מהי עידן קרח?

Send

מדענים יודעים מזה זמן כי כדור הארץ עובר מחזורי שינוי אקלימי. בגלל שינויים במסלול כדור הארץ, גורמים גיאולוגיים ו / או שינויים בתפוקת השמש, כדור הארץ חווה לעיתים הפחתות משמעותיות בשטח הטמפרטורה שלו ובאטמוספרה. התוצאה היא תקופות קרחון ארוכות טווח, או מה שמכונה יותר "עידן הקרח".

תקופות אלה מאופיינות בגידול והתרחבות של יריעות קרח על פני כדור הארץ, המתרחשות אחת לכמה מיליוני שנים. בהגדרה אנו עדיין בעידן הקרח הגדול האחרון - שהחל בתקופת הפליוקן המאוחרת (לפני כ -2.58 מיליון שנה) - ונמצאים כיום בתקופה בין-גזעית, המאופיינת בנסיגת הקרחונים.

הגדרה:

בעוד שהמונח "עידן הקרח" משמש מתישהו באופן חופשי כדי להתייחס לתקופות קור בתולדות כדור הארץ, זה נוטה להאמין למורכבות של תקופות קרחונים. ההגדרה המדויקת ביותר היא שתקופות קרח הן תקופות בהן יריעות קרח וקרחונים מתרחבים ברחבי כדור הארץ, התואמות לירידות משמעותיות בטמפרטורות הגלובליות ויכולות להימשך מיליוני שנים.

במהלך עידן קרח ישנם הבדלי טמפרטורה משמעותיים בין קו המשווה לקטבים, ואף הוכח כי הטמפרטורות ברמות הים העמוק יורדות. זה מאפשר לקרחונים גדולים (הדומים ליבשות) להתרחב, המכסים חלק ניכר משטח פני כדור הארץ. מאז התקופה הקדם-קמבריאית (לפני כ- 600 מיליון שנה), עידני הקרח התרחשו במרווחי שטח רבים בערך 200 מיליון שנה.

תולדות המחקר:

המדען הראשון שתיאורז על תקופות קרחונים בעבר היה המהנדס והגיאוגרף השוויצרי מהמאה ה -18 פייר מרטל. בשנת 1742, בעת ביקור בעמק האלפיני, הוא כתב על פיזור סלעים גדולים בתצורות לא שגרתיות, שהמקומיים ייחסו לקרחונים שהרחיבו פעם הרבה יותר. הסברים דומים החלו לצוץ בעשורים שלאחר מכן לדפוסים דומים של חלוקת סלעים באזורים אחרים בעולם.

מאמצע המאה ה -18 ואילך, חוקרים אירופאים החלו להתבונן יותר ויותר בקרח כאמצעי להובלת חומר סלעי. זה כלל נוכחות של סלעים באזורי החוף במדינות הבלטיות וחצי האי סקנדינביה. עם זאת, זה היה הגיאולוג הנורבגי דני ג'נס אסמרק (1762-1839) שטען לראשונה את קיומו של רצף של עידני קרח ברחבי העולם.

תיאוריה זו פורטה במאמר שפרסם בשנת 1824, בו הציע כי היו אחראיים לשינויים באקלים של כדור הארץ (שנבעו משינויים במסלולו). בעקבות זאת, בשנת 1832, העלה הגאולוג והפרופסור היערות הגרמני אלברכט ריינהרד ברנהארדי בהשערות כיצד ייתכן שכובעי הקרח הקוטב הגיעו פעם אחת לאזורים הממוזגים בעולם.

באותה תקופה, הבוטנאי הגרמני קארל פרידריך שימפר והביולוג הבין-אמריקני השוויצרי לואי אגזיז החלו בפיתוח עצמאי של תיאוריה משלהם אודות הקרחון העולמי, שהובילה לכך ששמצ'יפ טבע את המונח "עידן הקרח" בשנת 1837. בסוף המאה ה -19, תורת עידן הקרח בהדרגה החל לקבל הסכמה נרחבת על הרעיון שכדור הארץ התקרר בהדרגה ממצבו המקורי, המותך.

