WAT IS EEN IJSTIJD?

Send

Wetenschappers weten al geruime tijd dat de aarde cycli van klimaatverandering doormaakt. Als gevolg van veranderingen in de baan van de aarde, geologische factoren en / of veranderingen in de zonneproductie, ervaart de aarde af en toe aanzienlijke verlagingen van het oppervlak en de atmosferische temperaturen. Dit resulteert in langdurige ijstijden, of beter bekend als een ijstijd.

Deze periodes worden gekenmerkt door de groei en uitbreiding van ijskappen over het aardoppervlak, die om de paar miljoen jaar plaatsvindt. Per definitie bevinden we ons nog in de laatste grote ijstijd - die begon tijdens het late Plioceen (ongeveer 2,58 miljoen jaar geleden) - en bevinden we ons momenteel in een interglaciale periode, gekenmerkt door de terugtrekking van gletsjers.

Definitie:

Hoewel de term ijstijd soms royaal wordt gebruikt om te verwijzen naar koude periodes in de geschiedenis van de aarde, logenstraft dit vaak de complexiteit van ijstijden. De meest nauwkeurige definitie zou zijn dat ijstijden perioden zijn waarin ijskappen en gletsjers over de hele planeet uitzetten, wat overeenkomt met aanzienlijke dalingen van de wereldwijde temperaturen en miljoenen jaren kan duren.

Tijdens een ijstijd zijn er aanzienlijke temperatuurverschillen tussen de evenaar en de polen en is ook aangetoond dat de temperaturen op diepzeespiegel dalen. Hierdoor kunnen grote gletsjers (vergelijkbaar met continenten) uitzetten en een groot deel van het oppervlak van de planeet bedekken. Sinds het Pre-Cambrium tijdperk (ca. 600 miljoen jaar geleden) hebben ijstijden zich voorgedaan met ruimtelijke intervallen van ongeveer 200 miljoen jaar.

Geschiedenis van de studie:

De eerste wetenschapper die theoretiseerde over voorbije ijstijden was de 18e-eeuwse Zwitserse ingenieur en geograaf Pierre Martel. In 1742 schreef hij tijdens een bezoek aan een Alpenvallei over de verspreiding van grote rotsen in grillige formaties, die de lokale bevolking toeschreef aan de gletsjers die zich ooit veel verder hadden uitgestrekt. Soortgelijke verklaringen begonnen in de daaropvolgende decennia op te komen voor vergelijkbare patronen van rotsverspreiding in andere delen van de wereld.

Vanaf het midden van de 18e eeuw begonnen Europese geleerden steeds meer ijs te overwegen als een manier om rotsachtig materiaal te transporteren. Dit omvatte de aanwezigheid van rotsblokken in kustgebieden in de Baltische staten en op het Scandinavische schiereiland. Het was echter de Deens-Noorse geoloog Jens Esmark (1762–1839) die voor het eerst het bestaan van een opeenvolging van wereldwijde ijstijden betoogde.

Deze theorie werd gedetailleerd beschreven in een paper dat hij in 1824 publiceerde, waarin hij voorstelde dat veranderingen in het klimaat van de aarde (die het gevolg waren van veranderingen in zijn baan) verantwoordelijk waren. Dit werd in 1832 gevolgd door de Duitse geoloog en bosbouwprofessor Albrecht Reinhard Bernhardi die speculeerde over hoe de poolkappen ooit de gematigde streken van de wereld hebben bereikt.

Tegelijkertijd begonnen de Duitse botanicus Karl Friedrich Schimper en de Zwitsers-Amerikaanse bioloog Louis Agassiz onafhankelijk hun eigen theorie over mondiale ijstijd te ontwikkelen, wat ertoe leidde dat Schmidt in 1837 de term ijstijd bedacht. Tegen het einde van de 19e eeuw kwam de ijstijdtheorie geleidelijk aan begon wijdverbreid geaccepteerd te worden over het idee dat de aarde geleidelijk afkoelde uit haar oorspronkelijke, gesmolten toestand.

Tegen de 20e eeuw ontwikkelde de Servische polymath Milutin Milankovic zijn concept van Milankovic-cycli, die klimaatveranderingen op lange termijn koppelden aan periodieke veranderingen in de baan van de aarde rond de zon. Dit bood een aantoonbare verklaring voor ijstijden en stelde wetenschappers in staat om voorspellingen te doen over wanneer significante veranderingen in het klimaat op aarde weer zouden kunnen optreden.

Bewijs voor ijstijden:

Er zijn drie vormen van bewijs voor de theorie van de ijstijd, die variëren van de geologische en de chemische tot de paleontologische (d.w.z. het fossielenbestand). Elk heeft zijn eigen voor- en nadelen en heeft wetenschappers geholpen een algemeen begrip te krijgen van het effect dat ijstijden de afgelopen miljard jaar op het geologische record hebben gehad.

