅することができます。[55]

Nature Geoscienceに発表された研究によると、人間による二酸化炭素(CO 2の排出は、次の氷河期を延期します。研究者は、地球の軌道に関するデータを使用して、現在のものに最も似ている歴史的な暖かい間氷期を見つけました。これから、次の氷河期は通常1、500年以内に始まると予測しました。彼らはさらに、排出量が非常に多いのでそうではないと予測しています。[56]

原因

氷河期の原因は、大規模な氷河期、または氷河期内の氷河期から間氷期の小さな衰退と流れのいずれについても完全には理解されていません。コンセンサスは、いくつかの要因が重要であるということです。二酸化炭素メタンの濃度などの大気組成(前述のガスの特定のレベルは、南極のEPICAドームCからの新しい氷床コアサンプルで確認できるようになりました。過去80万年); ミランコビッチサイクルとして知られる太陽の周りの地球の軌道の変化; 構造プレートの動きその結果、地球表面の大陸および海洋地殻の相対的な位置と量が変化し、風と海流に影響を及ぼします。太陽出力の変動; 地球と月のシステムの軌道力学。比較的大きな隕石と破局噴火を含む火山活動の影響[57] [要出典]

これらの要因のいくつかは互いに影響を及ぼします。たとえば、地球の大気組成(特に温室効果ガスの濃度)の変化は気候を変える可能性がありますが、気候変動自体は大気組成を変える可能性があります(たとえば、風化によってCO 2が除去される速度を変えることによって)。

モーリーン・レイモウィリアム・ラディマンなどは、チベット高原とコロラド高原は、新生代の4,000万年の冷却傾向の重要な原因となるのに十分な量のCO 2地球の大気から除去する能力を備えた、巨大なCO2 「スクラバー」であると提案しています。彼らはさらに、彼らの隆起(およびCO 2「スクラビング」能力)の約半分が過去1000万年に起こったと主張している。[58] [59]

地球の大気の変化

温室効果ガスのレベルは、氷河期の初めに低下し、氷床の後退中に上昇したという証拠がありますが、原因と結果を特定することは困難です(風化の役割に関する上記の注を参照)。温室効果ガスのレベルは、大陸の移動や火山活動など、氷河期の原因として提案されている他の要因の影響も受けている可能性があります。

スノーボールアース仮説は、原生代後期の激しい凍結は、主に火山からの大気中のCO 2レベルの増加によって終了したと主張しており、スノーボールアースの一部の支持者は、そもそも大気の減少によって引き起こされたと主張しています。 CO2 _ この仮説は、将来のスノーボールアースについても警告しています。

2009年には、日射量の変化が氷河期後の地球の温暖化の最初のきっかけとなり、温室効果ガスの増加などの二次的要因が変化の大きさを説明するというさらなる証拠が提供されました。[60]

大陸の位置

地質記録は、大陸が赤道から極への温水の流れを遮断または減少させ、氷床の形成を可能にする位置にあるときに氷河期が始まることを示しているようです。氷床は地球の反射率を高め、太陽放射の吸収を減らします。吸収される放射が少ないと、大気は冷えます。冷却により氷床が成長し、正のフィードバックループの反射率がさらに高まります。氷河期は、風化の減少が温室効果の増加を引き起こすまで続きます。

極への温水の移動を妨げる大陸のレイアウトからの3つの主要な貢献者があります:[61]

今日の地球は南極に大陸があり、北極にはほぼ内陸国の海があるため、地質学者は地球が地質学的に近い将来に氷期を経験し続けると信じています。

一部の科学者は、ヒマラヤが現在の氷河期の主要な要因であると信じています。これらの山は地球の総降雨量を増加させ、したがって二酸化炭素が大気から洗い流される速度を増加させ、温室効果を減少させるからです。[59]ヒマラヤの形成は、インドオーストラリアプレートがユーラシアプレートと衝突した約7000万年前に始まり、インドオーストラリアプレートはまだ67 mm /で動いているため、ヒマラヤは依然として年間約5mm上昇しています。年。ヒマラヤの歴史は、4000万年前 の始新世中期以降の地球の平均気温の長期的な低下に広く適合しています。

海流の変動

古代の気候レジームへのもう1つの重要な貢献は、大陸の位置、海面、塩分、およびその他の要因によって変化する海流の変動です。それらは、冷やす能力(例えば、南極の氷の生成を助ける)と暖める能力(例えば、北方の気候とは対照的に、イギリス諸島に温帯を与える)を持っています。約300万年前のパナマ地峡の閉鎖は、熱帯の大西洋と太平洋の間の水の交換を終わらせることによって、北アメリカに対する強い氷河作用の現在の時期を導いたかもしれません。[62]