עד המאה ה -20 פיתח הפולימט הסרבי מילוטין מילנקוביץ 'את מושג מחזורי מילנקוביץ', שקשר שינויי אקלים לטווח הארוך לשינויים תקופתיים במסלול כדור הארץ סביב השמש. זה הציע הסבר שניתן להוכיח לתקופות הקרח, ואיפשר למדענים לבצע תחזיות לגבי מתי עשויים להתרחש שינויים משמעותיים באקלים של כדור הארץ.

עדות לימי הקרח:

ישנן שלוש צורות של ראיות לתורת עידן הקרח, הנעות בין הגיאולוגית והכימית לפלאונטולוגית (כלומר התיעוד המאובנים). לכל אחד מהם היתרונות והחסרונות המיוחדים שלו, ועזרו למדענים לפתח הבנה כללית של השפעת עידן הקרח על השיא הגיאולוגי במהלך מיליארד השנים האחרונות.

גיאולוגי: עדויות גיאולוגיות כוללות גירוד וסריטות של סלעים, עמקים מגולפים, היווצרות רכסים מסוגים מוזרים והצבת חומר לא מבודד (מוריינים) וסלעים גדולים בתצורות לא שגרתיות. אמנם עדויות מסוג זה הם שהובילו מלכתחילה לתיאוריה של עידן הקרח, אך היא נותרה מזג.

ראשית, לתקופות קרחוניה עוקבות יש השפעות שונות על אזור, הנוטה לעוות או למחוק ראיות גיאולוגיות לאורך זמן. בנוסף, עדויות גיאולוגיות קשה לתארך במדויק, וגורמות לבעיות בכל הנוגע לבחינה מדויקת של משך תקופות הקרחונים והבין-גזעיים.

כימי: זה מורכב ברובו משונות ביחס של איזוטופים במאובנים שהתגלו במשקעים ובדגימות סלע. במשך תקופות קרחונים אחרונות יותר, ליבות קרח משמשות לבניית שיא טמפרטורה עולמי, בעיקר מנוכחות איזוטופים כבדים יותר (מה שמוביל לטמפרטורות אידוי גבוהות יותר). לעתים קרובות הם מכילים בועות אוויר, הנבדקות כדי להעריך את הרכב האטמוספרה באותה העת.

עם זאת, מגבלות נובעות מגורמים שונים. בראשם אלה הם יחסי איזוטופים, אשר יכולים להשפיע בצורה מבלבלת על היכרויות מדויקות. אולם בכל הנוגע לתקופות הקרחונים והבין-גזעיים האחרונים (כלומר, במהלך מיליון השנים האחרונות), דגימות הליבה של ליבת הקרח והמשקעים של האוקיאנוס נותרות צורת הראיות המהימנה ביותר.

פליאונטולוגית: עדות זו מורכבת משינויים בהתפלגות הגיאוגרפית של המאובנים. בעיקרון, אורגניזמים המשגשגים בתנאים חמים יותר נכחדים בתקופות קרחוניות (או מוגבלים מאוד בקווי הרוחב התחתונים), ואילו אורגניזמים המותאמים לקור משגשגים באותם קווי רוחב. ארגו, כמויות מופחתות של מאובנים בקווי רוחב גבוהים יותר הוא אינדיקציה להתפשטות של גליונות קרח.

ראיות זו יכולות להיות גם קשות לפירוש מכיוון שהיא מחייבת שהמאובנים יהיו רלוונטיים לתקופה הגיאולוגית הנחקרת. זה גם דורש כי משקעים על טווחי רוחב רחבים ופרקי זמן ארוכים יראו קורלציה ברורה (כתוצאה משינויים בקרום כדור הארץ לאורך זמן). בנוסף, ישנם אורגניזמים קדומים רבים שהראו את היכולת לשרוד שינויים בתנאים במשך מיליוני שנים.

כתוצאה מכך, מדענים מסתמכים על גישה משולבת ועל מספר רב של ראיות בכל מקום אפשרי.

