The history of ice on Earth

By Michael Marshall

Pierwotni ludzie, odziani w zwierzęce skóry, przemierzający ogromne połacie lodu w desperackim poszukiwaniu pożywienia. To obraz, który przychodzi nam na myśl, gdy większość z nas myśli o epoce lodowcowej.

Ale w rzeczywistości było wiele epok lodowcowych, większość z nich na długo przed pojawieniem się ludzi. A znany obraz epoki lodowcowej jest stosunkowo łagodny: inne były tak poważne, że cała Ziemia zamarzła na dziesiątki, a nawet setki milionów lat.

W rzeczywistości, planeta wydaje się mieć trzy główne ustawienia: „cieplarniane”, kiedy tropikalne temperatury rozciągają się aż do biegunów i w ogóle nie ma tam pokrywy lodowej; „lodowe”, kiedy jest trochę stałego lodu, choć jego zasięg jest bardzo zróżnicowany; i „śnieżna kula”, w której cała powierzchnia planety jest zamarznięta.

Dlaczego lód okresowo się powiększa – i dlaczego znowu się cofa – jest zagadką, którą glacjolodzy dopiero zaczynają rozwiązywać. Oto nasze podsumowanie wszystkich zwrotów akcji, które próbują wyjaśnić.

Śnieżna kula ziemska

2,4 do 2,1 miliarda lat temu

Zlodowacenie hurońskie to najstarsza epoka lodowcowa, o której wiemy. Ziemia miała nieco ponad 2 miliardy lat i była domem tylko dla jednokomórkowych form życia.

Wczesne etapy zlodowacenia hurońskiego, od 2,4 do 2,3 miliarda lat temu, wydają się być szczególnie ciężkie, z całą planetą zamarzniętą w pierwszej „śnieżnej kuli ziemskiej”. Mogło to zostać wywołane przez 250-milionową przerwę w aktywności wulkanicznej, która oznaczałaby mniejszą ilość dwutlenku węgla pompowanego do atmosfery i zmniejszony efekt cieplarniany.

Głęboki mróz

850 do 630 milionów lat temu

Podczas 200 milionów lat okresu kriogenicznego Ziemia pogrążyła się w najgłębszym zimnie, jakiego kiedykolwiek doświadczyła – a pojawienie się złożonego życia mogło być tego przyczyną.

Jedna z teorii głosi, że zlodowacenie zostało wywołane przez ewolucję dużych komórek, a być może także organizmów wielokomórkowych, które po śmierci opadały na dno morskie. To wyssałoby CO2 z atmosfery, osłabiając efekt cieplarniany, a tym samym obniżając globalną temperaturę.

Wydaje się, że były dwie odrębne epoki lodowcowe kriogeniczne: tak zwane zlodowacenie sturcjańskie między 750 a 700 milionami lat temu, po którym nastąpiło zlodowacenie warneńskie (lub marinowskie), 660 do 635 milionów lat temu. Istnieją pewne dowody na to, że Ziemia stała się kulą śnieżną podczas tych wielkich mrozów, ale naukowcy wciąż próbują ustalić, co dokładnie się stało.

Masowe wymieranie

460 do 430 milionów lat temu

Przechodząca przez późny ordowik i wczesny sylur, andyjsko-saharyjska epoka lodowcowa została naznaczona masowym wymieraniem, drugim najcięższym w historii Ziemi.

Wyginięcie zostało przebite jedynie przez gigantyczne wymieranie permskie 250 milionów lat temu. Ale gdy ekosystem powrócił do normy po zamrożeniu, rozszerzył się, a rośliny lądowe stały się powszechne w okresie syluru. Rośliny te mogły spowodować kolejną wielką epokę lodowcową.

Rośliny najeżdżają ziemię

360 do 260 milionów lat temu

Podobnie jak zlodowacenie kriogeniczne, epoka lodowcowa Karoo charakteryzowała się dwoma szczytami pokrywy lodowej, które mogły być odrębnymi epokami lodowcowymi. Miały one miejsce w okresie Mississipian, 359 do 318 milionów lat temu, i ponownie w Pennsylvanian 318 do 299 milionów lat temu.

Te epoki lodowcowe mogły być wynikiem ekspansji roślin lądowych, która nastąpiła po okresie kriogenicznym. Gdy rośliny rozprzestrzeniały się na planecie, pochłaniały CO2 z atmosfery i uwalniały tlen (PDF). W rezultacie poziom CO2 spadł, a efekt cieplarniany osłabł, wywołując epokę lodowcową.

Istnieją pewne dowody na to, że lód przychodził i odchodził w regularnych cyklach, napędzanych zmianami w orbicie Ziemi. Jeśli to prawda, oznaczałoby to, że epoka lodowcowa Karoo działała w taki sam sposób jak obecna.

Antarktyda zamarza

14 milionów lat temu

Antarktyda nie zawsze była zamarzniętym pustkowiem. Dopiero około 34 milionów lat temu na szczytach gór Antarktydy utworzyły się pierwsze małe lodowce. A 20 milionów lat później, kiedy temperatura na całym świecie spadła o 8°C, lód z lodowców zamarzł na skałach i powstała południowa warstwa lodu.

Ten spadek temperatury został wywołany przez wzrost Himalajów. Rosnąc wyżej, były one narażone na zwiększone wietrzenie, co spowodowało wyssanie CO2 z atmosfery i zmniejszenie efektu cieplarnianego.