分析は、海流の変動が最近の氷河の振動を適切に説明できることを示唆しています。最終氷期には、主に北半球の氷床で水が隔離されたため、海面が20〜30m変動しました。氷が集まり、海面が十分に下がると、ベーリング海峡(現在、シベリアとアラスカの間の狭い海峡の深さは約50 m)を通る流れが減少し、北大西洋からの流れが増加しました。これにより、熱塩循環が再調整されました大西洋では、北極圏への熱輸送が増加し、極地の氷の蓄積が溶けて他の大陸の氷床が減少しました。水の放出は再び海面を上昇させ、北半球の氷の蓄積へのシフトを伴う太平洋からのより冷たい水の侵入を回復させました。[63]

2021年にNatureに発表された研究によると、過去150万年にわたる氷河期のすべての氷期は、海洋循環パターンを変化させ、大気からより多くのCO 2が引き出される、南極の氷山の融解の北方へのシフトと関連していた。著者らは、南極海が暖かくなりすぎて氷山がこれらの変化を引き起こすのに十分な距離を移動できないため、このプロセスが将来中断される可能性があることを示唆しています。[64] [65]

チベット高原の隆起

マティアス・クーレの氷河期発達の地質学的理論は、氷河期(最終氷期最盛期?)の間にチベット高原を覆う氷床の存在によって示唆されました。Kuhleによれば、雪線を越えたチベットのプレートテクトニクス隆起はcの表面につながった。2,400,000平方キロメートル(930,000平方マイル)が裸地から氷に変化し、アルベドが70%大きくなります。エネルギーの宇宙への反射は地球寒冷化をもたらし、更新世の氷河期を引き起こしました。この高地は亜熱帯緯度にあり、高緯度地域の4〜5倍の日射量があるため、地球で最も強い加熱面は冷却面になりました。

Kuhleは、地球の軌道の変動による10万年周期の放射変化によって間氷期を説明しています。この比較的わずかな温暖化は、重ねられた氷の負荷の重さによる北欧の内陸の氷の領域とチベットの低下と組み合わされたとき、内陸の氷の領域の繰り返しの完全な解凍をもたらしました。[66] [67] [68] [69]

地球の軌道の変化

ミランコビッチサイクルは、太陽の周りの地球の軌道の特性における一連の周期的な変動です各サイクルの長さは異なるため、それらの効果が互いに補強し合う場合もあれば、(部分的に)互いに打ち消し合う場合もあります。

緯度65度の夏至の日の大気の上部での毎日の平均日射量の過去と未来。

ミランコビッチサイクルが氷河期内の氷期および間氷期の発生に影響を与えるという強力な証拠があります。現在の氷河期は最も研究され、最もよく理解されています。特に過去40万年は、大気の組成と温度と氷の量のプロキシを記録する氷床コアで覆われている期間だからです。この期間内で、氷期/間氷期の周波数とミランコビッチの軌道強制力の期間との一致は非常に近いため、軌道強制力は一般的に受け入れられています。太陽までの距離の変化、地球の軸の歳差運動の複合効果、および地球の軸の変化する傾きは、地球が受け取った太陽光を再分配します。特に重要なのは、季節の強さに影響を与える地球の軸の傾きの変化です。たとえば、北緯65度 での7月の太陽の流入量は、22%も変動します(450 W /m2から550W/ m 2まで夏が冷えすぎて前の冬から積もった降雪をすべて溶かすことができなくなると、氷床が進むと広く信じられています。軌道強制力の強さが氷期を引き起こすには小さすぎると考える人もいますが、CO2のようなフィードバックメカニズムがこの不一致を説明している可能性があります。

ミランコビッチ強制は、地球の軌道要素の周期的変化が氷期記録で表現できると予測していますが、氷期から間氷期のタイミングで最も重要であると観察される周期を説明するには、追加の説明が必要です。特に、過去80万年の間、氷期-間氷期の振動の支配的な期間は10万年であり、これは地球の軌道離心率と軌道傾斜角の変化に対応しています。しかし、これはミランコビッチによって予測された3つの周波数の中ではるかに弱いものです。300万年から80万年前の期間中、氷河期の支配的なパターンは、地球の赤道傾斜角の41、000年の変化に対応していました。(軸の傾き)。ある周波数が別の周波数に対して優勢である理由はよくわかっておらず、現在の研究の活発な領域ですが、その答えはおそらく地球の気候システムにおける何らかの形の共振に関連しています。最近の研究は、南極海氷の増加により全太陽反射率が増加するため、10万年周期が支配的であることを示唆しています。[70] [71]