Geologisch: Geologisch bewijs omvat het schuren en krabben van rotsen, gebeeldhouwde valleien, de vorming van bijzondere soorten bergkammen en de afzetting van niet-geconsolideerd materiaal (morenen) en grote rotsen in grillige formaties. Hoewel dit soort bewijsmateriaal in de eerste plaats heeft geleid tot de theorie van de ijstijd, blijft het temperamentvol.

Ten eerste hebben opeenvolgende ijstijden verschillende effecten op een regio, waardoor geologisch bewijs na verloop van tijd wordt verstoord of gewist. Bovendien is geologisch bewijs moeilijk precies te dateren, wat problemen veroorzaakt als het erom gaat een nauwkeurige beoordeling te krijgen van hoe lang glaciale en interglaciale perioden hebben geduurd.

Chemisch: Dit bestaat grotendeels uit variaties in de verhoudingen van isotopen in fossielen ontdekt in sediment- en gesteentemonsters. Voor meer recente ijstijden worden ijskernen gebruikt om een globaal temperatuurrecord op te bouwen, grotendeels door de aanwezigheid van zwaardere isotopen (die leiden tot hogere verdampingstemperaturen). Ze bevatten ook vaak luchtbellen, die worden onderzocht om de samenstelling van de atmosfeer op dat moment te beoordelen.

Beperkingen komen echter voort uit verschillende factoren. De belangrijkste hiervan zijn isotoopverhoudingen, die een verstorend effect kunnen hebben op nauwkeurige datering. Maar wat betreft de meest recente ijstijden en interglaciale perioden (d.w.z. gedurende de laatste paar miljoen jaar), blijven ijskern- en oceaansedimentkernmonsters de meest vertrouwde vorm van bewijs.

Paleontologisch: Dit bewijs bestaat uit veranderingen in de geografische verspreiding van fossielen. Kortom, organismen die gedijen in warmere omstandigheden, sterven uit tijdens ijstijden (of worden sterk beperkt op lagere breedtegraden), terwijl koud aangepaste organismen gedijen op dezelfde breedtegraden. Ergo, verminderde hoeveelheden fossielen op hogere breedtegraden is een indicatie van de verspreiding van gletsjerijskappen.

Dit bewijs kan ook moeilijk te interpreteren zijn omdat het vereist dat de fossielen relevant zijn voor de geologische periode die wordt bestudeerd. Het vereist ook dat sedimenten over brede breedtegraden en lange tijdsperioden een duidelijke correlatie vertonen (als gevolg van veranderingen in de aardkorst in de tijd). Bovendien zijn er veel oude organismen die het vermogen hebben aangetoond om veranderingen in omstandigheden gedurende miljoenen jaren te overleven.

Dientengevolge vertrouwen wetenschappers waar mogelijk op een gecombineerde aanpak en meerdere bewijslijnen.

Oorzaken van ijstijden:

De wetenschappelijke consensus is dat verschillende factoren bijdragen aan het ontstaan van ijstijden. Deze omvatten veranderingen in de baan van de aarde rond de zon, de beweging van tektonische platen, variaties in zonne-energie, veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer, vulkanische activiteit en zelfs de impact van grote meteorieten. Veel van deze hangen met elkaar samen en de exacte rol die elk stuk speelt, is onderwerp van discussie.

De baan van de aarde: In wezen is de baan van de aarde rond de zon onderhevig aan cyclische variaties in de tijd, een fenomeen dat ook bekend staat als Milankovic (of Milankovitch) cycli. Deze worden gekenmerkt door veranderende afstanden tot de zon, de precessie van de aardas en de veranderende helling van de aardas - die allemaal resulteren in een herverdeling van het zonlicht dat door de aarde wordt ontvangen.

Het meest overtuigende bewijs voor het orbitaal forceren van Milankovic komt nauw overeen met de meest recente (en bestudeerde) periode in de geschiedenis van de aarde (circa de afgelopen 400.000 jaar). Tijdens deze periode ligt de timing van ijstijden en interglaciale perioden zo dicht bij veranderingen in Milankovic-orbitale dwangperioden dat het de meest algemeen aanvaarde verklaring is voor de laatste ijstijd.

Tektonische platen:Het geologische record laat een duidelijke correlatie zien tussen het begin van ijstijden en de posities van de continenten van de aarde. Tijdens deze periodes bevonden ze zich op posities die de stroming van warm water naar de polen verstoorden of blokkeerden, waardoor ijskappen konden ontstaan.

Dit verhoogde op zijn beurt het albedo van de aarde, waardoor de hoeveelheid zonne-energie die door de atmosfeer en de aardkorst wordt geabsorbeerd, afneemt. Dit resulteerde in een positieve feedbacklus, waarbij de opkomst van ijskappen het albedo van de aarde verder verhoogde en meer koeling en meer ijstijd mogelijk maakte. Dit zou zo blijven tot het begin van een broeikaseffect de periode van ijstijd beëindigde.

Gebaseerd op ijstijden uit het verleden zijn er drie configuraties geïdentificeerd die tot een ijstijd kunnen leiden - een continent dat bovenop de pool van de aarde zit (zoals Antarctica tegenwoordig doet); een poolzee die aan land grenst (zoals de Noordelijke IJszee tegenwoordig is); en een supercontinent dat het grootste deel van de evenaar bestrijkt (zoals Rodinia deed tijdens de cryogene periode).

Bovendien zijn sommige wetenschappers van mening dat de Himalaya-bergketen - die 70 miljoen jaar geleden werd gevormd - een grote rol heeft gespeeld in de meest recente ijstijd. Door de totale regenval op aarde te vergroten, is ook de snelheid waarmee CO² uit de atmosfeer wordt verwijderd verhoogd (waardoor het broeikaseffect afneemt). Het bestaan ervan loopt ook parallel met de langdurige daling van de gemiddelde temperatuur op aarde in de afgelopen 40 miljoen jaar.

Atmosferische samenstelling: Er zijn aanwijzingen dat de broeikasgassen dalen met de opkomst van ijskappen en stijgen met hun terugtrekking. Volgens de "Snowball Earth" -hypothese - waarbij ijs de planeet in het verleden minstens één keer volledig of bijna bedekt - werd de ijstijd van het late Proterozoïcum beëindigd door een toename van de CO²-niveaus in de atmosfeer, die werd toegeschreven aan vulkanische uitbarstingen.

Er zijn echter mensen die suggereren dat verhoogde kooldioxidegehaltes mogelijk eerder als feedbackmechanisme hebben gediend dan als oorzaak. Zo produceerde een internationaal team van wetenschappers in 2009 een studie - getiteld "The Last Glacial Maximum" - die aangaf dat een toename van zonnestraling (dwz energie geabsorbeerd door de zon) de eerste verandering was, terwijl broeikasgassen verantwoordelijk waren voor de omvang van verandering.

Grote ijstijden:

Wetenschappers hebben vastgesteld dat er in de geschiedenis van de aarde ten minste vijf grote ijstijden hebben plaatsgevonden. Deze omvatten de Huronian, Cryogenian, Andes-Saharan, Karoo en de Qauternary-ijstijden. De Huronian Ice Age is gedateerd op de vroege Protzerozoïsche Eon, ongeveer 2,4 tot 2,1 miljard jaar geleden, gebaseerd op geologisch bewijs waargenomen in het noorden en noordoosten van Lake Huron (en gecorreleerd met afzettingen in Michigan en West-Australië).

De cryogene ijstijd duurde ongeveer 850 tot 630 miljoen jaar geleden en was misschien wel de ernstigste in de geschiedenis van de aarde. Er wordt aangenomen dat tijdens deze periode de gletsjerijskappen de evenaar bereikten, wat leidde tot een "Snowball Earth" -scenario. Er wordt ook aangenomen dat dit eindigde als gevolg van een plotselinge toename van vulkanische activiteit die een broeikaseffect veroorzaakte, hoewel dit (zoals opgemerkt) ter discussie staat.

De ijstijd in de Andes-Sahara vond plaats tijdens de late Ordovicium en de Silurische periode (ongeveer 460 tot 420 miljoen jaar geleden). Zoals de naam al doet vermoeden, is het bewijs hier gebaseerd op geologische monsters genomen uit het Tassili n'Ajjer-gebergte in de westelijke Sahara, en gecorreleerd door bewijs verkregen uit de Andes-bergketen in Zuid-Amerika (evenals het Arabische schiereiland en het zuiden Amazonebekken).

De Karoo-ijstijd wordt toegeschreven aan de evolutie van landplanten tijdens het begin van de Devoon-periode (ca. 360 tot 260 miljoen jaar geleden) die een langdurige toename van het planetaire zuurstofgehalte en een verlaging van het CO²-niveau veroorzaakte - wat leidde tot wereldwijde koeling. Het is genoemd naar sedimentaire afzettingen die werden ontdekt in de Karoo-regio van Zuid-Afrika, met correlerend bewijsmateriaal gevonden in Argentinië.