הסיבות לגילאי הקרח:

הקונצנזוס המדעי הוא שמספר גורמים תורמים להופעת עידן הקרח. אלה כוללים שינויים במסלול כדור הארץ סביב השמש, תנועה של לוחות טקטוניים, וריאציות בתפוקת השמש, שינויים בהרכב האטמוספרי, פעילות געשית ואפילו השפעת מטאוריטים גדולים. רבים מאלה קשורים זה בזה, והתפקיד המדויק שכל מחזה נתון לוויכוח.

מסלול כדור הארץ: בעיקרו של דבר, מסלול כדור הארץ סביב השמש נתון לשינויים מחזוריים לאורך זמן, תופעה המכונה גם מחזורי מילנקוביץ '(או מילנקוביץ'). אלה מתאפיינים בשינוי מרחקים מהשמש, בהחלמת ציר כדור הארץ ובהטיה של ציר כדור הארץ - כל אלה מביאים לחלוקה מחודשת של אור השמש שקיבלה כדור הארץ.

העדויות המשכנעות ביותר לאילוץ אורביטאלי של מילנקוביץ 'תואמות מקרוב את התקופה האחרונה (ונחקרה) בתולדות כדור הארץ (בערך במהלך 400,000 השנים האחרונות). במהלך תקופה זו, העיתוי של התקופות הקרחוניות והבין-גזעיות כל כך קרוב לשינויים בתקופות הכוח המעגליות של מילנקוביץ 'עד שזה ההסבר המקובל ביותר לתקופת הקרח האחרונה.

לוחות טקטוניים:התיעוד הגיאולוגי מראה מתאם לכאורה בין תחילת עידן הקרח למיקומי יבשות כדור הארץ. בתקופות אלה הם היו בתנוחות ששיבשו או חסמו את זרימת המים החמים לקטבים, ובכך אפשרו להיווצר יריעות קרח.

זה בתורו הגדיל את האלבדו של כדור הארץ, מה שמקטין את כמות האנרגיה הסולארית שנספגת באטמוספירה וכדור הקרקע של כדור הארץ. זה הביא לולאת משוב חיובית, בה התקדמות יריעות הקרח הגבירה עוד יותר את האלבדו של כדור הארץ ואיפשרה קירור נוסף וקרחון נוסף. זה יימשך עד לתחילת השפעת החממה את תקופת הקרחון.

בהתבסס על ימי עידן הקרח, זוהו שלוש תצורות שעלולות להוביל לעידן קרח - יבשת היושבת על קוטב כדור הארץ (כפי שעושה כיום אנטארקטיקה); ים קוטבי הננעל ביבשה (כפי שהיום האוקיינוס הארקטי); ויבשת סופר המכסה את רוב קו המשווה (כמו שעשתה רודיניה בתקופה הקריוגנית).

בנוסף, כמה מדענים מאמינים שרשת ההרים ההימלאית - שהוקמה לפני 70 מיליון שנה - מילאה תפקיד מרכזי בעידן הקרח האחרון. על ידי הגדלת כמות הגשמים הכוללת של כדור הארץ, הוא גם הגדיל את הקצב בו הוצא CO² מהאטמוספרה (ובכך הפחית את אפקט החממה). קיומה הקביל גם את הירידה לטווח הארוך בטמפרטורה הממוצעת של כדור הארץ במהלך 40 מיליון השנים האחרונות.

הרכב אטמוספרי: ישנן עדויות לכך שרמות גזי החממה נופלות עם התקדמות יריעות הקרח ועולות עם נסיגתן. על פי השערת "כדור שלג" - בו קרח כמעט או כמעט כמעט כיסה את כדור הארץ לפחות פעם אחת בעבר - עידן הקרח של פרוטרוזואיק ז"ל הסתיים על ידי עלייה ברמות CO² באטמוספרה, שיוחסה לוולקני התפרצויות.