「伝統的な」ミランコビッチの説明は、過去8サイクルにわたる10万年サイクルの優位性を説明するのに苦労しています。リチャード・A・ミュラーゴードン・J・F・マクドナルド[72] [73] [74]などは、これらの計算は地球の2次元軌道に対するものであるが、3次元軌道にも10万年周期の軌道があると指摘しています。傾斜。彼らは、地球が太陽系の既知のダストバンドに出入りするときに、軌道傾斜角のこれらの変動が日射量の変動につながることを提案しました。これは従来の見方とは異なるメカニズムですが、過去40万年間の「予測」期間はほぼ同じです。次に、ミューラーとマクドナルドの理論は、ホセ・アントニオ・リアルによって異議を唱えられました。[75]

別の労働者であるウィリアム・ラディマンは、歳差運動(26、000年周期)に対する離心率(弱い10万年周期)の変調効果と41、000年および26、000年の温室効果ガスフィードバックを組み合わせて10万年周期を説明するモデルを提案しました。年サイクル。さらに別の理論は、41,000年の周期が常に支配的であるが、地球は2番目または3番目の周期だけが氷河期を引き起こす気候行動のモードに入ったと主張したPeterHuybersによって進められました。これは、100,000年の周期性が、実際には80、000年と12万年続くサイクルを平均することによって作成された幻想であることを意味します。[76]この理論は、によって提案された単純な経験的多状態モデルと一致しています。ディディエ・パイヤール[77] Paillardは、更新世後期の氷河期は、3つの準安定した気候状態の間のジャンプとして見ることができると示唆している。ジャンプは軌道強制力によって引き起こされますが、更新世初期には、41、000年の氷期サイクルは2つの気候状態間のジャンプから生じました。この振る舞いを説明する動的モデルは、PeterDitlevsenによって提案されました。[78]これは、更新世後期の氷河サイクルが弱い10万年の離心率サイクルによるものではなく、主に41、000年の赤道傾斜角サイクルに対する非線形応答によるもの であるという提案を支持している。

太陽のエネルギー出力の変動

太陽のエネルギー出力には少なくとも2つのタイプの変動があります:[79]

  • 非常に長期的には、天体物理学者は、太陽の出力が10億(10 9)年ごとに約7%増加すると信じています。
  • 太陽黒点周期などの短期的な変動、および小氷期の最も寒い時期に発生したマウンダー極小期などの長いエピソード

太陽の出力の長期的な増加は、氷河期の原因にはなり得ません。

火山活動

火山の噴火は、氷河期の始まりおよび/または終わりに貢献した可能性があります。古気候の時期には、二酸化炭素レベルは今日の2〜3倍でした。火山と大陸プレートの動きは、大気中の大量のCO2に寄与しました。火山からの二酸化炭素は、おそらく全体的な気温が最も高い時期に寄与しました。[80]暁新世-始新世の熱最大値の1つの提案された説明は、海底火山がクラスレートからメタンを放出し、したがって温室効果の大幅かつ急速な増加を引き起こしたということです。[81] 適切な時期にそのような噴火の地質学的証拠はないようですが、これはそれらが起こらなかったことを証明するものではありません。

最近の氷期および間氷期

最後の氷河期の北半球の氷河作用。厚さ3〜4 kmの氷床を設置すると、海面が約120m低下しました。

現在の地質学的期間である第は、約260万年前に始まり、現在にまで及んでいます[ 2]約10、000〜15、000年続いたより暖かい間氷期によって中断されました。最終氷期の最後の寒いエピソードは約1万年前に終わりました。[82]地球は現在、完新世と呼ばれる第四紀の間氷期にあります。

北米の氷河期

北米の現在の氷河期の主要な氷期は、イリノイ氷期、エーム間氷期、ウィスコンシン氷期です。北米の氷河期を細分化するためのネブラスカ、アフトン、カンザス、およびヤーマスのステージの使用は、第四紀地質学者および地形学者によって中止されました。これらの段階はすべて、1980年代にプレイリノイアンに統合されました[83] [84] [85]

最新の北アメリカの氷河期、最終氷期最盛期の後半(26,000〜13,300年前)の間に、氷床は北緯45度線まで伸びました。これらのシートの厚さは3〜4 km(1.9〜2.5マイル)でした。[84]

現在の北アメリカの五大湖の地域における氷河湖の開発の段階

このウィスコンシン氷河作用は、北米の景観に広範な影響を与えました。五大湖フィンガーレイクスは、氷が深くなる古い谷によって彫られましたミネソタ州とウィスコンシン州のほとんどの湖は氷河によって掘り出され、後に氷河の融解水で満たされました。古いティーズ川の排水システムは根本的に変更され、オハイオ川の排水システムに大きく変更されました他の川は堰き止められ、水流が石灰岩の断崖に遭遇したときに劇的な滝と峡谷を形成したナイアガラ滝などの新しい水路に迂回されました。ニューヨーク州シラキュース近くの現在のクラークリザベーション州立公園にある別の同様の滝、現在は乾燥しています。

