يشير العصر الجليدي إلى العصور الجيولوجية التي تتميز بانخفاض كبير في درجات حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تكوين أو توسع الصفائح الجليدية القارية والقطبية، وكذلك الأنهار الجليدية في جبال الألب. يتم استخدام هذا المصطلح مع تفسيرات مختلفة لوصف فترات التبريد المناخي الواسعة والقصيرة نسبيًا. على وجه التحديد، يتم تحديد الفترات الأكثر برودة على أنها العصور الجليدية أو العصور الجليدية، في حين يشار إلى الفترات الأكثر دفئًا على أنها العصور الجليدية.
العصر الجليدي هو مصطلح يصف الفترات الزمنية التي يؤدي فيها انخفاض درجة حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي إلى وجود أو توسع الصفائح الجليدية القارية والقطبية والأنهار الجليدية في جبال الألب. يتم تطبيق المصطلح بعدة معانٍ مختلفة على فترات التبريد الطويلة جدًا والقصيرة نسبيًا. تسمى الفترات الباردة بالعصور الجليدية أو العصور الجليدية، وتسمى الفترات الأكثر دفئًا بالعصور الجليدية.
يتأرجح النظام المناخي للأرض بين فترات "البيت الجليدي" وفترات "الاحتباس الحراري"، وتتميز بوجود أو عدم وجود تجلد واسع النطاق؛ تاريخيًا، شهد الكوكب في الغالب ظروفًا دفيئة، تتميز بالحد الأدنى من الجليد الدائم أو عدم وجوده على الإطلاق. من منظور جيولوجي كلي، تقع الأرض حاليًا ضمن فترة الجليد المعروفة باسم العصر الجليدي المتأخر في حقب الحياة الحديثة، والتي بدأت قبل 34 مليون سنة. شمل هذا العصر الجليدي الواسع فترات فرعية أكثر برودة ودفئًا، كما ينطبق مصطلح "العصر الجليدي" أيضًا على وجه التحديد على التجلد الرباعي، الذي بدأ قبل 2.58 مليون سنة. خلال العصر الرباعي، انتهى العصر الجليدي الأخير منذ 115,000 عام، تلاه العصر الجليدي الأخير (LGP)، والذي انتقل بعد ذلك إلى عصر الهولوسين الدافئ المعاصر، والذي بدأ قبل 11,700 عام. كانت المرحلة الباردة الأكثر شدة في LGP هي الذروة الجليدية الأخيرة، والتي بلغت ذروتها منذ ما يقرب من 26000 إلى 20000 سنة مضت. كان أحدث حدث جليدي مهم هو Younger Dryas، الذي حدث منذ ما بين 12800 و11700 سنة.
التطور التاريخي للبحث
في عام 1742، قام بيير مارتيل (1706–1767)، وهو مهندس وجغرافي من جنيف، برحلة استكشافية إلى وادي شامونيكس في جبال سافوي الألبية. وبعد ذلك نشر تقريراً مفصلاً عن رحلاته بعد ذلك بعامين. وثّق مارتل أن السكان المحليين أرجعوا توزيع الصخور غير المنتظمة إلى الأنهار الجليدية، مؤكدًا أن هذه الكتل الجليدية كانت قد امتدت في السابق إلى أبعد من ذلك بكثير. تم توثيق تفسيرات مماثلة لاحقًا في مناطق جبال الألب الأخرى. بحلول عام 1815، افترض جان بيير بيرودان (1767–1858)، وهو نجار وصياد الشامواه، أن الصخور غير المنتظمة في فال دي باني، كانتون فاليه، سويسرا، نتجت عن الوصول الأوسع للأنهار الجليدية في الماضي. في عام 1834، قدم حطاب لم يذكر اسمه من ميرينجن، بيرنيز أوبرلاند، فرضية مماثلة خلال مناقشة مع الجيولوجي الألماني السويسري جان دي شاربنتييه (1786-1855). كما تم تسجيل تفسيرات مماثلة من فال دي فيريت في فاليه، منطقة سيلاند في غرب سويسرا، وضمن الكتابات العلمية لغوته. وعلاوة على ذلك، لوحظت تفسيرات مماثلة على الصعيد العالمي. أثناء رحلة عالم الطبيعة البافاري إرنست فون بيبرا (1806-1878) إلى جبال الأنديز التشيلية في 1849-1850، أرجع السكان الأصليون الركام الأحفوري إلى النشاط التاريخي للأنهار الجليدية.
وفي الوقت نفسه، بدأ الأكاديميون الأوروبيون تحقيقات في الآليات المسؤولة عن تشتت المواد الجيولوجية غير المنتظمة. ابتداءً من منتصف القرن الثامن عشر، اقترح بعض العلماء استخدام الجليد كوسيلة نقل. في عام 1742، أصبح دانييل تيلاس (1712-1772)، خبير التعدين السويدي، أول من وضع نظرية مفادها أن الجليد البحري المنجرف ساهم في ظهور الصخور غير المنتظمة في المناطق الاسكندنافية ومنطقة البلطيق. بحلول عام 1795، أرجع جيمس هوتون (1726–1797)، الفيلسوف الاسكتلندي وعالم الطبيعة النبيل، وجود الصخور غير المنتظمة في جبال الألب إلى الحركة الجليدية. وبعد عقدين من الزمن، في عام 1818، نشر عالم النبات السويدي غوران فالنبرغ (1780-1851) فرضيته المتعلقة بالتجلد في شبه الجزيرة الاسكندنافية. اعتبر فالينبيرج هذا التجلد ظاهرة محلية.
بعد بضع سنوات فقط، طرح الجيولوجي الدنماركي النرويجي ينس إسمارك (1762-1839) مفهوم سلسلة من العصور الجليدية العالمية. في منشور صدر عام 1824، افترض إسمارك أن التحولات المناخية هي السبب الكامن وراء هذه التجمعات الجليدية. لقد سعى إلى إثبات نشأتها من خلال إجراء تعديلات على المعلمات المدارية للأرض. حدد إسمارك أوجه التشابه المورفولوجية بين الركام الموجود بالقرب من بحيرة Haukalivatnet عند مستوى سطح البحر في روجالاند وتلك المرتبطة بفروع نهر جوستيدالسبرين الجليدي. وقد نُسبت النتائج التي توصل إليها إسمارك لاحقًا إلى ثيودور كيرولف ولويس أغاسيز أو استولى عليها.
شهدت السنوات اللاحقة انتشارًا واعتمادًا جزئيًا لمفاهيم إسمارك من قبل العلماء السويديين والاسكتلنديين والألمان. أظهر روبرت جيمسون (1774–1854) من جامعة إدنبرة تقبلًا ملحوظًا لنظريات إسمارك، وهي نقطة أبرزها أستاذ علم الجليد النرويجي بيورن ج. أندرسن (1992). من المحتمل جدًا أن يكون عمل إسمارك قد أثر على ملاحظات جيمسون فيما يتعلق بالأنهار الجليدية القديمة في اسكتلندا. في الوقت نفسه في ألمانيا، تبنى ألبريشت راينهارد بيرنهاردي (1797–1849)، الجيولوجي وأستاذ الغابات في أكاديمية في دريسيجاكر (التي تم دمجها الآن في مدينة مينينجن الجنوبية في تورينغن)، الإطار النظري لإسمارك. في منشور صدر عام 1832، افترض بيرنهاردي أن القمم الجليدية القطبية امتدت تاريخيًا إلى المناطق المعتدلة من الأرض.
داخل فال دي باجنيس، وهو وادي في جبال الألب السويسرية، يفترض تقليد محلي قديم أن المنطقة كانت مغطاة على نطاق واسع بالجليد. في عام 1815، سعى جان بيير بيرودان، وهو صياد محلي للشامواه، إلى إقناع الجيولوجي جان دي شاربنتييه بهذا المفهوم، مقدمًا التصدعات الصخرية العميقة والصخور غير المنتظمة الضخمة كدليل مؤيد. ومع ذلك، تمسك شاربنتييه بوجهة النظر السائدة بأن هذه السمات الجيولوجية نتجت عن فيضانات هائلة ورفض فرضية بيرودين باعتبارها لا يمكن الدفاع عنها. بحلول عام 1818، انضم المهندس إغناتز فينيتز إلى بيرودين وشاربنتييه للتحقيق في بحيرة جليدية تقع فوق الوادي. تشكلت هذه البحيرة بسبب سد جليدي، نتيجة لثوران بركان جبل تامبورا عام 1815، وشكلت تهديدًا كبيرًا بحدوث فيضانات كارثية عند اختراقها. محاولات بيرودين اللاحقة لإقناع رفاقه بنظريته باءت بالفشل. ومع ذلك، بعد تمزق السد في نهاية المطاف، شمل التأثير الجيولوجي الملحوظ فقط مخالفات طفيفة وغياب التصدعات. قادت هذه النتيجة فينيتز إلى استنتاج أن تقييم بيرودين كان دقيقًا، وأن الجليد الجليدي فقط هو الذي يمكن أن يفسر التكوينات الجيولوجية الأكثر أهمية. في عام 1821، قدم فينيتز ورقة بحثية حائزة على جائزة حول هذه النظرية إلى الجمعية السويسرية. ومع ذلك، فقد تأخر نشرها حتى عام 1834، عندما قام شاربنتييه، الذي كان قد تبنى النظرية أيضًا في ذلك الوقت، بنشرها جنبًا إلى جنب مع أعماله المنتشرة على نطاق أوسع.
في الوقت نفسه، أجرى عالم النبات الألماني كارل فريدريش شيمبر (1803–1867) دراسات على الطحالب التي تنمو على الصخور غير المنتظمة في مرتفعات جبال الألب البافارية، مما دفعه إلى التحقيق في أصل هذه التكوينات الصخرية الكبيرة. وبحلول صيف عام 1835، وبعد رحلات إلى جبال الألب البافارية، توصل شيمبر إلى أن الجليد كان هو آلية نقل هذه الصخور. خلال شتاء 1835-1836، ألقى محاضرات في ميونيخ، حيث طرح فرضية "أوقات الإبادة" العالمية ("Verödungszeiten") التي تتميز بالمناخ البارد والمياه المتجمدة. في صيف عام 1836، انضم شيمبر إلى صديقه الجامعي السابق لويس أغاسيز (1801-1873) وجان دي شاربنتييه في ديفينز، بالقرب من بيكس، في جبال الألب السويسرية. خلال هذه الفترة، نجح شيمبر وشاربنتييه وربما فينيتز في إقناع أغاسيز بحدوث حقبة جليدية سابقة. خلال شتاء 1836-1837، تعاون أغاسيز وشيمبر في تطوير نظرية تفترض سلسلة من التجمعات الجليدية، بناءً في المقام الأول على العمل السابق لفينيتز وشاربنتييه، بالإضافة إلى ملاحظاتهم الميدانية. يبدو أن أغاسيز كان على دراية بورقة برنهاردي عام 1832 في هذه المرحلة. في أوائل عام 1837، قدم شيمبر مصطلح "العصر الجليدي" ("Eiszeit") للإشارة إلى هذه الفترة من النشاط الجليدي الواسع النطاق. في يوليو 1837، قدم أغاسيز نظريتهم المركبة رسميًا في الاجتماع السنوي للجمعية السويسرية للأبحاث الطبيعية في نوشاتيل. كان استقبال الجمهور نقديًا للغاية، حيث عارض بعض الأعضاء النظرية الجديدة بسبب تناقضها مع وجهات النظر الراسخة حول تاريخ مناخ الأرض، والتي ترى في الغالب أن الكوكب قد خضع لتبريد تدريجي منذ تكوينه ككرة منصهرة.
وللتغلب على الشكوك، بدأ أغاسيز عملًا ميدانيًا جيولوجيًا واسع النطاق، وبلغ ذروته بنشر عمله الأساسي عام 1840، دراسة عن الأنهار الجليدية ("الدراسات" سور ليه الجليدية"). تسبب هذا المنشور في ذعر كبير لشاربنتييه، الذي كان يقوم في نفس الوقت بإعداد كتابه الخاص عن التجلد في جبال الألب. يعتقد شاربنتييه أنه يستحق الأسبقية، بعد أن كان له دور فعال في تعريف أغاسيز بالأبحاث الجليدية المتقدمة. علاوة على ذلك، بسبب الخلافات الشخصية، حذف أغاسيز بشكل ملحوظ أي اعتراف بشيمبر في منشوراته.
تطلب القبول العلمي الكامل لنظرية العصر الجليدي عدة عقود، وحقق إجماعًا دوليًا خلال النصف الأخير من سبعينيات القرن التاسع عشر. وقد تأثر هذا القبول الواسع النطاق بشكل كبير بمساهمات جيمس كرول، ولا سيما منشوره الصادر عام 1875، المناخ والوقت، في علاقاتهما الجيولوجية، والذي قدم تفسيرًا مقنعًا للأسباب الكامنة وراء العصور الجليدية.
الأدلة
يتم تصنيف الأدلة الأولية على العصور الجليدية الماضية إلى ثلاثة أنواع متميزة: الجيولوجية والكيميائية والحفريات.
تظهر المؤشرات الجيولوجية للعصور الجليدية في أشكال متنوعة، مثل جرف الصخور، والتصدعات، والركام الجليدي، والطبول، والوديان على شكل حرف U، وتراكم الحراثة، والتدرجات، والأنهار الجليدية. غالبًا ما تحجب الطبيعة المتتابعة للتجمعات الجليدية أو تقضي على الآثار الجيولوجية للفترات الجليدية السابقة، مما يعقد تفسيرها. علاوة على ذلك، فقد أثبت التأريخ الدقيق لهذه الأدلة أنه أمر صعب؛ افترضت الفرضيات الأولية أن الفترات الجليدية كانت قصيرة بالنسبة للفترات الممتدة بين العصور الجليدية. ومع ذلك، كشف تطور تحليل الرواسب والجليد عن النمط الفعلي: الفترات الجليدية طويلة، في حين أن الفترات بين الجليدية قصيرة نسبيًا. استغرقت صياغة الإطار النظري الحالي وقتًا طويلاً.
تتضمن الأدلة الكيميائية في المقام الأول تحليل اختلافات نسبة النظائر داخل الحفريات الموجودة في الرواسب والصخور الرسوبية ونوى رواسب المحيطات. بالنسبة للعصور الجليدية الأحدث، تعمل العينات الجوفية الجليدية كمؤشرات مناخية حاسمة، حيث تنتج بيانات من الجليد نفسه ومن عينات الغاز الجوي المحبوسة داخل فقاعات الهواء. وبالنظر إلى أن الماء المخصب بالنظائر الأخف يظهر حرارة تبخر أقل، فإن تركيزه يتضاءل في ظل الظروف المناخية الأكثر دفئا. يتيح هذا المبدأ إعادة بناء سجلات درجات الحرارة التاريخية. ومع ذلك، فإن المتغيرات الأخرى التي تؤثر على نسب النظائر يمكن أن تؤدي إلى تعقيد تفسير هذه الأدلة.
الحفريات الأدلة مستمدة من التحولات في التوزيع الجغرافي للكائنات المتحجرة. خلال العصور الجليدية، توسعت الأنواع التي تكيفت مع البيئات الباردة نطاقاتها إلى خطوط العرض المنخفضة، في حين أن الكائنات الحية التي تفضل الدفء إما تواجه الانقراض أو تتراجع إلى مناطق أكثر استوائية. يمثل تفسير هذه الأدلة تحديات بسبب الشرط الأساسي لـ:
- تسلسلات رسوبية واسعة النطاق تمتد لفترات زمنية طويلة عبر خطوط عرض متنوعة، والتي يمكن أيضًا ربطها بسهولة؛
- الكائنات الحية القديمة التي تظهر ركودًا شكليًا على مدى ملايين السنين، والتي يمكن تمييز تفضيلاتها الحرارية بشكل لا لبس فيه؛ و
- اكتشاف العينات الأحفورية ذات الصلة.
على الرغم من هذه التعقيدات، فقد أسفر فحص عينات الجليد ورواسب المحيطات عن تسلسل زمني موثوق للفترات الجليدية وما بين العصور الجليدية التي امتدت لعدة ملايين من السنين الماضية. تؤكد هذه التحليلات أيضًا الارتباط بين العصور الجليدية وخصائص القشرة القارية، بما في ذلك الركام الجليدي، والطبول، والتقلبات الجليدية. وبالتالي، تعتبر ظاهرة القشرة القارية مؤشرات قوية للعصور الجليدية المبكرة عند تحديدها في الطبقات الجيولوجية التي سبقت النطاق الزمني الذي يغطيه الجليد المتاح ونوى الرواسب المحيطية.
العصور الجليدية الهامة
يشير السجل الجيولوجي للأرض إلى خمسة عصور جليدية رئيسية على الأقل: العصر الهوروني، والعصر الكريوجيني، والأنديز-الصحراء، وأواخر العصر الحجري القديم، وأحدث العصر الجليدي الرباعي. تاريخيًا، كان من المفترض أن تكون الفترات خارج هذه التجمعات الجليدية الكبرى خالية تمامًا من الجليد، حتى عند خطوط العرض العليا، ويشار إليها باسم "فترات الاحتباس الحراري". ومع ذلك، فإن الأبحاث البديلة تتحدى هذا الرأي، وتقدم أدلة على حدوث تجمعات جليدية متفرقة في مناطق خطوط العرض العليا حتى خلال هذه الفترات التي تبدو دافئة.
يعود تاريخ التكوينات الجيولوجية من أقدم عصر جليدي معترف به بشكل قاطع، والذي يطلق عليه اسم العصر الهوروني، إلى ما يقرب من 2.4 إلى 2.1 مليار سنة مضت، وحدث خلال عصر البروتيروزويك المبكر. يمكن رؤية التعرضات الواسعة لمجموعة هورونيان الفائقة، الممتدة على عدة مئات من الكيلومترات، على بعد 10 إلى 100 كيلومتر (6 إلى 62 ميل) شمال الشاطئ الشمالي لبحيرة هورون، وتمتد من محيط سولت سانت. ماري إلى سدبيري، شمال شرق بحيرة هورون. تتميز هذه التعريضات بطبقات ضخمة من الأحواض الحجرية، والأحجار المتساقطة، والفطريات، ورواسب المياه الخارجية، وصخور الطابق السفلي التي تم تنظيفها بالجليد. تم التعرف على رواسب هورونية مقابلة بالقرب من ماركيت، ميشيغان، وتم إنشاء ارتباطات مع التكوينات الجليدية القديمة في غرب أستراليا. يُعزى العصر الجليدي الهوروني إلى استنفاد غاز الميثان الموجود في الغلاف الجوي، وهو أحد غازات الدفيئة القوية، خلال حدث الأوكسجين العظيم.
وقد ظهرت الفترة الجليدية اللاحقة الموثقة جيدًا، والتي من المحتمل أنها الأكثر كثافة في المليار سنة الماضية، منذ ما بين 720 و630 مليون سنة خلال الفترة الكريوجينية. ربما أدت هذه الحقبة إلى سيناريو "الأرض كرة الثلج"، حيث امتدت الصفائح الجليدية القارية إلى خط الاستواء، ومن المحتمل أن تنتهي بسبب تراكم الغازات الدفيئة البركانية مثل ثاني أكسيد الكربون2. "إن وجود الجليد في القارات والجليد المتراكم في المحيطات من شأنه أن يمنع كلاً من التجوية السيليكاتية والتمثيل الضوئي، وهما المصدران الرئيسيان لثاني أكسيد الكربون2 في الوقت الحاضر." تفترض إحدى الفرضيات أن انتهاء هذا العصر الجليدي قد حفز الانفجارات الإدياكارا والكامبري اللاحقة، على الرغم من أن هذا النموذج لا يزال حديثًا وخاضعًا للنقاش.
حدث التجلد الجليدي في منطقة الأنديز والصحراء منذ ما بين 460 و420 مليون سنة، ويشمل العصر الأوردوفيشي المتأخر والسيلوري.
أدى تطور النباتات البرية في بداية العصر الديفوني إلى زيادة طويلة المدى في مستويات الأكسجين العالمية وانخفاض في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2، مما أدى لاحقًا إلى أواخر العصر الحجري القديم الجليدي. كانت هذه الحقبة تُعرف سابقًا باسم عصر كارو الجليدي، وهو اسم مشتق من الحقول الجليدية المكتشفة في منطقة كارو في جنوب إفريقيا. كانت القمم الجليدية القطبية واسعة النطاق موجودة بشكل متقطع في جنوب أفريقيا منذ 360 إلى 260 مليون سنة، خلال العصر الكربوني والفترات البرمي المبكرة. تم أيضًا تحديد التكوينات الجيولوجية المترابطة في الأرجنتين، والتي تقع داخل الجزء الأوسط من قارة غوندوانالاند العملاقة القديمة.
بينما حافظ عصر الدهر الوسيط بشكل عام على مناخ دفيئة طوال مدته وكان من المفترض تاريخيًا أنه خالٍ من التجلد، تشير الأبحاث المعاصرة إلى أن حلقات جليدية قصيرة العمر حدثت في نصفي الكرة الأرضية خلال العصر الطباشيري المبكر. تشير الأدلة الجيولوجية والمناخية القديمة إلى حدوث فترات جليدية خلال مراحل فالانجينيان وهوتريفيان وأبتيان في العصر الطباشيري المبكر. تشير الأحجار المتساقطة من الأنهار الجليدية إلى أنه في نصف الكرة الشمالي، ربما وصلت الصفائح الجليدية إلى أقصى الجنوب حتى شبه الجزيرة الأيبيرية خلال فترة Hauterivian وAptian. على الرغم من اختفاء الصفائح الجليدية القارية إلى حد كبير من الأرض لبقية العصر (مع وجود تقارير محتملة متنازع عليها من العصر التوروني، والتي تعتبر بخلاف ذلك الفترة الأكثر دفئًا في دهر الحياة البرية)، يبدو أن الصفائح الجليدية والجليد البحري المرتبط بها قد عادت إلى الظهور لفترة وجيزة في القارة القطبية الجنوبية بالقرب من نهاية عصر ماستريخت، مباشرة قبل حدث انقراض العصر الطباشيري والباليوجيني.
بدأ التجلد الرباعي، المعروف أيضًا باسم العصر الجليدي الرباعي، تقريبًا قبل 2.58 مليون سنة، في بداية العصر الرباعي، الذي تميز بتوسع الصفائح الجليدية عبر نصف الكرة الشمالي. وفي وقت لاحق، شهد الكوكب فترات جليدية دورية، اتسمت بتقدم وتراجع الصفائح الجليدية على مدى فترات زمنية تتراوح بين 40 ألف و100 ألف عام. تُسمى هذه المراحل بالفترات الجليدية (أو العصور الجليدية/التقدم الجليدي) والفترات الجليدية (أو العصور الجليدية/التراجعات الجليدية)، على التوالي. تقع الأرض حاليًا في مرحلة ما بين العصور الجليدية، مع انتهاء الفترة الجليدية الأخيرة منذ حوالي 11700 عام. البقايا الوحيدة للصفائح الجليدية القارية الواسعة هي الصفائح الجليدية في جرينلاند والقطب الجنوبي، إلى جانب الأنهار الجليدية الأصغر مثل تلك الموجودة في جزيرة بافين.
يعتمد ترسيم حدود العصر الرباعي قبل 2.58 مليون سنة على تكوين الغطاء الجليدي في القطب الشمالي. في المقابل، بدأت الطبقة الجليدية في القطب الجنوبي بالتشكل في وقت سابق، منذ حوالي 34 مليون سنة، خلال منتصف حقبة الحياة الحديثة (على وجه التحديد، حدود الأيوسين والأوليجوسين). لتشمل هذه المرحلة المبكرة، تم استخدام تسمية "العصر الجليدي المتأخر في حقب الحياة الحديثة".
تخضع العصور الجليدية لمزيد من التصنيف على أساس الموقع الجغرافي والامتداد الزمني؛ على سبيل المثال، يشير المصطلحان Riss (180,000–130,000 سنة قبل الحاضر) وWürm (70,000–10,000 سنة قبل الحاضر) على وجه التحديد إلى التجلد داخل منطقة جبال الألب. لا يتم الحفاظ على الحد الأقصى للمدى المكاني للجليد طوال الفترة بأكملها. عادةً ما تؤدي خاصية التآكل المميزة لكل عصر جليدي إلى طمس جميع الأدلة تقريبًا على وجود الصفائح الجليدية السابقة، باستثناء المناطق التي تظل فيها التغطية الجليدية اللاحقة غير مكتملة.
