地球为啥会有周期性的冰河时期?

宇宙奥秘 2020-01-13 09:12奇闻网www.qiwenkd.com
太阳东升西落,四季变化如常,在我们的印象里所有的自然交替都是有稳定的规律性,从来没有发现哪一年冬天没有来,或者是哪一年的夏天不热,再加上如果太阳在其主序星周期内发光基本是稳定的,那地球上为何会出现周期性的冰川时期呢?也就是南北半球被大面积的冰层覆盖。但是周期性的冰川期确实是真实地,而且太阳也很稳定,那这怎么回事呢?
在过去的250万年里,地球共经历了50多个大冰期,每一次都对地球的气候产生了深远的影响。我们又如何预测下一次大冰河时代的到来?
冰川期的地球
 
大约40年前,科学家们意识到冰河时代是由地球公转轨道偏心率和自转轴进动造成的。但事情并没有那么简单。科学家们仍在试图理解地球轨道的摆动如何与气候系统相互作用,尤其是温室气体作用,从而推动地球进入或走出冰河时代。
 
在距今仅21000年前的最后一个冰河时代,从太平洋到大西洋,北美、亚洲大陆上几乎是连绵不断的冰川。在哈德逊湾的最深处有冰层有3米多厚,一直向南延伸到今天的纽约和辛辛那提。欧洲有两个主要的冰盖:英国的冰盖一直向南延伸到现在的诺福克;斯堪的纳维亚冰盖从挪威一直延伸到俄罗斯的乌拉尔山脉。
 
在南半球,巴塔哥尼亚、南非、南澳大利亚和新西兰都有明显的冰原,当时地球上大部分的水被锁在冰川中,导致全球海平面下降了125米,比伦敦眼的高度低了大约10米。相比之下,如果今天南极洲和格陵兰岛上的冰全部融化,海平面只会上升55米左右。
 
所以生物学家也说,人类起源于非洲,因为当时只有赤道附近适合人类生存,再冰河时代结束以后人类才迁移到地球上地各个地区。
那么是什么导致了大冰河时代的到来呢?
 
1941年,米卢丁·米兰科维奇提出,地球轨道的摆动改变了地球表面太阳日照的分布,推动了冰河时代的循环。他认为,位于北极圈以南,北纬65度的太阳辐射量至关重要。在这里,日照最多可变化25%。当夏季日照减少时,夏季的平均温度会略低,这一地区的冰层能够保存并慢慢地积累起来,最终形成了冰盖。
 
但直到30年后,三位科学家才利用分析海洋沉积物的长期气候记录,对这一理论进行了检验。吉姆·海斯利用化石组合来估计过去海洋的表面温度。尼克·沙克尔顿通过测量海洋沉积物中钙碳化石中的氧同位素(原子核中子数不同的原子)来计算过去全球冰量的变化。约翰·英布里用时间序列分析来统计比较海洋表面温度和全球冰量记录与地球轨道模式的时间和周期。
 
1976年12月,他们联合发表了一项具有里程碑意义的气候科学论文,表明南北半球夏季日照量的变化与地球轨道的偏心率、黄道面与赤道面交角和进动3个参数的变化有关。偏心率描述地球围绕太阳的轨道形状,从近似圆形到椭圆不等,周期约为96000年;黄赤交角是地球自转轴相对于其轨道平面的倾斜度,其变化周期约为4.1万年;进动指的是地球的自转轴和轨道路径都随着时间进动(旋转)。这两个分量和偏心率的综合作用产生了大约21000年的周期。
 
研究人员还发现,这些参数在地球上不同的地方有不同的影响。黄赤交角对高纬度地区有较大影响,而轨道进动对热带季节有显著的影响。例如,轨道的进动与非洲大裂谷湖泊的兴衰有关,甚至可能影响了我们祖先的进化。
除了地球轨道的变化,还有哪些因素?
科学家也意识到了研究所存在局限性,而且就目前来说也没有完全理解地球大气因素和轨道变化对冰河时代的影响。特别是,科学家认识到地球轨道的变化本身可能不是导致冰河时代的原因,而是因为轨道变化控制了冰河时代的周期。
 
因为地球轨道的变化而引起的日照的变化可以通过行星的“大气反馈”机制推动行星进入或脱离冰河时代。例如,当夏季的太阳辐射减少时,一些冰在夏季过后仍然存在。这些白色的冰会反射更多的阳光,这使得该地区的温度进一步降低,使得更多的冰堆积起来,从而反射了更多的阳光。因此,研究人员了解了冰盖、海洋和大气反馈的相对重要性。他们发现温室气体在控制气候方面起着重要作用。特别是大气中的二氧化碳必须足够低,才能时地球在进入冰河时代之前开始冷却。
那么,所有这些如何帮助我们了解未来的气候呢?
 
一种观点认为,8000年前开始的农业扩张导致的温室气体小幅增加,实际上推迟了下一个冰河时代的到来。更重要的是,如果我们继续以同样的速度排放温室气体,我们可能会把下一个冰河时代推迟至少50万年。
如果我们只是推迟了下一个冰河时代,我们仍将处于会处于地球的第四纪,第四纪从约260万年前开始,一直延续至今。如果我们人类停止了冰河时代,人类将会给地球带来更大的变化,真正的开启了人类世时代。综上所述,下一个冰河时代估计要等很长时间,因为人类正在给地球盖被子。

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