De huidige ijstijd, bekend als de Plioceen-Quartaire ijstijd, begon ongeveer 2,58 miljoen jaar geleden tijdens het late Plioceen, toen de verspreiding van ijskappen op het noordelijk halfrond begon. Sindsdien heeft de wereld verschillende ijstijden en interglaciale periodes meegemaakt, waar ijskappen oprukken en zich terugtrekken op tijdschalen van 40.000 tot 100.000 jaar.

De aarde bevindt zich momenteel in een interglaciale periode en de laatste ijstijd eindigde ongeveer 10.000 jaar geleden. Wat overblijft van de continentale ijskappen die zich ooit over de hele wereld uitstrekten, zijn nu beperkt tot Groenland en Antarctica, evenals kleinere gletsjers - zoals die op Baffin Island.

Antropogene klimaatverandering:

De exacte rol van alle mechanismen waaraan ijstijden worden toegeschreven - d.w.z. orbitaal forceren, zonneforcen, geologische en vulkanische activiteit - is nog niet helemaal duidelijk. Gezien de rol van kooldioxide en andere broeikasgasemissies, is er de afgelopen decennia grote bezorgdheid ontstaan over de langetermijneffecten die menselijke activiteit op de planeet zal hebben.

Zo wordt verondersteld dat in ten minste twee grote ijstijden, de cryogene en karoo-ijstijden, toenames en afnames van atmosferische broeikasgassen een belangrijke rol hebben gespeeld. In alle andere gevallen, waar wordt aangenomen dat orbitaal forceren de belangrijkste oorzaak is van het einde van een ijstijd, waren de verhoogde uitstoot van broeikasgassen nog steeds verantwoordelijk voor de negatieve feedback die leidde tot een nog grotere temperatuurstijging.

De toevoeging van CO2 door menselijke activiteit heeft ook een directe rol gespeeld bij klimaatveranderingen die overal ter wereld plaatsvinden. Momenteel vormt de verbranding van fossiele brandstoffen door mensen de grootste bron van uitstoot van kooldioxide (ongeveer 90%) wereldwijd, wat een van de belangrijkste broeikasgassen is die stralingsforcering (ook bekend als het broeikaseffect) mogelijk maakt.

In 2013 kondigde de National Oceanic and Atmospheric Administration aan dat de CO²-niveaus in de bovenste atmosfeer voor het eerst sinds het begin van de metingen in de 19e eeuw 400 deeltjes per miljoen (ppm) bereikten. Op basis van het huidige tempo waarin de emissies toenemen, schat NASA dat de koolstofniveaus de komende eeuw tussen de 550 en 800 ppm zouden kunnen bereiken.

Als het eerste scenario het geval is, verwacht NASA een stijging van 2,5 ° C (4,5 ° F) in gemiddelde wereldwijde temperaturen, wat duurzaam zou zijn. Mocht het laatste scenario echter het geval blijken te zijn, dan zullen de temperaturen op aarde met gemiddeld 4,5 ° C (8 ° F) stijgen, wat het leven voor veel delen van de planeet onhoudbaar zou maken. Daarom wordt gezocht naar alternatieven voor ontwikkeling en wijdverbreide commerciële adoptie.

Bovendien blijkt uit een onderzoek uit 2012, gepubliceerd in Nature Geoscience- getiteld "Bepaling van de natuurlijke lengte van de huidige interglaciale" - de menselijke uitstoot van CO² zal naar verwachting ook de volgende ijstijd uitstellen. Met behulp van gegevens over de baan van de aarde om de lengte van interglaciale perioden te berekenen, concludeerde het onderzoeksteam dat het volgende ijs (verwacht in 1500 jaar) atmosferische CO²-niveaus nodig zou hebben om onder de 240 ppm te blijven.

Meer leren over de langere ijstijden en de kortere ijstijden die in het verleden van de aarde hebben plaatsgevonden, is een belangrijke stap om te begrijpen hoe het klimaat op aarde in de loop van de tijd verandert. Dit is vooral belangrijk omdat wetenschappers proberen vast te stellen hoeveel moderne klimaatverandering door de mens is veroorzaakt en welke mogelijke tegenmaatregelen kunnen worden ontwikkeld.

We hebben veel artikelen geschreven over de Ice Age for Space Magazine. Hier is nieuwe studie onthult kleine ijstijd aangedreven door vulkanisme, heeft een dodelijke asteroïde de planeet in een ijstijd gedreven?, Was er een slushball-aarde? En komt Mars uit een ijstijd?

Als je meer informatie over de aarde wilt, bekijk dan NASA's zonnestelselverkenningsgids op aarde. En hier is een link naar NASA's Earth Observatory.

We hebben ook een aflevering van Astronomy Cast opgenomen over de hele planeet Aarde. Luister hier, aflevering 51: aarde en aflevering 308: klimaatverandering.

Bron: