冰河時期
冰河時期（英語：Ice Age），又稱大冰期、冰川期、冰河期，或簡稱冰期，是指地球大氣和地表長期低溫導致極地和山地冰蓋大幅擴展甚至覆蓋整個大陸的時期。冰河時期內部又分為幾次冰期（glacial period、glacials或glaciations）與間冰期（interglacials）。
從冰河學的角度，南北半球出現大範圍冰蓋的時期即可視作冰河時期。[1]鑑於格陵蘭和南北極大範圍冰蓋的存在，當今的地球仍處在始於260萬年前更新世的第四紀冰河時期的一次間冰期中，且尚無跡象表明地球正在走出這次冰河時期。[2]
冰期理論的起源
1742年，日內瓦工程師和地理學家皮耶·馬泰爾（Pierre Martel）在阿爾卑斯山地區的夏慕尼遊覽。[3][4]馬泰爾在行記中記載，當地居民認為漂礫的產生是因為冰河曾經擴張得很遠。[5][6]在阿爾卑斯的其他地區也有類似說法。
當時歐洲其他國家的學者也在思考漂礫的成因。瑞典礦業專家Daniel Tilas於1742年最早提出斯堪地那維亞和波羅的海一帶出現的漂礫是海冰作用的結果。1795年，蘇格蘭哲學家、博物學家詹姆斯·赫頓（James Hutton）認為阿爾卑斯山漂礫的形成是冰河的作用。1818年，瑞典植物學家瓦倫貝格（Göran Wahlenberg）提出了斯堪地那維亞半島冰河化的理論，並認為冰河化只是局部現象。幾年後，丹麥地質學家埃斯馬爾克（Jens Esmark）則提出全球性的多次冰期理論，其形成是地球氣候變化的結果，且與地球軌道的改變有關。
冰河時期的成因
因為冰河時期包括冰期和較小的間冰期，還有兩者夾雜在一起的周期，因此冰河時期的成因仍然有許多的爭議。但幾個重要的因素已經有所共識：
- 大氣層的組成：二氧化碳、甲烷等的濃度。
- 地球軌道的變化：也就是所謂的米蘭科維奇循環，也可能和太陽在銀河系中的位置有關係。
- 板塊運動：板塊運動造成地球表面海洋和陸地位置的變動，這會影響風、洋流、氣流，造成地球能量收支上的改變。
- 太陽輸出能量的變動：如太陽活動周期性的變動。
- 地月系統的軌道動力學。
- 大隕石的撞擊：造成大氣層中的塵埃增加，也可能引發火山大規模的爆發。
- 火山爆發，特別是超級火山的噴發。
- 造山運動：山脈崛起造成大量的新鮮岩石露出地表參與風化，這個過程會吸收二氧化碳，逐漸降低大氣層溫室氣體規模，導致降溫。
- 宇宙射線：到達地球的宇宙射線可以影響大氣雲層的生成，從而影響氣候。當地球在穿越銀河系的旋臂時，宇宙射線的增加會導致更多雲層的產生，從而引起全球氣溫降低。[7]
這些因素有些會互相影響，例如，地球大氣組成的變化（特別是溫室氣體的濃度）可能會影響到氣候變化，而氣候變化也會改變大氣組成（例如風化作用會改變二氧化碳的濃度）。
大氣成分變化
大氣中溫室氣體的比例變化對地球氣候的影響最大。如「雪球地球」理論認為，元古宙末期嚴重的冰河時期由於大氣中二氧化碳的積聚而結束。
板塊運動
大陸板塊的運動從時間尺度上與歷次冰河時期匹配得較好。比較明確的幾種可以減少或阻礙赤道海域暖水流向極區的大陸板塊的分布：
印度-澳洲板塊從7000萬年前開始與歐亞板塊碰撞擠壓，在消滅了特提斯海後，板塊碰撞在4000萬年前導致了青藏高原地區的上升。大約240萬平方公里土地上升到雪線以上，冰雪地貌對太陽輻射的反射率比裸露地表要高70%。而且青藏高原處於中低緯度，單位面積反射的日照強度是高緯度極區冰蓋的4-5倍。而且青藏隆起導致大氣環流改變，中國副熱帶高壓區的降水增多，降低了大氣中二氧化碳含量。北美洲的科羅拉多高原的隆起具有類似效果。因而從1990年代起，很多研究指出第四紀變冷（Cenozoic Cooling）與這種上升構造運動有直接關係。[8]
巴拿馬地峽約在300萬年前形成，這是人類從猿進化600萬年以來地球上最重要的地質事件。巴拿馬地峽的形成切斷了大西洋與太平洋的熱帶海水交換，可能啟動了第四紀冰河時期。
太陽輸出能量的變動
太陽能量輸出的變化至少有兩種類型：
- 長期變化：天文物理學家認為太陽輸出的能量每10億年會增加10%。每10億年增加10%的能量輸出，足以造成地球上溫室效應的失控－ 溫度的上升會使水蒸氣的量增加，而水蒸氣是溫室氣體（比二氧化碳更強的溫室氣體），這會造成一種惡性循環[來源請求]。
- 短期變化：有些可能會造成能量的捕獲。由於太陽很巨大，計有的不平衡和負回饋的過程和影響需要很長的時間，所以這些過程會回饋過度又造成不平衡...等等。（"長時間"在這兒指的是數千年至百萬年的時間[來源請求]。）太陽黑子的周期，如蒙德極小期（Maunder minimum），與16世紀持續到19世紀的小冰期符合得很好。
太陽能量的長期增長不是造成冰河期的原因。
最著名的短期變化是太陽黑子周期，特別是蒙德極小期，它與小冰期最冷的部分時間相關聯。如同米蘭科維奇循環一樣，以太陽黑子的效應來解釋冰河期的開始和結束會太微弱和太頻繁了，但是很有可能有助於解釋其中的一些溫度變化。
歷次冰河時期
地球形成以來冰河時期至少出現過5次。[9]冰河時期中，溫度下降，改變了地球表面的植物相和生物的生存環境，許多生物因此面臨滅亡或被迫遷移，只有能夠適應環境的物種，才能倖存下來。
古元古代冰河時期
休倫冰河時期（Huronian），出現於24億到21億年前。由於主要冰蓋遺蹟證據在休倫湖北岸被發現而命名。這可能是地球上最嚴重最漫長的寒冷期。其成因可能是大氧化事件，大氣層中急劇增加的氧氣破壞了原始大氣中的主要溫室氣體甲烷與二氧化碳所致。寒冷期的結束，為真核生物的出現打下了基礎。
新元古代冰河時期
成冰紀冰河時期，又稱「雪球地球事件」，出現於新元古代成冰紀，從7.2億到6.3億年前。這是自休倫冰期後地球最嚴重的寒冷期，極地冰蓋擴展到赤道，海洋也完全凍結，形成了全球性的冰河時期。火山噴發的二氧化碳因地球生物不能光合作用而逐步累積，最終形成的溫室效應使得地球走出冰封。隨後是埃迪卡拉生物群標誌著多細胞生物的出現，以及寒武紀生命大爆發，各種生物的門基本都出現了。
早古生代冰河時期
安第斯-撒哈拉大冰河時期，時間跨度較小，出現於古生代晚奧陶紀與志留紀，從4.6億年前到4.3億年前。
晚古生代冰河時期
晚古生代冰河時期，又稱卡魯冰河時期（Karoo Ice Age （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）），出現於古生代末期的石炭紀與二疊紀，從3.6億年前到2.6億年前。因南非卡魯地區發現的冰蓋證據而命名。可能的原因是在此前的泥盆紀陸生植物大量繁育，導致地球大氣中氧含量的增加、二氧化碳的大幅減少所致。
晚新生代冰河時期
晚新生代冰河時期，也稱第四紀冰河時期（Quaternary glaciation）、更新世冰河時期（Pleistocene glaciation）、南極冰河時期、當前冰河時期（current ice age）或直接叫做冰河時期（the ice age），開始於258萬年前的上新世晚期（另一說為2000萬年前南極大陸出現永久冰蓋之時開始），延續至今。此次冰河時期中，地球處於冰期與間冰期交替出現的旋迴。目前，地球上的大陸冰蓋僅存在於南極洲、格陵蘭、巴芬島等處。
冰期與間冰期
距離現代較近的第四紀冰河時期的間冰期約為4萬年，以後縮短為1萬年。上一次冰期是約1萬年前[10]。
| 名稱 | 間冰期/冰期 | 年代（年） | MIS | 世 |
|---|---|---|---|---|
| 間冰期 | 1萬2千年前至今 | MIS1 | 全新世 | |
| 沃姆冰期 Würm glaciation |
冰期 | 11萬年前至1萬2千年前 | MIS2-4 & 5a-d |
更新世 |
| 里斯-沃姆間冰期 Riss-Würm |
間冰期 | 13萬年前至11萬年前 | MIS5e | |
| 里斯冰期 Riss |
冰期 | 20萬年前至13萬年前 | MIS6 | |
| 民德-里斯間冰期 Mindel-Riss |
間冰期（s） | 30/38萬年前至20萬年前 | MIS7 | |
| 民德冰期 Mindel |
冰期（s） | 45萬5千年前至30/38萬年前 | ||
| 古薩-民德間冰期 Günz-Mindel |
間冰期（s） | 62萬年前至45萬5千年前 | ||
| 古薩冰期 Günz |
冰期 | 68萬年前至62萬年前 | ||
| Waalian | 間冰期 | 54萬年前至47萬年前 | ||
| 多瑙第二冰期 Donau II |
冰期 | 55萬年前至54萬年前 | ||
| Tiglian | 間冰期 | 58萬5千年前至55萬年前 | ||
| 多瑙第一冰期 Donau I |
冰期 | 60萬年前至58萬5千年前 | ||
| Pastonian interglacial | 間冰期 | 80萬年前至60萬年前 | MIS63 | |
| Pre-Pastonian glaciation | 冰期 | 130萬年前至80萬年前 | ||
| Bramertonian Interglacial | 間冰期 | 155萬年前至130萬年前 |
參考
- ^ Imbrie, J.; Imbrie, K.P. Ice ages: solving the mystery. Short Hills NJ: Enslow Publishers. 1979 [2015-11-16]. ISBN 978-0-89490-015-0. （原始內容存檔於2021-02-10）.
- ^ Gribbin, J.R. Future Weather: Carbon Dioxide, Climate and the Greenhouse Effect. Penguin. 1982. ISBN 0140224599.
- ^ Rémis, F.; Testus, L.; Testut. Mais comment s'écoule donc un glacier ? Aperçu historique (PDF). C. R. Geoscience. 2006, 338 (5): 368–385 [2015-11-16]. Bibcode:2006CRGeo.338..368R. doi:10.1016/j.crte.2006.02.004. （原始內容存檔 (PDF)於2012-04-26） （法語）. Note: p. 374
- ^ Montgomery 2010
- ^ Martel, Pierre. Appendix: Martel, P. (1744) An account of the glacieres or ice alps in Savoy, in two letters, one from an English gentleman to his friend at Geneva ; the other from Pierre Martel , engineer, to the said English gentleman. Mathews, C.E. (編). The annals of Mont Blanc. London: Unwin. 1898: 327 [2015-11-16]. （原始內容存檔於2021-02-10）. See (Montgomery 2010) for a full bibliography
- ^ Krüger, Tobias. Discovering the Ice Ages. International Reception and Consequences for a Historical Understanding of Climate (German edition: Basel 2008). Leiden. 2013: 47. ISBN 978-90-04-24169-5.
- ^ Shaviv, Nir J. The spiral structure of the Milky Way, cosmic rays, and ice age epochs on Earth. New Astronomy. 2003-01-01, 8 (1): 39–77 [2022-02-19]. ISSN 1384-1076. doi:10.1016/S1384-1076(02)00193-8. （原始內容存檔於2019-09-29） （英語）.
- ^ William W. Hay, Emanuel Soeding, Robert M. DeConto and Christopher N. Wold: The Late Cenozoic uplift – climate change paradox, Int J Earth Sci (Geol Rundsch) (2002) 91:746–774 (PDF). [2011-10-21]. （原始內容存檔 (PDF)於2021-01-26）.
- ^ 張立英，地球歷史上的五次冰河時期，《地球》，1991年6期
- ^ Gibbard, P. and van Kolfschoten, T.（2004）"The Pleistocene and Holocene Epochs" Chapter 22 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） In Gradstein, F. M., Ogg, James G., and Smith, A. Gilbert（eds.）, A Geologic Time Scale 2004 Cambridge University Press, Cambridge, ISBN 978-0-521-78142-8
參見
外部連結
- Cracking the Ice Age （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from PBS
- 冰河新世紀