マサチューセッツ州ロングアイランドからナンタケットまでの地域は氷河期から形成されており、カナダ北部のカナディアンシールドにある多数の湖は、ほぼ完全に氷の作用に起因している可能性があります。氷が後退し、岩粉が乾くと、風が物質を数百マイル運び、ミズーリ渓谷に数十フィートの厚さの黄土の層を形成しました。後氷期のリバウンドは、以前は氷床の重みで五大湖や他の地域を再形成し続けています。

ウィスコンシン州西部と南西部の一部であり、隣接するミネソタ州アイオワ州イリノイ州の一部である無漂礫地域は、氷河に覆われていませんでした。

アコンカグアとトゥプンガート周辺の半乾燥アンデスの最終氷期

氷河期の特に興味深い気候変動は、半乾燥アンデスで起こりました。現在の気候と比較して予想されるクールダウンに加えて、ここでは大幅な降水量の変化が起こりました。そのため、現在半乾燥の亜熱帯アコンカグア山塊(6,962 m)での研究では、「氷流ネットワーク」タイプの予想外に広範囲にわたる氷河氷河作用が示されています。[86] [87] [88] [89] [90]長さ100kmを超える接続された谷氷河は、南緯32〜34度および西経69〜71度でアンデスのこのセクションの東側を流れ落ちた。高さ2,060mまで、そして西側のラフ側ではさらに明らかに深い。[90] [91]現在の氷河の長さが10kmに達することはほとんどないが、雪線(ELA)は4,600 mの高さで走り、その時点で標高3,200 m、つまり約1,400mに下げられこのことから、毎年の気温の低下に加えて、約cが続きます。8.4°C—ここでは降水量が増加しました。したがって、氷河期には、今日南に数緯度度離れた場所にある湿った気候帯は、はるかに北に移動しました。[89] [90]

氷河作用の影響

スカンジナビアは、フィヨルドや湖などの氷河期の氷河期の典型的な影響のいくつかを示しています。

最終氷期は8000年以上前に終わりましたが、その影響は今日でも感じられます。たとえば、動く氷は、カナダ(カナダ北極諸島を参照)、グリーンランド、ユーラシア北部、南極の風景を切り開いています。不規則な岩ティルドラムリンエスカーフィヨルドケトル湖モレーン、圏などは、氷河によって残された典型的な特徴です。

氷床の重さは非常に大きかったので、それらは地球の地殻とマントルを変形させました。氷床が溶けた後、氷に覆われた土地は跳ね返った。地球のマントルは粘性高いため、リバウンドプロセスを制御するマントル岩の流れは非常に遅く、今日のリバウンド領域の中心付近では年間約1cmの速度です。

氷河作用の間に、高緯度で氷を形成するために海から水が取られたため、世界の海面は約110メートル低下し、大陸棚が露出し、動物が移動するための陸塊の間に陸橋が形成されました。退氷期には、溶けた氷水が海に戻り、海面が上昇しました。このプロセスは、海岸線とハイドレーションシステムの突然の変化を引き起こし、新たに水没した土地、新興の土地、湖の塩害をもたらす崩壊した氷のダム、広大な淡水域を作り出す新しい氷のダム、そして大規模であるが地域の気象パターンの一般的な変化を引き起こす可能性があります一時的なスケール。それは一時的な再形成を引き起こす可能性さえあります急速に変化する土地、氷、塩水、淡水のこのタイプの混沌とし​​たパターンは、最終氷期最盛期の終わりに、バルト海スカンジナビアの地域、および北アメリカ中部の多くのモデルとして提案されています。先史時代の最後の数千年でのみ達成された日の海岸線。また、スカンジナビアへの標高の影響により、現在の北海の大部分の下に存在していた広大な大陸平野が水没し、イギリス諸島と大陸ヨーロッパを接続しました。[92]

地球の表面での氷水の再分布とマントル岩の流れは、重力場の変化と地球の慣性モーメントの分布の変化を引き起こします慣性モーメントのこれらの変化は、角速度、および地球の自転のぐらつきの変化をもたらします。

再分配された表面質量の重量がリソスフェアに負荷をかけ、リソスフェアを曲げさせ、地球内に応力引き起こしました。氷河の存在は一般的に下の断層の動きを抑制しました。[93] [94] [95]退氷、断層は地震を引き起こす加速されたすべりを経験する。氷縁の近くで引き起こされた地震は、今度は氷の分娩を加速し、ハインリッヒイベントの原因となる可能性があります[96]氷縁近くでより多くの氷が除去されるにつれて、より多くのプレート内地震が発生するが誘発され、この正のフィードバックが氷床の急速な崩壊を説明するかもしれません。

ヨーロッパでは、氷河期の前はすべてエリダノス川によって排水されていたバルト海が、氷河の侵食と氷の重さによるアイソスタティック沈下によってバルト海になりました

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