Półkula północna pozostawała względnie wolna od lodu przez dłuższy czas, a Grenlandia i Arktyka stały się silnie zlodowacone dopiero około 3.2 mln lat temu.

Najnowszy postęp lodu

2,58 mln lat temu

Zlodowacenie czwartorzędowe rozpoczęło się zaledwie kilka milionów lat temu – i wciąż trwa. Jego historia jest więc stosunkowo niedawna w sensie geologicznym i może być badana o wiele bardziej szczegółowo niż historia innych zlodowaceń. Jest oczywiste, że lądolody przechodziły przez wiele etapów wzrostu i wycofywania się w ciągu czwartorzędu.

Podczas „glacjalnych” etapów temperatura była niska, a lód rozciągał się daleko od biegunów. Podczas „interglacjałów” temperatura była nieco cieplejsza, a lód się cofał. Krótkie, niejednoznaczne okresy postępu lodu – trwające zwykle mniej niż 10 000 lat – nazywamy stadialami; z kolei okresy, w których lód cofał się, ale tylko na krótko, nazywamy interstadialami.

Głównym czynnikiem wywołującym zlodowacenie czwartorzędowe był ciągły spadek poziomu CO2 w atmosferze spowodowany wietrzeniem Himalajów. Jednak czas występowania glacjałów i interglacjałów był napędzany przez okresowe zmiany w orbicie Ziemi, które zmieniają ilość promieni słonecznych docierających do różnych części planety. Efekt tych niewielkich zmian orbitalnych został wzmocniony przez dodatnie sprzężenia zwrotne, takie jak zmiany w poziomie gazów cieplarnianych.

Podczas pierwszych dwóch trzecich czwartorzędu lód postępował i cofał się mniej więcej co 41 000 lat – w tym samym tempie, co zmiany w nachyleniu osi Ziemi. Około miliona lat temu, lód zmienił cykl na 100 000 lat z powodów, które do niedawna były tajemnicą. Teraz bardziej szczegółowe informacje o czasie ruchu lodu mogą pomóc glacjologom znaleźć odpowiedź.

Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawy, lód nie posuwał się i nie cofał jednocześnie na całym świecie. Często zaczynał się na jednym kontynencie, a na innych pojawiał się dopiero tysiące lat później, a następnie utrzymywał się na kilku kontynentach kilka tysiącleci po tym, jak zniknął z innych.

Więc w czwartorzędzie istniało wiele nakładających się zlodowaceń, każde z nich osobno nazwane: kompleksy bawelskich i kromeryjskich zlodowaceń i interglacjałów; zlodowacenie elsterskie; interglacjał holsztyński i zlodowacenie saalskie, między innymi.

Pomiędzy 130 000 a 114 000 lat temu lód cofnął się podczas interglacjału eemskiego – a potem znów się rozwinął, tworząc glacjał, który większość ludzi zna jako „epokę lodowcową”.

Nasza epoka lodowcowa

110 000 do 12 000 lat temu

Chłodne temperatury czwartorzędu mogły pozwolić naszym mózgom stać się znacznie większymi niż mózgi naszych przodków hominidów. Choć to wciąż jest przedmiotem debaty, jest prawdopodobne, że ostatni okres lodowcowy odcisnął swoje piętno na naszym gatunku.

Neandertalczycy, z którymi dzieliliśmy planetę do czasu tuż przed ostatnim maksimum lodowcowym, 20 000 lat temu, mogli walczyć o przetrwanie, gdy podnoszący się i opadający lód zjadał ich siedliska – choć sugerowano wiele innych wyjaśnień ich wyginięcia. Nie ulega wątpliwości, że Homo sapiens przetrwał i zwrócił się ku rolnictwu wkrótce po ustąpieniu lodu, ustanawiając scenę dla powstania nowoczesnej cywilizacji.

Jak okres lodowcowy zbliżał się do końca, a temperatury zaczęły rosnąć, nastąpiły dwie ostatnie zimne burze. Po pierwsze, chłodny „Older Dryas”, trwający od 14 700 do 13 400 lat temu, przekształcił większość Europy z lasu w tundrę, jak dzisiejsza Syberia. Po krótkim odpoczynku, Młodszy Dryas, trwający od 12 800 do 11 500 lat temu, zamroził Europę w ciągu kilku miesięcy – prawdopodobnie w wyniku topnienia lodowców, które wyłączyły prąd „pasowy” Oceanu Atlantyckiego, choć winę za to ponosi również uderzenie komety.

Dwanaście tysięcy lat temu wielkie pokrywy lodowe wycofały się na początku ostatniego interglacjału – flandryjskiego – umożliwiając ludziom powrót na północne szerokości geograficzne. Okres ten był stosunkowo ciepły, a klimat względnie stabilny, choć nieco chłodniejszy niż ostatni interglacjał, eemski, a poziom mórz jest obecnie niższy o co najmniej 3 metry – różnice te są uważnie analizowane przez naukowców pragnących zrozumieć, jak będzie kształtował się nasz klimat.

Ale to wytchnienie od lodu prawdopodobnie okaże się krótkotrwałe, przynajmniej w kategoriach geologicznych. Niezależnie od wpływu człowieka na klimat, cykl będzie się nadal obracał, okres cieplarniany kiedyś się skończy – i pokrywy lodowe znów się zejdą.

Więcej na ten temat:

• zmiana klimatu