עם זאת, יש המציעים כי עלייה ברמות הפחמן הדו-חמצני עשויה לשמש מנגנון משוב, ולא הגורם. לדוגמה, בשנת 2009 צוות מדענים בינלאומי הוציא מחקר - שכותרתו "המקסימום הקרחוני האחרון" - שהצביע כי עלייה בהקרנות השמש (כלומר אנרגיה שנספגה מהשמש) סיפקה את השינוי הראשוני, ואילו גזי החממה היוו את גודל השינוי.

ימי קרח עיקריים:

מדענים קבעו כי לפחות חמש עידני קרח עיקריים התרחשו בתולדות כדור הארץ. אלה כוללים את עידן הקרח חורוני, קריוגני, אנדים-סהרה, קארו ועידן הקרח של Qauternary. עידן הקרח של הורוניון מתוארך לאון הפרוטרוזואיק המוקדם, לפני כ -2.4 עד 2.1 מיליארד שנה, על סמך עדויות גיאולוגיות שנצפו בצפון ובצפון-מזרח אגם הורון (ומתואמים עם מרבצים שנמצאו במישיגן ומערב אוסטרליה).

עידן הקרח הקריוגני נמשך לפני בערך 850-630 מיליון שנה, והיה אולי החמור ביותר בתולדות כדור הארץ. ההערכה היא כי במהלך תקופה זו יריעות הקרח הקרחוניות הגיעו לקו המשווה, ובכך הובילו לתרחיש "כדור שלג". ההערכה היא שהסתיימה כתוצאה מגידול פתאומי בפעילות הוולקנית שהפעילה אפקט חממה, אולם (כאמור) זה נתון לוויכוח.

תקופת הקרח האנדונית-סהרית התרחשה בתקופת האורדוביציה המאוחרת ובתקופת סילוריאן (בערך 460 עד 420 מיליון שנה). כפי שהשם מרמז, הראיות כאן מבוססות על דגימות גיאולוגיות שנלקחו מרכס הרי טאסילי נאג'אר במערב סהרה, ומתואמות עם עדויות שהושגו מרשת ההרים האנדים בדרום אמריקה (כמו גם מחצי האי ערב ודרום אגן אמזון).

עידן הקרח של קארו מיוחס להתפתחותם של צמחי אדמה עם תחילת התקופה הדבונית (לפני כ 360 עד 260 מיליון שנה) אשר גרמו לעלייה ארוכת טווח ברמות החמצן הפלנטאריות ולירידה ברמות CO² - מה שהוביל לגלובלי קירור. זה נקרא על שם משקעי משקע שהתגלו באזור הקארו בדרום אפריקה, עם עדויות המתאימות שנמצאו בארגנטינה.

עידן הקרח הנוכחי, המכונה הקרחון פליושן-רבעוני, התחיל לפני כ -2.58 מיליון שנה בתקופת הפליוקן המאוחרת, אז החל התפשטות יריעות הקרח בחצי הכדור הצפוני. מאז, העולם חווה כמה תקופות קרחוניות ובין-גזעיות, בהן סדיני קרח מתקדמים ונסוגים בסכמי זמן של 40,000 עד 100,000 שנה.

כדור הארץ נמצא כיום בתקופה בין-גזעית, ותקופת הקרחונים האחרונה הסתיימה לפני כעשרת אלפים שנה. מה שנותר מגליונות הקרח היבשתיים שפעם נמתחו על פני כדור הארץ מוגבלים כעת לגרינלנד ואנטארקטיקה, כמו גם לקרחונים קטנים יותר - כמו זה המכסה את אי באפין.

שינויי אקלים אנתרופוגניים:

התפקיד המדויק שממלאים כל המנגנונים שאליהם מיוחסים עידן הקרח - כלומר אילוץ מסלולי, כוח שמש, פעילות גיאולוגית וולקנית - עדיין לא מובן לחלוטין. עם זאת, לאור תפקידם של פחמן דו חמצני ופליטות גזי חממה אחרים, קיים חשש רב בעשורים האחרונים מה ההשפעות לטווח הארוך על הפעילות האנושית על פני כדור הארץ.