العصور الجليدية وبين العصور الجليدية
خلال التجلد المستمر، تمت ملاحظة مراحل مناخية أكثر اعتدالًا وأكثر شدة. تم تحديد الفترات الباردة على أنها فترات جليدية، بينما تسمى الفترات الأكثر دفئًا العصور الجليدية، والتي تتمثل في المرحلة الإيميانية. تشير الأدلة إلى أن الدورات الجليدية المماثلة ميزت أيضًا التجمعات الجليدية السابقة، بما في ذلك منطقة الأنديز والصحراء الكبرى والبيت الجليدي المتأخر من العصر الحجري القديم. يُفترض أن الدورات الجليدية للبيت الجليدي في أواخر العصر الحجري القديم هي السبب المحتمل لترسب السيكلوثيمات.
تتميز الفترات الجليدية بظروف مناخية أكثر برودة وجفافًا في معظم أنحاء الأرض، مصحوبة بكتل جليدية برية وبحرية واسعة تشع من القطبين. في المناطق غير الجليدية، تنحدر الأنهار الجليدية الجبلية إلى ارتفاعات أقل نتيجة لانخفاض خط الثلوج. تنخفض مستويات سطح البحر العالمية بسبب احتجاز كميات كبيرة من المياه فوق مستوى سطح البحر داخل القمم الجليدية. علاوة على ذلك، تشير الأدلة إلى أن أنماط دوران المحيطات تتعطل أثناء العصور الجليدية. يرتبط التناوب بين الفترات الجليدية وبين العصور الجليدية بالتغيرات في التأثير المداري للمناخ، مدفوعًا بدورات ميلانكوفيتش - وهي تغيرات دورية في مدار الأرض وميل محور دورانها.
لقد شهدت الأرض فترة الهولوسين بين العصور الجليدية لمدة 11,700 سنة تقريبًا. اقترح مقال نُشر عام 2004 في Nature أن هذه الفترة هي الأكثر قابلية للمقارنة مع مرحلة ما بين العصور الجليدية السابقة التي امتدت لمدة 28000 عام. تشير التوقعات المستندة إلى التأثير المداري إلى أنه من غير المتوقع أن تبدأ الفترة الجليدية اللاحقة قبل 50000 عام على الأقل. علاوة على ذلك، تشير التقديرات إلى أن التأثير البشري المنشأ، مدفوعًا بتركيزات غازات الدفيئة المرتفعة، يمكن أن يتجاوز التأثير المداري لدورات ميلانكوفيتش لعدة مئات من آلاف السنين.
آليات تقديم الملاحظات
تتأثر الفترات الجليدية بآليات ردود الفعل الإيجابية، التي تزيد من شدتها، وآليات ردود الفعل السلبية، التي تخفف من الاستجابة المناخية الشاملة لعوامل التأثير المختلفة. خلال العصور الجليدية الرباعية، ساهم ارتفاع بياض الأرض، الناتج عن الصفائح الجليدية الواسعة والغبار الجوي، إلى جانب انخفاض تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2، بشكل كبير في المناخات الجليدية الباردة السائدة.
تعليقات إيجابية
تتضمن آلية التغذية المرتدة الهامة بياض الأرض، الذي يحدد كمية الطاقة الشمسية التي يعكسها الكوكب بدلاً من امتصاصها. يعمل الجليد والثلج على تعزيز بياض الأرض، في حين تعمل الغابات على تقليله. ومع انخفاض درجات حرارة الغلاف الجوي، يتوسع الغطاء الجليدي والثلجي، مما يؤدي في الوقت نفسه إلى تقليل مساحات الغابات. تستمر هذه العملية حتى يصل النظام إلى التوازن، مقيدًا بتأثير آلية ردود الفعل السلبية.
تفترض النظرية السائدة أن التكوين الجليدي يبدأ عملية مزدوجة: يسحق الجليد الصخور ويحولها إلى غبار، وتصبح البيئة الأرضية جافة وقاحلة. ويسهل هذا الجفاف النقل الهوائي للغبار الغني بالحديد إلى المحيط المفتوح، حيث يعمل كمواد مغذية، مما يحفز تكاثر الطحالب على نطاق واسع. تقوم هذه الأزهار لاحقًا بعزل كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون2 من الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى مزيد من التبريد وتسارع التوسع الجليدي.
في عام 1956، اقترح إوينج ودون فرضية تشير إلى أن المحيط المتجمد الشمالي الخالي من الجليد يساهم في زيادة تساقط الثلوج في مناطق خطوط العرض العليا. عندما يكون المحيط المتجمد الشمالي مغطى بجليد منخفض الحرارة، يكون التبخر والتسامي في حده الأدنى، مما يؤدي إلى ظهور مناطق قطبية قاحلة بشكل ملحوظ من حيث هطول الأمطار، على غرار صحاري خطوط العرض الوسطى. يسمح هذا هطول الأمطار المحدود بذوبان تساقط الثلوج في مناطق خطوط العرض العليا خلال أشهر الصيف. وعلى العكس من ذلك، يمتص المحيط المتجمد الشمالي الخالي من الجليد الإشعاع الشمسي خلال أيام الصيف الممتدة ويطلق المزيد من بخار الماء في الغلاف الجوي القطبي الشمالي. وبالتالي، مع زيادة هطول الأمطار، قد يستمر بعض هذا الثلج خلال فصل الصيف، مما يسمح بتكوين الجليد الجليدي على ارتفاعات أقل و عند خطوط العرض الجنوبية. ومن شأن هذه العملية أن تقلل درجات حرارة الأرض بسبب زيادة البياض، كما نوقش سابقًا. علاوة على ذلك، تفترض هذه الفرضية أن غياب الجليد المحيطي يسهل تبادل المياه بشكل أكبر بين المحيط المتجمد الشمالي وشمال المحيط الأطلسي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة القطب الشمالي وتبريد شمال الأطلسي. (تشمل التوقعات الحالية لظاهرة الانحباس الحراري العالمي خلو المحيط المتجمد الشمالي مؤقتا من الجليد بحلول عام 2050). كما أن تدفق المياه العذبة الإضافية إلى شمال الأطلسي خلال مرحلة الانحباس الحراري من الممكن أن يؤدي أيضا إلى تقليص دوران المحيطات على مستوى العالم. مثل هذا الانخفاض، من خلال تخفيف تأثير تيار الخليج، من شأنه أن يحدث تأثيرًا تبريديًا على شمال أوروبا، وبالتالي تعزيز زيادة احتباس الثلوج في مناطق خطوط العرض المنخفضة خلال فصل الصيف. كما تم الافتراض بأنه خلال فترة جليدية كبيرة، يمكن أن تتقدم الأنهار الجليدية عبر خليج سانت لورانس، وتمتد بما يكفي إلى شمال المحيط الأطلسي لعرقلة تيار الخليج.
التعليقات السلبية
تتسبب الصفائح الجليدية في تآكل الكتلة الأرضية الأساسية أثناء تكوينها. يمكن أن تؤدي عملية التآكل هذه إلى تقليل مساحة الأرض الواقعة فوق مستوى سطح البحر، مما يحد من السطح المتاح لتطور الغطاء الجليدي لاحقًا. تعمل هذه الظاهرة على تخفيف ردود فعل البياض، كما يفعل الارتفاع المصاحب في مستوى سطح البحر المرتبط بتناقص تغطية الغطاء الجليدي، نظرًا لأن المحيطات المفتوحة تُظهر بياضًا أقل مقارنةً باليابسة.
تتضمن آلية ردود الفعل السلبية الإضافية زيادة الجفاف الملحوظ خلال الذروة الجليدية، مما يحد من هطول الأمطار الضروري للحفاظ على التجلد. يمكن أن يتفاقم التراجع الجليدي، سواء بدأ بهذه العملية أو غيرها، من خلال ردود فعل إيجابية عكسية مماثلة، تعكس تلك التي لوحظت أثناء التقدم الجليدي.
تشير الأبحاث المنشورة في Nature Geoscience إلى أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ (CO2) من المتوقع أن تؤجل بداية الفترة الجليدية التالية. قام العلماء بتحليل البيانات المدارية للأرض لتحديد فترة العصر الجليدي الدافئة التاريخية الأكثر تشابهًا مع الفترة الحالية، وتوقعوا لاحقًا أن الفترة الجليدية التالية ستبدأ عادةً في غضون 1500 عام. ومع ذلك، فإنهم يتوقعون أيضًا أن تكون مستويات الانبعاثات الحالية مرتفعة بما يكفي لمنع هذه البداية المتوقعة.
العوامل السببية
لا تزال الآليات الدقيقة التي تحرك كلاً من عصور العصر الجليدي الكبرى والدورات الجليدية الأقصر خلال هذه الفترات غير مفهومة بشكل كامل. ومع ذلك، يحدد الإجماع العلمي العديد من العوامل المساهمة الحاسمة: تكوين الغلاف الجوي، وخاصة تركيزات ثاني أكسيد الكربون والميثان (التي تم توضيح مستوياتها التاريخية على مدى الـ 800 ألف سنة الماضية من خلال عينات الجليد الأساسية الأخيرة من المشروع الأوروبي لحفر الجليد في القارة القطبية الجنوبية (EPICA) Dome C)؛ الاختلافات في المعلمات المدارية للأرض حول الشمس، والتي تسمى دورات ميلانكوفيتش؛ حركة الصفائح التكتونية، التي تغير توزيع ومدى القشرة القارية والمحيطية، وبالتالي التأثير على الرياح وتيارات المحيطات؛ تقلبات في الإشعاع الشمسي. الديناميكيات المدارية لنظام الأرض والقمر؛ والتأثيرات الكبيرة خارج كوكب الأرض، إلى جانب النشاط البركاني، بما في ذلك الانفجارات البركانية الهائلة.
وغالبًا ما تكون هذه العوامل مترابطة. على سبيل المثال، يمكن للتغيرات في تكوين الغلاف الجوي للأرض، وخاصة تركيزات الغازات الدفيئة، أن تؤدي إلى تغيرات مناخية، في حين أن تغير المناخ نفسه يمكن أن يعدل بشكل متبادل تكوين الغلاف الجوي، مثل تغيير معدل ثاني أكسيد الكربون2 الذي يتم إزالته من خلال عمليات التجوية.
يفترض الباحثون مورين رايمو وويليام روديمان وزملاؤه أن هضاب التبت وكولورادو تعمل كأجهزة كبيرة لثاني أكسيد الكربون2 "أجهزة تنقية الغاز"، تمتلك القدرة على استخراج كمية كافية من ثاني أكسيد الكربون2 من الغلاف الجوي العالمي للمساهمة بشكل كبير في اتجاه التبريد في حقب الحياة الحديثة على مدار 40 مليون عام. ويؤكدون أيضًا أن ما يقرب من نصف ارتفاع هذه الهضاب، وبالتالي قدرة ثاني أكسيد الكربون الخاصة بها5§ قد حدث خلال العشرة ملايين سنة الماضية.
تغيرات الغلاف الجوي
تشير الأدلة إلى انخفاض تركيزات الغازات الدفيئة في بداية الفترات الجليدية وزيادة خلال ذوبان الجليد اللاحق؛ ومع ذلك، فإن إنشاء علاقة سببية نهائية لا يزال يمثل تحديًا. علاوة على ذلك، قد تكون مستويات الغازات الدفيئة قد تأثرت بدوافع مقترحة أخرى للعصور الجليدية، بما في ذلك الانجراف القاري والنشاط البركاني.
تفترض فرضية Snowball Earth أن التجلد الشديد خلال عصر البروتيروزويك المتأخر انتهى بسبب زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2، والذي نشأ في المقام الأول من الانبعاثات البركانية. على العكس من ذلك، يؤكد بعض مؤيدي هذه الفرضية أن البداية الأولية لهذه الظروف كانت ناجمة عن انخفاض ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2. بالإضافة إلى ذلك، تحذر الفرضية من احتمال وقوع أحداث الكرة الأرضية الثلجية المستقبلية.
في عام 2009، ظهرت أدلة إضافية تشير إلى أن الاختلافات في التعرض لأشعة الشمس تعمل كحافز أساسي لارتفاع درجة حرارة ما بعد العصر الجليدي، مع وجود عوامل ثانوية مثل ارتفاع تركيزات غازات الدفيئة التي ساهمت في الحجم الإجمالي لهذه التحولات المناخية.
التكوين القاري
تشير الأدلة الجيولوجية إلى أن العصور الجليدية تبدأ عندما تعوق الترتيبات القارية أو تقلل من انتقال التيارات المحيطية الدافئة من المناطق الاستوائية نحو القطبين، مما يسهل تكوين الصفائح الجليدية. تعمل هذه الصفائح الجليدية المتوسعة على زيادة بياض الأرض، وبالتالي تقليل امتصاص الإشعاع الشمسي. يؤدي انخفاض امتصاص الإشعاع إلى تبريد الغلاف الجوي، والذي بدوره يعزز نمو الغطاء الجليدي، مما ينشئ حلقة تغذية مرتدة إيجابية لزيادة الانعكاس. تستمر هذه الفترة الجليدية حتى يساهم انخفاض عمليات الطقس في تعزيز ظاهرة الاحتباس الحراري.
تم تحديد ثلاثة تكوينات قارية أساسية على أنها تعيق نقل المياه الدافئة باتجاه القطب:
- وجود قارة تقع فوق قطب، وهو ما يمثله القارة القطبية الجنوبية المعاصرة.
- حوض محيط قطبي غير ساحلي إلى حد كبير، مثل المحيط المتجمد الشمالي الحالي.
- قارة عملاقة تمتد على جزء كبير من خط الاستواء، كما لوحظ مع رودينيا خلال العصر الكريوجيني.
نظرًا للتكوين الحالي للأرض، الذي يضم كتلة أرضية قارية فوق القطب الجنوبي وحوض محيط غير ساحلي تقريبًا فوق القطب الشمالي، يتوقع الجيولوجيون استمرار حدوث الفترات الجليدية في المستقبل المنظور جيولوجيًا.
يفترض بعض العلماء أن سلسلة جبال الهيمالايا تساهم بشكل كبير في العصر الجليدي المستمر، مفترضين أن هذه الجبال زادت من هطول الأمطار على مستوى العالم، وبالتالي تسريع إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وبالتالي تقليل تأثير الاحتباس الحراري. بدأت نشأة جبال الهيمالايا منذ حوالي 70 مليون سنة مع اصطدام الصفيحتين الهندية الأسترالية والأوراسية، ويستمر النطاق في الارتفاع بمعدل حوالي 5 ملم سنويًا، مدفوعًا بالحركة المستمرة للصفيحة الهندية الأسترالية بمعدل 67 ملم / السنة. يرتبط الجدول الزمني الجيولوجي لجبال الهيمالايا عمومًا بالانخفاض المستمر في درجة الحرارة العالمية الذي لوحظ منذ منتصف عصر الأيوسين، منذ حوالي 40 مليون سنة.
التغيرات في التيارات المحيطية
يمثل تقلب التيارات المحيطية عاملاً هامًا آخر يؤثر على أنماط المناخ التاريخية، حيث يتم تعديل هذه التيارات من خلال التكوينات القارية، ومستويات سطح البحر، والملوحة، والمعايير البيئية الإضافية. يمتد تأثيرها إلى كل من تأثيرات التبريد، مثل تسهيل تكوين الجليد في القطب الجنوبي، وتأثيرات الاحترار، والتي تتمثل في المناخ المعتدل في الجزر البريطانية مقارنة بالمناخ الشمالي. يُفترض أن إغلاق برزخ بنما منذ حوالي 3 ملايين سنة قد بدأ العصر الحالي من التجلد الكبير عبر أمريكا الشمالية، عن طريق إنهاء التبادل الهيدرولوجي بين المحيطين الأطلسي والهادئ الاستوائيين.
تشير التحقيقات إلى أن الاختلافات في تيارات المحيط كافية لتفسير التقلبات الجليدية الأخيرة. خلال العصر الجليدي الأخير، تأرجحت مستويات سطح البحر بمقدار 20 إلى 30 مترًا (66 إلى 98 قدمًا) بسبب عزل المياه، خاصة داخل الصفائح الجليدية في نصف الكرة الشمالي. ومع تراكم الجليد وانخفاض مستويات سطح البحر بشكل كافٍ، تضاءل تدفق المياه عبر مضيق بيرينغ - وهو ممر ضيق بين سيبيريا وألاسكا، يبلغ عمقه حاليًا حوالي 50 مترًا (165 قدمًا). أدى هذا الانخفاض بالتالي إلى زيادة التدفق من شمال المحيط الأطلسي، وبالتالي إعادة تشكيل الدورة الحرارية الملحية في المحيط الأطلسي. أدى تغير الدورة الدموية إلى تعزيز انتقال الحرارة إلى القطب الشمالي، مما أدى إلى ذوبان الجليد القطبي وتقليل الصفائح الجليدية القارية الأخرى. تسبب إطلاق المياه الذائبة لاحقًا في ارتفاع مستويات سطح البحر مرة أخرى، مما أدى إلى إعادة تدفق مياه المحيط الهادئ الباردة والتحول في الوقت نفسه نحو تراكم الجليد المتجدد في نصف الكرة الشمالي.
أفادت دراسة أجريت عام 2021 نُشرت في Nature أن جميع الفترات الجليدية خلال الـ 1.5 مليون سنة الماضية ارتبطت بهجرات الجبال الجليدية الذائبة في القطب الجنوبي باتجاه الشمال. أدت هذه الهجرات إلى تغيير أنماط الدورة المحيطية، مما أدى إلى زيادة عزل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2. ويقترح الباحثون أن هذه الآلية يمكن أن تتعرض للخطر في المستقبل، حيث قد يصبح المحيط الجنوبي دافئًا بشكل مفرط، مما يمنع الجبال الجليدية من عبور مسافات كافية لبدء هذه التحولات المناخية.
الارتفاع الجبلي لهضبة التبت
استندت فرضية ماتياس كوهلي الجيولوجية المتعلقة بتطور العصر الجليدي إلى وجود طبقة جليدية تغطي هضبة التبت خلال العصور الجليدية (على سبيل المثال، الحد الأقصى الجليدي الأخير). افترض كوهلي أن ارتفاع الصفائح التكتونية للتبت إلى ما بعد خط الثلج قد حول مساحة تبلغ حوالي 2,400,000 كيلومتر مربع (930,000 ميل مربع) من الأرض المكشوفة إلى الجليد، وبالتالي زاد بياضها بنسبة 70%. أدى هذا الانعكاس المعزز للطاقة الشمسية إلى الفضاء إلى التبريد العالمي، مما أدى إلى بدء العصر الجليدي البليستوسيني. نظرًا لأن منطقة المرتفعات هذه تقع عند خط عرض شبه استوائي، وتتلقى ما بين أربعة إلى خمسة أضعاف الإشعاع الشمسي في مناطق خطوط العرض العليا، فقد تم تحويل ما يشكل عادةً أهم سطح تسخين للأرض إلى سطح تبريد.
يعزو كوهلي الفترات بين الجليدية إلى التغيرات الدورية التي تبلغ 100000 عام في الإشعاع الشمسي، والتي تكون مدفوعة بالتغيرات في المعلمات المدارية للأرض. أدى هذا الاحترار الطفيف نسبيًا، بالتزامن مع انخفاض مناطق الجليد الداخلية في بلدان الشمال الأوروبي والتبت تحت وطأة الوزن الهائل لأحمال الجليد المتراكبة، إلى ذوبان الجليد الكامل المتكرر لهذه الصفائح الجليدية القارية.
التغيرات المدارية للأرض
تصف دورات ميلانكوفيتش سلسلة من التغيرات الدورية في معالم مدار الأرض حول الشمس. تمتلك كل دورة دورية مميزة، مما يؤدي إلى حالات تتضخم فيها تأثيراتها التراكمية، وفي أوقات أخرى تضعف فيها جزئيًا.
تشير الأدلة القوية إلى أن دورات ميلانكوفيتش تؤثر على دورية العصور الجليدية وبين العصور الجليدية خلال العصر الجليدي. لقد تم دراسة العصر الجليدي الحالي على نطاق واسع وهو العصر الأكثر فهمًا بشكل شامل، خاصة الـ 400000 سنة الماضية، وهي المدة التي توفر فيها النوى الجليدية سجلات لتكوين الغلاف الجوي، ودرجات الحرارة، وحجم الجليد. خلال هذا الإطار الزمني، كان التطابق بين الترددات الجليدية/بين الجليدية وفترات التأثير المداري لميلانكوفيتش دقيقًا بدرجة كافية لتبرير قبول واسع النطاق للتأثير المداري كمحرك أساسي. تعمل التأثيرات التآزرية للتغيرات في الانحراف المداري للأرض، والمبادرة المحورية، والميل المحوري بشكل جماعي على إعادة توزيع حادث الإشعاع الشمسي على الكوكب. والجدير بالذكر أن التغيرات في الميل المحوري للأرض تعدل بشكل كبير الكثافة الموسمية. على سبيل المثال، يمكن أن يتقلب التشمس الشمسي الذي يتم تلقيه في يوليو عند خط عرض 65 درجة شمالًا بنسبة تصل إلى 22% (يتراوح من 450 واط/م2 إلى 550 واط/م2). تفترض الفرضية السائدة أن الصفائح الجليدية تتوسع عندما تكون درجات الحرارة في الصيف غير كافية لإذابة كامل تساقط الثلوج المتراكم في الشتاء السابق. في حين يؤكد بعض الباحثين أن حجم التأثير المداري غير كافٍ لبدء التجمعات الجليدية، فإن آليات التغذية الراجعة، مثل تلك التي تتضمن CO§45§، يمكن أن تفسر هذا التناقض.
على الرغم من أن فرض ميلانكوفيتش يفترض أن الاختلافات الدورية في المعلمات المدارية للأرض تظهر في سجل التجلد، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من التوضيحات لتوضيح الدورات المحددة التي تؤثر في الغالب على توقيت التجلد. الفترات الجليدية-بين الجليدية. على وجه التحديد، على مدى الـ 800000 سنة الماضية، كانت الدورة الأولية للتذبذبات الجليدية-بين الجليدية حوالي 100000 سنة، وهي مرتبطة بالتحولات في الانحراف المداري للأرض والميل. ومع ذلك، فإن هذا التردد بالذات يمثل الأقل وضوحًا من بين الثلاثة التي تنبأت بها نظرية ميلانكوفيتش. على العكس من ذلك، منذ ما بين 3.0 و0.8 مليون سنة، كان نمط التجلد السائد يتوافق مع دورة ميل الأرض (الميل المحوري) التي تبلغ 41000 سنة. لا تزال الأسباب الكامنة وراء هيمنة تردد على آخر غير مفهومة بشكل كافٍ وتشكل مجالًا نشطًا للبحث المعاصر، على الرغم من أن التفسير من المحتمل أن يتضمن شكلاً من أشكال الرنين داخل النظام المناخي للأرض. تشير التحقيقات الحديثة إلى أن هيمنة دورة الـ 100000 عام تنبع من تكوين الجليد البحري المعزز في القطب الجنوبي، مما يزيد من إجمالي الانعكاس الشمسي.
يواجه تفسير ميلانكوفيتش التقليدي صعوبة في تفسير الهيمنة المستمرة لدورة الـ 100000 عام عبر الفترات الجليدية الثمانية الأخيرة. لقد سلط ريتشارد إيه. مولر، وجوردون جي إف ماكدونالد، ومعاونوهم الضوء على أن الحسابات القياسية تفترض عادةً مدارًا ثنائي الأبعاد للأرض، في حين يُظهر المدار ثلاثي الأبعاد أيضًا دورة ميل مداري مدتها 100000 عام. وافترضوا أن هذه التقلبات في الميل المداري تؤدي إلى اختلافات مقابلة في التعرض للشمس، أثناء مرور الأرض عبر نطاقات الغبار الموجودة داخل النظام الشمسي. وبينما تختلف هذه الآلية عن المنظور التقليدي، فإن الدورات المتوقعة خلال الـ 400 ألف سنة الماضية متشابهة بشكل ملحوظ. وفي وقت لاحق، تم تقييم النظرية التي اقترحها مولر وماكدونالد بشكل نقدي من قبل خوسيه أنطونيو ريال.
قدم ويليام روديمان نموذجًا يعزو دورة الـ 100000 عام إلى التأثير المعدل للانحراف المركزي (دورة ضعيفة مدتها 100000 عام) على الحركة المسبقة (دورة مدتها 26000 عام)، إلى جانب آليات التغذية المرتدة للغازات الدفيئة التي تعمل ضمن دورات 41000 عام و26000 عام. تؤكد نظرية بديلة، اقترحها بيتر هويبرز، أن دورة الـ 41000 عام كانت هي المهيمنة باستمرار، لكن النظام المناخي للأرض قد تحول إلى حالة تكون فيها الدورة الثانية أو الثالثة فقط كافية لبدء العصر الجليدي. ويشير هذا المنظور إلى أن دورية الـ 100.000 سنة الظاهرة هي نتيجة مصطنعة ناتجة عن متوسط الدورات التي تتراوح مدتها بين 80.000 و120.000 سنة. تتوافق هذه الفرضية مع نموذج تجريبي متعدد الحالات تم تطويره بواسطة ديدييه بيلارد. يفترض بيلارد أن الدورات الجليدية في أواخر العصر الجليدي يمكن تصورها على أنها انتقالات بين ثلاث حالات مناخية شبه مستقرة. يتم تحفيز هذه التحولات عن طريق التأثير المداري، بينما خلال العصر البليستوسيني المبكر، نشأت الدورات الجليدية التي دامت 41000 عام من التحولات بين حالتين مناخيتين فقط. تم تقديم نموذج ديناميكي يوضح هذا السلوك لاحقًا بواسطة Peter Ditlevsen. يدعم هذا الدليل الافتراض القائل بأن الدورات الجليدية المتأخرة من عصر البليستوسين ليست مدفوعة في المقام الأول بدورة الانحراف الضعيفة التي تبلغ 100000 عام، ولكنها تمثل استجابة غير خطية في الغالب لدورة الانحراف التي تبلغ 41000 عام.
التقلبات في مخرجات الطاقة الشمسية
تم تحديد فئتين متميزتين على الأقل من اختلافات إنتاج الطاقة الشمسية:
- يفترض علماء الفيزياء الفلكية زيادة طويلة المدى في إنتاج الطاقة الشمسية، ويقدرون ارتفاعًا تقريبيًا بنسبة 7% لكل مليار سنة.
- يُظهر النشاط الشمسي تقلبات قصيرة المدى، تتمثل في دورات البقع الشمسية، ونوبات ممتدة، مثل الحد الأدنى لماوندر، والذي تزامن مع أبرد مرحلة من العصر الجليدي الصغير.
لا تعتبر هذه الزيادة المطولة في الإشعاع الشمسي عاملاً سببيًا للعصور الجليدية.
النشاط البركاني
من المفترض أن الانفجارات البركانية قد أثرت على بدء و/أو انتهاء الفترات الجليدية. خلال فترات زمنية محددة من المناخ القديم، وصلت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى ضعفين إلى ثلاثة أضعاف المستويات الحالية. ساهم كل من النشاط البركاني وتكتونيات الصفائح القارية في ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2، ومن المحتمل أن يؤدي ثاني أكسيد الكربون البركاني إلى تعزيز فترات ذروة درجات الحرارة العالمية. يفترض التفسير المقترح للحد الأقصى الحراري الباليوسيني-الأيوسيني أن البراكين البحرية أطلقت غاز الميثان من الكالثرات، مما أدى إلى تكثيف كبير وسريع لظاهرة الاحتباس الحراري. ومع ذلك، فإن الأدلة الجيولوجية النهائية لمثل هذه الانفجارات خلال الإطار الزمني المعني لا تزال بعيدة المنال، على الرغم من أن غيابها لا يمنع حدوثها.
المراحل الجليدية المعاصرة وما بين العصور الجليدية
تتميز الفترة الرباعية، عصرنا الجيولوجي الحالي الذي يبدأ منذ حوالي 2.6 مليون سنة، بفترات مناخية دافئة وباردة متناوبة. استمرت المراحل الباردة، والمعروفة باسم العصور الجليدية (أو العصر الجليدي الرباعي)، عادةً لنحو 100000 عام، بينما امتدت المراحل الدافئة، التي يطلق عليها العصور الجليدية، من 10000 إلى 15000 عام. انتهت أحدث حلقة باردة من العصر الجليدي الأخير منذ حوالي 10000 عام. تشهد الأرض حاليًا مرحلة ما بين العصور الجليدية ضمن العصر الرباعي، والتي تُعرف باسم الهولوسين.
المراحل الجليدية في أمريكا الشمالية
المراحل الجليدية الأولية التي تم تحديدها للعصر الجليدي الحالي في أمريكا الشمالية تشمل الأنهار الجليدية إلينوي، وإيميان، وويسكونسن. توقف الجيولوجيون وعلماء الجيومورفولوجيا في العصر الرباعي عن استخدام مراحل نبراسكان، وأفتون، وكانسان، ويارموث لتقسيم تاريخ الأنهار الجليدية في أمريكا الشمالية، حيث تم دمجها في تصنيف ما قبل الإلينوي خلال الثمانينيات.
خلال المرحلة الأخيرة من الحد الأقصى الجليدي الأخير (منذ حوالي 26000 إلى 13300 سنة مضت)، حدث التجلد الأحدث في أمريكا الشمالية. شهدت صفائح جليدية تتقدم إلى خط العرض 45 شمالًا تقريبًا. وصلت هذه الكتل الجليدية الهائلة إلى سُمك يتراوح بين 3 إلى 4 كيلومترات (1.9 إلى 2.5 ميل).
أعاد التجلد في ولاية ويسكونسن تشكيل المشهد الطبيعي في أمريكا الشمالية بشكل عميق. أدى الجليد الجليدي إلى تعميق الوديان القديمة، وتشكيل معالم مثل البحيرات الكبرى وبحيرات الإصبع. نشأت غالبية البحيرات في مينيسوتا وويسكونسن من الجليد الجليدي، ثم امتلأت بالمياه الذائبة. خضع نظام تصريف نهر تيز السابق لتحول جذري، وتطور إلى حد كبير إلى نظام تصريف نهر أوهايو الحديث. علاوة على ذلك، قامت الأنهار الجليدية باحتجاز الأنهار الأخرى وإعادة توجيهها، وهو ما تمثل في شلالات نياجرا، التي تطورت إلى شلال مذهل ومضيق عند مواجهتها لجرف من الحجر الجيري. يوجد شلال مماثل، جاف الآن، في حديقة كلارك ريسيرفيشن الحكومية المعاصرة بالقرب من سيراكيوز، نيويورك.
تم نحت الامتداد الجغرافي من لونغ آيلاند إلى نانتوكيت، ماساتشوستس، بواسطة الحراثة الجليدية، وتُعزى معالم البحيرات الوفيرة عبر الدرع الكندي في شمال كندا في الغالب إلى العمليات الجليدية. بعد تراجع الأنهار الجليدية، ومع جفاف الغبار الصخري، نقلت الرياح هذه المواد لمئات الأميال، مما أدى إلى تكوين رواسب طينية يصل سمكها إلى عشرات الأقدام داخل وادي ميسوري. يؤدي الارتداد المتوازن، وهو عملية مستمرة، إلى تعديل منطقة البحيرات العظمى والأقاليم الأخرى التي كانت مثقلة في السابق بالوزن الهائل للصفائح الجليدية.
وظلت المنطقة غير الجليدية، التي تشمل أجزاء من غرب وجنوب غرب ولاية ويسكونسن، إلى جانب أجزاء من ولايات مينيسوتا وأيوا وإلينوي المتجاورة، غير جليدية.
عواقب التجلد
على الرغم من انتهاء الفترة الجليدية الأخيرة منذ أكثر من 8000 عام، إلا أن آثارها الجيومورفولوجية لا تزال قائمة. على سبيل المثال، نحتت حركة الجليد المناظر الطبيعية في كندا، وغرينلاند، وشمال أوراسيا، والقارة القطبية الجنوبية. تعد السمات المميزة مثل الصخور غير المنتظمة، وحتى، والطبول، والمضايق، والمضايق، وبحيرات الغلاية، والركام، والدوائر، والأبواق من بقايا النشاط الجليدي في كل مكان. تسببت الكتلة الهائلة لهذه الصفائح الجليدية في تشوه قشرة الأرض ووشاحها. بعد ذوبان الجليد، خضعت الكتل الأرضية المحملة بالجليد سابقًا لارتداد متوازن. نظرًا لللزوجة العالية لوشاح الأرض، فإن تدفق صخور الوشاح الأساسي الذي يحكم عملية الارتداد هذه يكون تدريجيًا للغاية، ويستمر حاليًا بحوالي 1 سم/سنة بالقرب من مركز مناطق الارتداد.
أدت أحداث التجلد إلى احتجاز مياه المحيطات في صفائح جليدية عند خطوط العرض العليا، مما أدى إلى انخفاض مستوى سطح البحر عالميًا بنحو 110 أمتار. أدى ذلك إلى كشف الرفوف القارية وتسهيل تكوين الجسور البرية، مما أتاح هجرة الحيوانات بين الكتل الأرضية. وعلى العكس من ذلك، أدى ذوبان الجليد إلى عودة المياه الذائبة إلى المحيطات، مما أدى إلى ارتفاع مستوى سطح البحر. تؤدي مثل هذه العمليات إلى تغييرات مفاجئة في الخطوط الساحلية والأنظمة الهيدرولوجية، والتي تظهر على شكل كتل أرضية مغمورة حديثًا أو ناشئة، وتملح البحيرات بسبب انهيار السدود الجليدية، وإنشاء مسطحات مياه عذبة واسعة النطاق بواسطة السدود الجليدية الجديدة، وتحولات كبيرة، وإن كانت مؤقتة، في أنماط الطقس الإقليمية. يمكن أن يحدث أيضًا التجلد المؤقت. يُطرح هذا التفاعل الديناميكي بين الأراضي والجليد والمياه المالحة والمياه العذبة سريعة التحول كنموذج محتمل لمناطق البلطيق والدول الاسكندنافية، جنبًا إلى جنب مع أجزاء كبيرة من وسط أمريكا الشمالية، في ذروة الحد الأقصى الجليدي الأخير. تم إنشاء الخطوط الساحلية الحالية في هذه المناطق فقط خلال آلاف السنين القليلة الماضية من عصور ما قبل التاريخ. علاوة على ذلك، أدت العمليات الجليدية التي أثرت على ارتفاع الدول الاسكندنافية إلى غمر سهل قاري واسع كان يشغل في السابق جزءًا كبيرًا من بحر الشمال الحالي، وبالتالي ربط الجزر البريطانية بأوروبا القارية.
إن إعادة توزيع المياه الجليدية عبر سطح الأرض والتدفق اللاحق لصخور الوشاح تؤدي إلى تغييرات في كل من مجال جاذبية الكوكب وعزم توزيع القصور الذاتي. مثل هذه التعديلات على لحظة القصور الذاتي تؤثر بالتالي على السرعة الزاوية لدوران الأرض، والميل المحوري، والمبادرة.
فرض الوزن الكبير للكتلة السطحية المعاد توزيعها عبئًا على الغلاف الصخري، مما أدى إلى انثناءه وتوليد ضغوط داخلية داخل الأرض. عادة ما يمنع الوجود الجليدي حركة الصدوع الأساسية. على العكس من ذلك، أثناء ذوبان الجليد، تظهر هذه الصدوع انزلاقًا متسارعًا، مما يؤدي إلى أحداث زلزالية. يمكن للزلازل التي تحدث بالقرب من هوامش الجليد بدورها أن تسرع عملية ولادة الجليد وربما تفسر أحداث هاينريش. تؤدي الإزالة التدريجية للجليد بالقرب من الحافة إلى زيادة في الزلازل داخل الصفائح، وهي آلية ردود فعل إيجابية يمكن أن توضح الانهيار السريع للصفائح الجليدية.
في أوروبا، أدت التأثيرات المجمعة للتآكل الجليدي والاكتئاب المتوازن، الناجم عن الوزن الهائل للجليد، إلى تكوين بحر البلطيق. قبل العصر الجليدي، كانت هذه المنطقة تشكل كتلة أرضية برية يجففها نهر إريدانوس.
الفترات الجليدية المستقبلية
بالاستناد إلى التقديرات التاريخية للفترات بين الجليدية، التي استمرت عادةً حوالي 10000 عام، ظهرت مخاوف في السبعينيات بشأن البداية الوشيكة للعصر الجليدي اللاحق. يعتبر التأثير البشري المنشأ الآن عاملاً محتملاً في إطالة ما يمكن أن يكون فترة دافئة ممتدة بشكل استثنائي. تمتد الدورات الجليدية عادةً لحوالي 100000 عام؛ ومع ذلك، يمكن تجنب الحدث التالي من هذا القبيل بسبب انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناجمة عن النشاط البشري. يفترض ستيفن باركر من جامعة كارديف أنه في غياب التدخل البشري، فإن التجلد التالي للأرض "سيحدث خلال الـ 11000 سنة القادمة، وسينتهي خلال 66000 سنة".
يشير تقرير عام 2015 من مشروع التغيرات العالمية الماضية إلى أن عمليات المحاكاة تشير إلى أن التجلد الجديد غير محتمل خلال الـ 50000 سنة القادمة تقريبًا، قبل الانخفاض الكبير اللاحق في نصف الكرة الشمالي. التشميس الصيفي، "إذا ظل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أعلى من 300 جزء في المليون أو تجاوزت انبعاثات الكربون التراكمية 1000 بيكوغرام كربون" (أي ما يعادل 1000 جيجا طن من الكربون). "فقط بالنسبة لمحتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 تحت مستوى ما قبل الصناعة، قد يحدث التجلد خلال الـ 10 آلاف سنة القادمة." علاوة على ذلك، "نظرًا لاستمرار انبعاثات ثاني أكسيد الكربون CO§4 البشرية المنشأ 5§، فمن غير المرجح أن يحدث ظهور الجليد في الخمسين ألف سنة القادمة، لأن النطاق الزمني لـ CO§67§ وانخفاض درجة الحرارة نحو القيم غير المضطربة في غياب النشاط النشط عملية الإزالة طويلة جدًا [الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، 2013]، ولا يحدث سوى تأثير ضعيف للمبادرة في الدورتين السابقتين التاليتين." (تمتد الدورة السابقة لما يقرب من 21000 عام، وهو ما يمثل مدة الحضيض الشمسي لإكمال دورة كاملة حول السنة الاستوائية.)
المراجع
المراجع
الأعمال المقتبس منها
- مونتغمري، كيث (2010). "تطوير النظرية الجليدية، 1800-1870."
- تكسير العصر الجليدي أرشفة 2017-09-04 في آلة Wayback. من PBS
- تورتشينسكي، رينا (9 أغسطس 2021). “العلماء يكشفون عن أفضل حيوانات العصر الجليدي المحفوظة على الإطلاق‘“. أكيوويذر. مؤرشفة من الأصلي في 9 أغسطس 2021. تم الاسترجاع 9 أغسطس 2021.Raymo, M. (يوليو 2011). "نظرة عامة على فرضية الارتفاع في الطقس." تمت أرشفة هذه الوثيقة من مصدرها الأصلي في 22 أكتوبر 2008.
- بلاك، ر. (9 يناير 2012). “انبعاثات الكربون سوف تؤجل العصر الجليدي”. العلوم والبيئة، بي بي سي نيوز. تمت أرشفة المحتوى الأصلي في 23 أكتوبر 2018، وتم استرجاعه في 20 يونيو 2018..
- بلاك، ر. (9 يناير 2012). “انبعاثات الكربون سوف تؤجل العصر الجليدي”. العلوم والبيئة، بي بي سي نيوز. تمت أرشفة المحتوى الأصلي في 23 أكتوبر 2018، وتم استرجاعه في 20 يونيو 2018..