לדוגמה, לפחות בשני עידני קרח עיקריים, ימי הקרח Cryogenian ו- Karoo, יש עלייה וירידה בגזי החממה האטמוספריים שמילאו תפקיד מרכזי. בכל המקרים האחרים, שבהם מאמינים שאילוץ מסלולי הוא הגורם העיקרי לסיום עידן הקרח, פליטות גזי חממה מוגברות עדיין היו אחראיות למשוב השלילי שהביא לעליות גדולות עוד יותר של הטמפרטורה.

תוספת CO2 על ידי פעילות אנושית מילאה גם תפקיד ישיר בשינויים אקלימיים המתרחשים ברחבי העולם. נכון לעכשיו שריפת דלקים מאובנים על ידי בני אדם מהווה את המקור הגדול ביותר לפליטת פחמן דו חמצני (כ -90%) ברחבי העולם, שהוא אחד מגזי החממה העיקריים המאפשרים לכפות קרינה (המכונה גם אפקט החממה).

בשנת 2013 הודיע הממשל הלאומי לאוקיאנוס והאטמוספירה כי מפלסי ה- CO² באטמוספרה העליונה הגיעו ל -400 חלקים למיליון (ppm) לראשונה מאז החלו המדידות במאה ה -19. בהתבסס על הקצב הנוכחי בו הפליטות צומחות, נאס"א מעריכה שרמות הפחמן עשויות להגיע בין 550 ל- 800 עמודים לדקה במאה הקרובה.

אם התרחיש הקודם הוא המקרה, נאס"א צופה עלייה של 2.5 מעלות צלזיוס בטמפרטורות העולמיות הממוצעות, דבר שיהיה בר-קיימא. עם זאת, אם יתברר שהתרחיש האחרון הוא המקרה, הטמפרטורות העולמיות יעלו בממוצע 4.5 מעלות צלזיוס, מה שהופך את החיים לבלתי נסבלים עבור חלקים רבים של כדור הארץ. מסיבה זו מחפשים חלופות לפיתוח ואימוץ מסחרי נרחב.

זאת ועוד, על פי מחקר שנערך בשנת 2012 פורסם ב- מדעי הטבע הגיאוגרפיים- שכותרתו "קביעת האורך הטבעי של הגזירה הנוכחית" - פליטות CO² של בני אדם צפויים גם לדחות את עידן הקרח הבא. על ידי שימוש בנתונים על מסלול כדור הארץ כדי לחשב את אורך התקופות הבין-גזעיות, צוות המחקר הגיע למסקנה כי הקרח הבא (הצפוי בעוד 1500 שנה) יחייב רמות CO² באטמוספירה להישאר מתחת ל -240 ppm.

למידה נוספת על תקופות הקרח הארוכות יותר ועל תקופות הקרחונים הקצרות יותר שהתרחשו בעבר כדור הארץ היא צעד חשוב להבנת האופן בו האקלים של כדור הארץ משתנה לאורך זמן. זה חשוב במיוחד מכיוון שמדענים מבקשים לקבוע כמה משינויים אקלימיים מודרניים הם מעשה ידי אדם, ואילו אמצעים נגדיים אפשריים לפתח.

כתבנו מאמרים רבים אודות מגזין עידן הקרח לחלל. המחקר החדש שלפנינו חושף עידן הקרח הקטן שמונע על ידי וולקניזם, האם אסטרואיד הרוצח הכניס את כדור הארץ לעידן הקרח? האם הייתה כדור הארץ סלאש? והאם מאדים יוצא מתקופת הקרח?

אם תרצה לקבל מידע נוסף על כדור הארץ, עיין במדריך לחקר מערכות השמש של נאס"א על כדור הארץ. והנה קישור למצפה הכוכבים של נאס"א.

הקלטנו גם פרק של אסטרונומיה יצוקה שכולל כדור הארץ. האזינו כאן, פרק 51: כדור הארץ ופרק 308: שינויי אקלים.

מקור: