С вероятностью 97% в 2030-х годах наступит Ледниковый период?
Недавно я увидела очень интересный заголовок статьи на одном из научных сайтов: «В 2030 году наступит Ледниковый период ». Сначала я подумала, что там написано нечто лженаучное, но прочитав эту статью сочла ее весьма интересной, логичной и менее кричащей, чем ее заголовок.
Оказывается, неделю назад на конференции Королевского астрономического общества российские ученые Валентина Жаркова, Саймон Шеферд, Сергей Жарков и Елена Попова представили очень интересную работу, где выдвинули такую гипотезу. Возможно, вы о ней уже слышали, но я расскажу еще раз.
В 1609 году Галилео Галилей солнечные пятна - это была сенсация! Но вскоре после смерти Галилея эти пятна почему-то исчезли. А вместе с этим повсюду резко начинает падать температура. Замерзают на полгода Темза, Москва-река, Дунай, Балтийское море и другие водоемы, летом в средней после почему-то иногда даже идет снег. Все это длилось с 1645 по 1715 год. Связав этот период с отсутствием пятен на Солнце его называют «Минимум Маундера» в честь первооткрывателя. После данного открытия другие ученые задумались, а может ли это повториться, и, если повторится, то когда? Обычно Солнце показывает нам стандартный 11 летний цикл имени Швабе, в начале которого пятен на Солнце нет, а в конце их количество резко возрастает. Но по теории , и с Солнца на десятки лет совсем пропадают пятна. Тогда-то и наступает, как его назвали, Малый Ледниковый период и температура на Земле понижается на 1-2 градуса (краткосрочное локальное понижение температуры доходит и до 10 - 20 градусов, что приводит к значительно похолоданию и даже морозу в летний период). Но до сих пор люди не знали, когда ждать следующего Ледникового периода, и вот неделю назад наши ученые ответили на этот вопрос.
Оказалось, что данное явление имеет отношение к магнитной природе солнечных пятен . Они являются областями выхода сильных магнитных полей, что приводит к остановке поступления тепла из нижележащих слоев Солнца, а, следовательно, и к охлаждению поверхности Солнца с появлением в тех местах темных пятен. Магнитные поля формируются в двух различных слоях нашей звезды, таким образом, они могут друг друга либо усиливать, либо ослабевать. Данная новейшая модель российских ученых отлично согласуется с архивными данными и дает прогноз , что в 2030-х годах на Солнце должны пропасть пятна на 30 лет . Точность модели составляет 97% , что весьма обнадеживает. Однако то, что на этот раз минимум Маундера будет длиться в 2 раза меньше, чем 400 лет назад, дает нам надежду на менее сильное похолодание. На диаграмме показано, что уже текущий цикл солнечной активности (№24) в 2 раза ниже прошлых максимумов. Число пятен за последние 3 цикла солнечной активности (1985 - 2015 гг).
Но, надо заметить, что эта теория не была единодушно принята научным сообществом, а поэтому не стоит ей беспрекословно доверять. Природа сама покажет нам, что нас ждет, стоит лишь дождаться срока. Хотя, если вдруг Малый Ледниковый период таки наступит , в нем тоже будут свои плюсы - полярные сияния можно будет наблюдать куда чаще и гораздо ярче! Так что, нам остаётся лишь ждать и продолжать гадать над еще одной загадкой нашего мира!
Моделирование солнечной активности строится несколькими разными путями. Наиболее часто пытаются построить предсказание активности Солнца с помощью, так называемых, стохастических моделей. В таких моделях опираются не на глубокое физическое понимание процессов на Солнце, а на сам ряд наблюдений того или иного параметра солнечной активности. Чаще всего прибегают к анализу чисел пятен на Солнце , которые с помощью простой процедуры сводятся к числам Вольфа .
Более-менее надежный ряд чисел Вольфа начинается с 1749 года , хотя первые инструментальные наблюдения проводили ученые в начале XVII века, в том числе, Галилей. Минимум Маундера лежит до 1749 года и имеются лишь отрывочные сведения о числе пятен в этот период. В XX веке стали измерять и другие показатели солнечной активности, например, поток энергии радиоизлучения Солнца с помощью радиотелескопов. После запуска спутников Земли стали измерять рентгеновское излучение Солнца . На Земле его не измеришь, поскольку оно полностью поглощается в атмосфере Земли. Чем длиннее ряд наблюдений, тем лучше для возможности что-то предсказать. И таких попыток много существует.
На рисунке из приведены результаты предсказания с помощью одной из таких статистичеких моделей. У таких моделей всегда есть проблемы, связанные со случайными факторами , которые "зашумливают" регулярный процесс, который и служит основой предсказания. Поэтому такие модели до сих пор не дают хорошего предсказания на два три цикла вперед. Для того, чтобы это понять, надо взгляднуть не на три последних цикла, как на приведенном графике, а на всю известную запись чисел Вольфа с 1749 года .
.png)
Кроме минимума Маундера, о котором идет речь в сообщении, есть еще и минимум Дальтона . Он виден на графике в конце XVIII начале XIX веков . Были и другие понижения числа пятен, но не столь значительные. Видно, что закономерность в самом ряде чисел Вольфа обнаружить сложно, кроме, естественно, самого 11-летнего цикла.
Надо отметить, что стохастические модели имеют вспомогательный смысл и дают информацию для построения физических моделей процессов, протекающих на Солнце. Конечно, физические модели значительно более предпочтительны, поскольку основываются на моделировании физических процессов. Но тут как раз и кроются все основные трудности .
Как сказано в сообщении, авторы предсказания построили свою модель, опираясь на модель магнитного динамо . Эта модель развивается уже больше 100 лет, сначала применительно к земному магнетизму , а после обнаружения магнитной активности солнечных пятен в начале XX века и к солнечному магнетизму . Следует сказать, что модель магнитного динамо является практически единственной, относительно хорошо, обоснованной моделью . Однако она содержит целый ряд трудностей, которые до сих пор не преодолены. Здесь следует сказать, что еще в 30-х годах XX века была доказана теорема математиком Каулингом о невозможности "простой" динамо машины .
Не вдаваясь в детали, можно сказать, что для создания динамо-эффекта требуются весьма специфические течения жидкости или плазмы в ядрах планет и звезд . Поскольку физики с трудом находят способы организовать в моделях нужные "турбулентные" течения, то в моделях фигурируют всякие, не очень обоснованные математические конструкции . Введение таких конструкций опирается на исключительно эмпирические соображения и подгонки . Для солнечного динамо это, например, стандартный $\alpha$-эффект. Желающие могут найти его описание в Интернете. Общая трудность состоит в том, что энергетика процессов на Солнце столь велика , что обычные способы анализа физических процессов внутри Солнца мало пригодны . В частности, до сих пор нет единодушной теории самих пятен на Солнце .
Авторы предсказания, видимо, используют свой вариант динамо-модели , в которую неизбежно входят не очень обоснованные конструкции. Поскольку в сообщении мало говорится о сути предлагаемой модели, то трудно сказать, чем она лучше других. Скорее всего, это один из способов подгонки , который относительно хорошо описывет какие-то стороны процесса. Посколько не говорится о прорыве в понимании основных процессов на Солнце, то анонсированные 97 % кажутся очень оптимистичной оценкой достижений. Остается только дождаться обозначенного времени для нового минимума. Осталось-то всего лет 15. Поживем - увидим.
Спасибо за подробный и интересный отзыв! В данной гипотезе и правда много трудностей, однозначно верной ее назвать никак нельзя. А поэтому, как Вы правильно сказали, нам остается только дождаться, чтобы подтвердить или опровергнуть.
по теории раз в 400 лет этот цикл сбивается , и с Солнца на десятки лет совсем пропадают пятна.
Но ведь только в 1609 году Галилео Галилей впервые поглядел на Солнце через телескоп и обнаружил там солнечные пятна . С этого момента как раз и прошли "первые " 400 лет. Сразу вспомнился анекдот о коллайдере:
Раз в 13 миллиардов лет ведущие физики собираются вместе и строят Большой адронный коллайдер…
(13 миллиардов - предполагаемый возраст нашей Вселенной)
Несмотря на скептицизм, эта статья выставляется на главную страницу сайта. Аргументы:
1. Погода и климат интересны всем.
2. Материал предложен представителем юного поколения.
3. Летом особенно мало новостей из мира науки. Тем более подождать и проверить всего через 15 лет - не срок. Конец света 21 декабря 2012 года мы уже пережили.
P.S. Редакторская правка: в конце поставлен вопросительный знак (на всякий случай) .jpg)
То, что минимум наступит в 2030, а не 2009 году, в работе, насколько я помню, тоже объясняется. Не просто же так ученые назначили именно такую, весьма точную дату. В их трудах все очень подробно объяснено, и, если уж, разбирать работу, то именно подробно изучив материал, предоставленный на конференции российскими учеными. Моя статья - это лишь краткий ознакомительный обзор. Да, и, как я уже говорила, вся эта теория, хоть и хорошо обоснована, пока остается лишь теорией, и только время сможет проверить ее на правдивость. Однако я не стану сравнивать ее с теорией о конце света. Ведь конец света - это бред. Как на всей планете разом могут начаться такие сильные катаклизмы? Его обещали уже миллион раз и, как и предполагалось, он ни разу не произошел. А теория о Малом Ледниковом периоде не просто обоснована - это уже случалось ранее, а значит, действительно может повториться заново. Будем ждать и наблюдать. И. кто знает, что может произойти...
12 000 лет назад окончился последний ледниковый период. В самый суровый период оледенение грозило человеку вымиранием. Однако после схода ледника он не только выжил, но и создал цивилизацию.
Последняя ледниковая эра в истории Земли – Кайнозойская. Она началась 65 миллионов лет назад и продолжается до сих пор. Современному человеку повезло: он живет в межледниковье, в один из самых теплых периодов жизни планеты. Далеко позади самая суровая ледниковая эра – позднепротерозойская.
Несмотря на глобальное потепление, ученые предсказывают наступление нового ледникового периода. И если настоящий наступит лишь через тысячелетия, то малый ледниковый период, который на 2-3 градуса снизит годовые температуры, может наступить довольно скоро.
Ледник стал настоящим испытанием человеку, заставив его изобретать средства для своего выживания.
Вюрмское или Вислинское оледенение началось примерно 110 000 лет назад и окончилось в десятом тысячелетии до нашей эры. Пик холодов пришелся на период 26-20 тысяч лет назад, завершающую стадию каменного века, когда ледник был наибольшим.
Даже после того, как растаяли ледники, история знала периоды заметных похолоданий и потеплений. Или, по-другому, – климатические пессимумы и оптимумы . Пессимумы иногда называют малыми ледниковыми периодами. В XIV-XIX веках, например, наступил малый ледниковый период, а на время Великого переселения народов приходился раннесредневековый пессимум.
Существует мнение, согласно которому предок человека был скорее падальщиком, так как не мог спонтанно занять вышестоящую экологическую нишу. А все известные орудия труда служили для разделки останков животных, которые были отобраны у хищников. Однако, вопрос о том, когда и почему человек начал охотиться до сих пор вызывает дискуссии.
В любом случае, благодаря охоте и мясной пище древний человек получал большой запас энергии, позволявший ему лучше выносить холода. Шкуры убитых животных использовались в качестве одежды, обуви и стен жилища, что увеличивало шансы выжить в суровом климате.
Прямохождение появилось миллионы лет назад, и его роль была куда важнее, чем в жизни современного офисного работника. Освободив руки, человек мог заняться интенсивной постройкой жилища, производством одежды, обработкой орудий труда, добычей и сохранением огня. Прямоходящие предки свободно перемещались в открытой местности, и их жизнь уже не зависела от сбора плодов тропических деревьев. Уже миллионы лет назад они свободно передвигались на большие расстояния и добывали пищу в стоках рек.
Прямохождение сыграло коварную роль, но стало все же скорее преимуществом. Да, человек сам приходил в холодные регионы и приспосабливался к жизни в них, но в то же время мог найти как искусственные, так и природные укрытия от ледника.
Огонь в жизни древнего человека изначально был неприятным сюрпризом, а не благом. Несмотря на это, предок человека сначала научился его «гасить», а уже позднее использовать для своих целей. Следы использования огня находят в стоянках, которым 1,5 миллиона лет. Это позволяло улучшить питание за счет приготовления белковой пищи, а также сохранять активность в ночное время. Это дополнительно увеличило время для создания условий выживания.
Кайнозойская ледниковая эра не была сплошным оледенением. Каждые 40 тысяч лет у предков людей было право на «передышку» – временные оттепели. В это время ледник отступал, а климат становился мягче. В периоды сурового климата естественными убежищами были пещеры или богатые флорой и фауной регионы. Например, юг Франции и Пиренейский полуостров служили убежищем множества ранних культур.
Персидский залив 20 000 лет назад представлял собой богатую лесами и травяной растительностью речную долину, поистине «допотопный» пейзаж. Здесь текли широкие реки, превосходящие по своим размерам Тигр и Ефрат в полтора раза. Сахара в отдельные периоды становилась влажной саванной. Последний раз такое произошло 9000 лет назад. Подтверждением этому могут служить наскальные рисунки, на которых изображено изобилие животных.
Огромные ледниковые млекопитающие, например, бизон, шерстистый носорог и мамонт, стали важным и уникальным источником питания древних людей. Охота на таких больших животных требовала большой координации усилий и заметно сплотила людей. Эффективность «коллективной работы» еще не раз себя показала в строительстве стоянок и изготовлении одежды. Олени и дикие лошади у древних людей пользовались не меньшим «почетом».
Язык был, пожалуй, главным лайфхаком древнего человека. Именно благодаря речи сохранялись и передавались из поколения в поколение важные технологии обработки орудий, добычи и поддержания огня, а также различные приспособления человека для повседневного выживания. Возможно на палеолитическом языке обсуждались детали охоты на крупных зверей и направления миграции.
До сих пор ученые спорят: было ли вымирание мамонтов и других ледниковых животных делом рук человека или же вызвано естественными причинами – Аллёрдским потеплением и исчезновением растений кормовой базы. В результате истребления большого количества видов животных, человеку в суровых условиях грозила смерть от нехватки пищи. Известны случаи гибели целых культур одновременно с вымиранием мамонтов (например, культура Кловис в Северной Америке). Тем не менее, потепление стало важным фактором переселения людей в регионы, климат которых стал подходящим для зарождения земледелия.
Ученые пришли к выводу, что новый ледниковый период может начаться на Земле уже через 15 лет.
Такое заявление сделали ученые из британского университета. По их мнению, в последнее время наблюдается значительное снижение солнечной активности. По оценкам исследователей, к 2020 году завершится 24-й цикл активности светила, после которого начнется длительный период затишья.
Соответственно, на нашей планете может начаться новый ледниковый период, который уже назвали Маундеровский минимум, сообщает Planet Today.Аналогичный процесс уже происходил на Земле в 1645-1715 годах. Тогда средняя температура воздуха опустилась на 1,3 градуса, что привело к гибели урожаев и массовому голоду.
Правда.ру ранее писала, что недавно ученые с удивлением обнаружили, что ледники в центральноазиатских горах Каракорум быстро растут. Причем дело вовсе не в "расползании" ледового покрытия. А в полноценном нарастании - толщина ледника при этом тоже увеличивается. И это притом, что рядом, в Гималаях, лед продолжает таять. В чем же причина каракорумской ледовой аномалии?
Следует заметить, что на фоне общемировой тенденции к сокращению площади ледников ситуация выглядит весьма парадоксально. Горные ледники из Центральной Азии оказались "белыми воронами" (в обоих смыслах этого выражения), поскольку их площадь растет с той же скоростью, что и уменьшается в других местах. Данные, полученные по горной системе Каракорум в период с 2005 по 2010 годы, совершенно сбили с толку гляциологов.
Напомним, что горная система Каракорум, расположенная на стыке Монголии, Китая, Индии и Пакистана (между Памиром и Куньлунем на севере, Гималаями и Гандисышанем на юге), является одной из самых высоких в мире. Средняя высота скальных гребней этих гор составляет около шести тысяч метров (что больше, чем, например, в соседнем Тибете - там средняя высота примерно 4880 метров). Имеется также несколько "восьмитысячников" - гор, чья высота от подножья до вершины превышает восемь километров.
Так вот в Каракоруме, по данным метеорологов, с конца ХХ века снегопады стали весьма обильными. Сейчас там их выпадает примерно 1200-2000 миллиметров в год, причем почти исключительно в твердом виде. А средняя годовая температура осталась той же самой - в пределах от пяти до четырех градусов ниже нуля. Неудивительно, что ледник стал расти очень быстро.
В то же время в соседних Гималаях, по оценкам синоптиков, за те же самые годы снега стало выпадать существенно меньше. Ледник этих гор оказался лишенным своего главного источника питания и, соответственно, "съежился". Не исключено, что дело здесь в изменении путей следования снеговых воздушных масс - раньше они шли в Гималаи, а теперь сворачивают на Каракорум. Но для того, чтобы подтвердить это предположение, нужно проверить ситуацию с ледниками других "соседей" - Памира, Тибета, Куньлуня и Гандисышаня.
Мы во власти осени, и становится все холоднее. Не движемся ли мы к ледниковому периоду, интересуется один из читателей.
Быстротечное датское лето позади. Листья опадают с деревьев, птицы улетают на юг, становится темнее и, конечно, холоднее тоже.
Наш читатель Ларс Петерсен (Lars Petersen) из Копенгагена начал готовиться к холодным дням. И он хочет знать, насколько серьезно ему нужно подготовиться.
«Когда начинается следующий ледниковый период? Я узнал, что ледниковые и межледниковые периоды сменяют друг друга регулярно. Так как мы живем в межледниковье, логично предположить, что впереди нас ждет следующий ледниковый период, не так ли?» - пишет он в письме в раздел «Спроси науку» (Spørg Videnskaben).
Мы в редакции вздрагиваем при мысли о холодной зиме, которая подстерегает нас на том конце осени. Мы тоже с удовольствием узнали бы, не на пороге ли мы ледникового периода.
До следующего ледникового периода еще далеко
Поэтому мы адресовали преподавателю Центра фундаментальных исследований льда и климата при Копенгагенском университете Суне Расмуссену (Sune Olander Rasmussen).
Суне Расмуссен изучает холод и получает информацию о погоде прошлого, буря гренландские ледники и айсберги. Кроме того, он может использовать свои знания для того, чтобы исполнять роль «предсказателя ледниковых периодов».
«Для того, чтобы наступил ледниковый период, должно совпасть несколько условий. Мы не можем точно предсказать, когда начнется ледниковый период, но даже если бы человечество не влияло дальше на климат, наш прогноз таков, что условия для него сложатся в лучшем случае через 40 - 50 тысяч лет», - успокаивает нас Суне Расмуссен.
Раз уж мы все равно разговариваем с «предсказателем ледникового периода», мы можем получить и еще кое-какую информацию, о каких это «условиях» идет речь, чтобы немного больше разобраться в том, что же такое на самом деле ледниковый период.
Вот что такое ледниковый период
Суне Расмуссен рассказывает, что во время последнего ледникового периода средняя температура на земле была на несколько градусов ниже, чем сегодня, и что климат на более высоких широтах был холоднее.
Большая часть северного полушария была покрыта массивными ледяными покровами. Например, Скандинавия, Канада и некоторые другие части Северной Америки были покрыты трехкилометровым ледяным панцирем.
Огромный вес ледяного покрова вдавил земную кору на километр внутрь Земли.
Ледниковые периоды дольше, чем межледниковье
Однако 19 тысяч лет назад начали происходить изменения в климате.
В Гренландии последние остатки панциря сошли очень резко 11 700 лет назад или если быть точным 11 715 лет назад. Об этом свидетельствуют исследования Суне Расмуссена и его коллег.
Значит, с момента последнего ледникового периода прошло 11 715 лет, и это совершенно нормальная длина межледниковья.
«Забавно, что мы обычно рассматриваем именно ледниковый период как "событие", хотя на самом деле все как раз наоборот. Средний ледниковый период длится 100 тысяч лет, тогда как межледниковье продолжается от 10 до 30 тысяч лет. То есть, Земля чаще находится в ледниковом периоде, чем наоборот».
«Пара последних межледниковых периодов длилась всего примерно по 10 тысяч лет, что объясняет широко распространенное, но ошибочное мнение, что наш нынешний межледниковый период приближается к концу», - говорит Суне Расмуссен.
Три фактора влияют на возможность начала ледникового периода
То, что Земля погрузится в новый ледниковый период через 40-50 тысяч лет, зависит от того, что у орбиты вращения Земли вокруг Солнца есть небольшие вариации. Вариации определяют, какое количество солнечного света на какие широты попадает, и тем самым влияет на то, насколько там тепло или холодно.
Циклы Миланковича это:
1.Орбита вращения Земли вокруг Солнца, которая изменяется циклически примерно раз в 100 000 лет. Орбита превращается из почти круглой в более эллиптическую, а затем обратно. Из-за этого расстояние до Солнца изменяется. Чем дальше Земля от Солнца, тем меньше солнечного излучения получает наша планета. Кроме того, когда меняется форма орбиты, меняется и длина времен года.
2.Наклон земной оси, который колеблется между 22 и 24,5 градусами по отношению к орбите вращения вокруг Солнца. Этот цикл охватывает примерно 41 000 лет. 22 или 24.5 градуса - кажется не такая уж существенная разница, но наклон оси очень сильно влияет на выраженность различных времен года. Чем больше Земля наклонена, тем больше разница между зимой и летом. В настоящий момент наклон земной оси составляет 23,5 и он уменьшается, что означает, что различия между зимой и летом будут в ближайшие тысячи лет снижаться.
3.Направление земной оси относительно пространства. Направление изменяется циклически с периодом в 26 тысяч лет.
«Комбинация этих трех факторов определяет, есть ли предпосылки к началу ледникового периода. Практически невозможно представить, как происходит взаимодействие этих трех факторов, но с помощью математических моделей мы можем рассчитать, сколько солнечного излучения получают определенные широты в определенное время года, а также получали в прошлом и будут получать в будущем», - говорит Суне Расмуссен.
Снег летом приводит к ледниковому периоду
В особенности важную роль в этом контексте играют температуры летом.
Миланкович понял, что, чтобы была предпосылка для начала ледникового периода, лето в северном полушарии должно быть холодным.
Если зимы снежные, и большая часть северного полушария покрыта снегом, то температуры и количество солнечных часов летом определяют, будет ли снегу позволено остаться на все лето.
«Если снег летом не тает, то в Землю проникает мало солнечного света. Остальное отражается обратно в космос белоснежным покрывалом. Это усугубляет охлаждение, которое началось из-за изменения орбиты вращения Земли вокруг Солнца», - рассказывает Суне Расмуссен.
«Дальнейшее же охлаждение приносит еще больше снега, который еще больше снижает количество абсорбированного тепла, и так далее, до тех пор, пока не начнется ледниковый период», - продолжает он.
Точно так же период с жаркими летами приводит к тому, что ледниковый период заканчивается. Тогда жаркое солнце растапливает лед достаточно для того, чтобы солнечный свет вновь мог попадать на темные поверхности, вроде почвы или моря, которые абсорбируют его и нагревают Землю.
Люди оттягивают следующий ледниковый период
Еще один фактор, который имеет значение для возможности начала ледникового периода - это количество углекислого газа в атмосфере.
Так же, как снег, отражающий свет, усиливает образование льда или ускоряет его таяние, повышение содержания углекислого газа в атмосфере от 180 ppm до 280 ppm (миллионных долей) способствовало выведению Земли из последнего ледникового периода.
Однако с того момента, как началась индустриализация, люди все время занимаются дальнейшим повышением доли углекислого газа, так что сейчас она почти 400 ppm.
«У природы ушло 7 000 лет, чтобы после окончания ледникового периода поднять долю углекислого газа на 100 ppm. Люди сумели сделать то же самое всего за 150 лет. Это имеет большое значение для того, сможет ли Земля вступить в новый ледниковый период. Это очень существенное влияние, которое означает не только то, что в настоящий момент не может начаться ледниковый период», - говорит Суне Расмуссен.
Мы благодарим Ларса Петерсена за хороший вопрос и посылаем по-зимнему серую футболку в Копенгаген. Также мы благодарим Суне Расмуссена за хороший ответ.
А еще мы призываем наших читателей присылать больше научных вопросов на [email protected].
А ты знал?
Ученые всегда говорят о ледниковом периоде лишь в северном полушарии планеты. Причина в том, что в южном полушарии слишком мало суши, на которой может лежать массивный слой снега и льда.
За вычетом Антарктиды, вся южная часть южного полушария покрыта водой, которая не обеспечивает хороших условий для возникновения толстого ледяного панциря.
Несмотря на то, что это, может быть, трудно понять, наша планета постоянно меняется. Континенты постоянно смещаются и сталкиваются друг с другом. Извергаются вулканы, ледники расширяются и отступают, и жизнь должна идти в ногу со всеми этими происходящими изменениями.
На протяжении всего своего существования в разные периоды, которые длились миллионы лет, Земля была покрыта километровым полярным ледяным щитом и горными ледниками. Темой этого списка станут ледниковые периоды, характеризующиеся очень холодными климатическими условиями и наличием льда, простирающегося так далеко, как может видеть глаз.
Что такое ледниковый период?
Хотите верьте, хотите, нет, но определение ледникового периода не так однозначно, как могут подумать некоторые. Конечно, мы можем охарактеризовать его как период, когда глобальные температуры были намного ниже, чем сегодня, и когда оба полушария покрыты толщей льда, простирающимся на тысячи миль к экватору.
Однако проблема с этим определением состоит в том, что он описывает любой ледниковый период с сегодняшней точки зрения и фактически не учитывает всю планетарную историю. Кто может сказать, что сегодня мы не живем в условиях более низких температур, чем средняя? В этом случае мы фактически находимся в ледниковом периоде прямо сейчас. Лишь некоторые ученые, которые посвятили свою жизнь изучению таких явлений, могут это подтвердить. Да, мы на самом деле живем в ледниковом периоде, и мы убедимся в этом через минуту.
Лучшим определением ледникового периода было бы то, что это длительный период времени, когда атмосфера и поверхность планеты имеют низкую температуру, что приводит к наличию полярных ледяных щитов и горных ледников. Это может продолжаться несколько миллионов лет, в течение которых также существуют периоды оледенения, характеризующиеся ледяным покровом и ростом ледников на поверхности планеты, а также межледниковыми периодами – интервалами, длящимися несколько тысяч лет, когда лед отступает, и становится теплее. Другими словами, то, что мы знаем как «последний ледниковый период», является, по сути, одной из таких стадий оледенения, частью более крупного ледникового периода Плейстоцена, и в настоящее время мы находимся в межледниковом периоде, известном как Голоцен, который начался около 11 700 лет назад.
Что вызывает ледниковый период?
На первый взгляд, ледниковый период похож на какое-то глобальное потепление в обратную сторону. Это в определенной степени так, но есть несколько других факторов, которые могут инициировать и способствовать началу ледникового периода. Важно отметить, что изучение ледниковых периодов началось не так давно, и наше понимание этого процесса еще не полное. Тем не менее, существует некоторый научный консенсус по нескольким факторам, которые вносят вклад в начало ледникового периода.
Одним из таких очевидных факторов является уровень парниковых газов в атмосфере. Есть свидетельства того, что концентрация этих газов в воздухе растет и снижается вместе с отступлением и ростом ледяных щитов. Но некоторые утверждают, что эти газы не обязательно запускают каждый ледниковый период и влияют только на его суровость.
Другим ключевым фактором, играющим важную роль, являются тектонические плиты. Геологические записи указывают на корреляцию между положением континентов и началом ледникового периода. Это означает, что в определенном положении континенты могут препятствовать так называемому Глобальному океаническому конвейеру - глобальной системе течений, которые переносят холодную воду от полюсов к экватору и наоборот.
Континенты также могут находиться прямо на вершине полюса, как Антарктида сегодня, или привести к тому, что полярные водоемы будут полностью или частично окружены сушей, как Северный Ледовитый океан. Оба этих фактора способствуют ледообразованию. Континенты могут также собираться вокруг экватора, блокируя океанские течения, что приводит к ледниковому периоду.
Именно так произошло во время Криогенного периода, когда суперконтинент Родиния покрыл большую часть экватора. Некоторые специалисты даже говорят, что Гималаи сыграли важную роль в нынешнем ледниковом периоде. После того, как эти горы начали формироваться около 70 миллионов лет назад, они способствовали увеличению осадков на планете, что, в свою очередь, привело к неуклонному снижению CO2 в воздухе.
Наконец, у нас есть орбиты, по которым движется Земля. Это также частично объясняет периоды оледенения и межледниковые периоды в течение любого конкретного ледникового периода. Земля испытывает ряд периодических изменений во время кругового движения вокруг Солнца, которые называют Циклами Миланковича (Milankovitch Cycles). Первый из этих циклов - эксцентриситет Земли, который характеризуется формой орбиты нашей планеты вокруг Солнца.
Каждые 100 000 лет или около того орбита Земли становится более или менее похожей на эллипс, это означает, что она получит больше или меньше солнечных лучей. Второй из этих циклов – наклон оси планеты, который в среднем изменяется на несколько градусов каждые 41 000 лет. Этот наклон влияет на времена года на Земле и разницу в солнечном излучении, получаемом полюсами и экватором. В-третьих, у нас есть прецессия Земли, которая выражается колебанием, когда Земля вращается вокруг своей оси. Это происходит примерно каждые 23 000 лет и приводит к тому, что зима в Северном полушарии произойдет, когда Земля будет дальше от Солнца, а лето - когда она будет ближе всего к Солнцу. Если это происходит, разница в степени выраженности между сезонами будет больше, чем сегодня. Помимо этих основных факторов, мы также иногда можем страдать от недостатка пятен на солнце, ударов крупных метеоритов, сильнейших извержений вулканов или ядерных войн, которые в числе прочего потенциально могут привести к началу ледникового периода.
Почему они продолжаются так долго?
Мы знаем, что ледниковые периоды обычно длятся миллионы лет. Причину этого можно объяснить с помощью феномена, известного как альбедо. Это отражательная способность поверхности Земли, когда речь идет о коротковолновом излучении Солнца. Другими словами, чем больше поверхности нашей планеты покрыто белым льдом и снегом, тем больше солнечное излучение отражается назад в космос, и тем холоднее становится на Земле. Это приводит к появлению еще большего количества льда и еще большей отражательной способности в цикле положительной обратной связи, который длится миллионы лет. Это одна из причин, почему так важно, чтобы лед Гренландии оставался там, где он есть. Потому что, если этого не произойдет, отражательная способность острова уменьшится, что приведет к росту глобальной температуры.
Тем не менее, ледниковые периоды в конце концов заканчиваются, а также их периоды оледенения. По мере того как воздух становится холоднее, он больше не может удерживать столько влаги, как раньше, что приводит, в свою очередь, к выпадению меньшего количества снега и невозможности расширения ледяных шапок и даже их поддержания. В результате начинается цикл отрицательной обратной связи, который знаменует начало межледникового периода.
По этой логике в 1956 году была предложена теория, предполагающая, что Северный Ледовитый океан, не покрытый льдом, вызовет больше снегопадов на более высоких широтах, выше и ниже полярного круга. Этого снега может оказаться так много, что он не растает в течение летних месяцев, увеличивая альбедо Земли и уменьшая общую температуру. Со временем это позволит сформироваться льду на более низких широтах и в средних широтах - толчок, запускающий процесс оледенения.
Но как нам узнать, что ледниковый период действительно был?
Причиной, из-за которой люди начали думать о ледниковых периодах, стали, в первую очередь, некоторые огромные валуны, оказавшиеся в центре пустой местности без каких-либо объяснений относительно того, как они туда попали. Изучение процессов оледенения началось в середине 18-го века, когда швейцарский инженер и географ Пьер Мартель (Pierre Martel) начал документировать беспорядочно разбросанные горные образования внутри альпийской долины и ниже ледника. Местные жители сказали ему, что эти огромные валуны подтолкнул ледник, который когда-то простирался намного дальше по горе.
На протяжении десятилетий во всем мире были задокументированы другие подобные случаи, что стало основой для теории ледниковых периодов. С тех пор были учтены и другие формы доказательств. Геологические особенности, в том числе ранее упомянутые горные породы, содержащие ледниковые отложения, резные долины, такие как фьорды, ледниковые озера и различные другие формы изрезанной поверхности земли. Проблема с ними состоит в том, что их сложно датировать, а последующие оледенения могут исказить или даже полностью стереть предыдущие геологические образования.
Более точные данные поступают благодаря палеонтологии - изучению окаменелостей. Хотя и не без некоторых недостатков и неточностей, но палеонтология говорит об истории ледниковых периодов, показывая нам распределение организмов, адаптированных к холоду, когда-то обитавших на более низких широтах, и организмов, которые обычно процветают в более теплом климате, количество которых либо снижалось ближе к экватору, либо они совсем исчезали.
Однако наиболее точные доказательства дают изотопы. Различия в соотношениях изотопов между ископаемыми, осадочными породами и океанскими отложениями могут многое рассказать об окружающей среде, в которой они образовались. Говоря о текущем ледниковом периоде, мы также имеем доступ к ледяным ядрам, полученным из Антарктиды и Гренландии, которые являются наиболее надежной формой доказательств на сегодняшний день. При формулировании своих теорий и прогнозов ученые полагаются на их комбинацию там, где это возможно.
Большие ледниковые периоды
На данный момент ученые уверены, что в течение долгой истории Земли было пять крупных ледниковых периодов. Первый из них, известный как Гуронское оледенение, произошел примерно 2,4 миллиарда лет назад и продолжался около 300 миллионов лет, считается самым длительным. Криогенный ледниковый период произошел около 720 миллионов лет назад и продолжался до 630 миллионов лет назад. Этот период считается самым суровым. Третье массивное оледенение произошло около 450 миллионов лет назад и продолжалось около 30 миллионов лет. Оно известно как Андо-Сахарский ледниковый период и вызвало второе по величине массовое вымирание в истории Земли после так называемого Великого вымирания. Длящийся в течение 100 миллионов лет, ледниковый период Кару произошел между 360 и 260 миллионами лет назад и был вызван появлением наземных растений, остатки которых мы теперь используем в качестве ископаемого топлива.
Наконец, у нас есть Плейстоценовый ледниковый период, также известный как Плиоцен-четвертичное оледенение. Он начался примерно 2,58 миллиона лет назад, и с тех пор прошло несколько периодов оледенений и межледниковых периодов с разницей примерно от 40 000 до 100 000 лет. Однако за последние 250 000 лет климат менялся более часто и резко, причем предыдущий межледниковый период прерывался многочисленными холодными периодами, которые продолжались несколько столетий. Нынешний межледниковый период, начавшийся примерно 11 000 лет назад, является нетипичным из-за относительно стабильного климата, который был до этого момента. Можно с уверенностью сказать, что люди не смогли бы вести сельское хозяйство и достигнуть нынешнего уровня цивилизации, если бы не этот необычный период температурной стабильности.
Колдовство
«Что, что?» Мы знаем, о чем вы подумали, увидев этот заголовок в нашем списке. Но сейчас мы все объясним...
В течение нескольких столетий, начиная примерно с 1300 года и заканчивая примерно 1850 годом, мир пережил период, известный как Малый ледниковый период. Для того, чтобы глобальная температура снизилась, особенно в Северном полушарии, в результате чего выросли горные ледники, реки замерзли, а урожай погиб, потребовалось несколько факторов. В середине 17 века в Швейцарии из-за вторгшихся ледников были полностью разрушены несколько деревень, а в 1622 году полностью замерла даже южная часть Босфорского пролива вокруг Стамбула. В 1645 году ситуация ухудшилась и так продолжалась в течение следующих 75 лет, во время периода, известного ученым сегодня как Минимум Маундера.
В течение этого времени на солнце было мало солнечных пятен. Эти пятна являются областями на поверхности Солнца, температура в которых значительно ниже. Они вызваны концентрацией магнитных потоков в нашей звезде. Сами по себе эти пятна, вероятно, будут способствовать понижению температуры Земли, но они окружены очень яркими областями, известными как факулы. У факул значительно более высокая мощность излучения, которая намного превосходит слабость свечения, вызванную солнечными пятнами. Таким образом, Солнце без пятен фактически имеет более низкий уровень излучения, чем обычно. По оценкам, в течение 17-го века, Солнце потускнело на 0,2 процента, что частично объясняет этот Малый ледниковый период. За это время в мире произошло более 17 извержений вулканов, что еще больше ослабило солнечные лучи.
Экономические невзгоды, вызванные этим многовековым холодным периодом, оказали невероятное психологическое воздействие на людей. Частые потери урожаях и нехватка дров привели к тому, что в Салеме, штат Массачусетс, вспыхнули серьезные случаи массовой истерии. Зимой 1692 года двадцать человек, четырнадцать из которых были женщинами, были повешены по обвинению в том, что являются ведьмами и виноваты во всех невзгодах остальных. Пятеро других, двое из которых были детьми, позже умерли в тюрьме, куда их поместили по тому же обвинению. Из-за неблагоприятной погоды в таких местах, как Африка, даже сегодня люди иногда обвиняют друг друга в том, что они являются ведьмами.
Земля – снежный шар
Первый ледниковый период на Земле был также самым длинным. Как мы упоминали ранее, он продолжался целых 300 миллионов лет. Известный как Гуронское оледенение, этот невероятно длинный и холодный период начался около 2,4 миллиарда лет назад, в то время, когда на Земле существовали только одноклеточные организмы. Пейзаж выглядел совсем иначе, чем сегодня, даже до того, как лед сковал все вокруг. Однако произошел ряд событий, которые в конечном итоге привели к апокалипсическому событию глобальных масштабов, в результате которого большая часть планеты оказалась покрыта толстом льдом. До гуронского оледенения на Земле преобладали анаэробные организмы, которые не нуждались в кислороде. Кислород был, по сути, ядовитым для них и чрезвычайно редким элементом в воздухе, он составлял всего 0,02% атмосферы. Но в какой-то момент возникла другая форма жизни - цианобактерия.
Эта крошечная бактерия была первой из тех, кто когда-либо использовал фотосинтез в качестве способа питания. Побочным продуктом этого процесса является кислород. По мере того, как эти крошечные существа процветали в Мировом океане, они выделяли миллионы и миллионы тонн кислорода, повысив его концентрацию в атмосфере до 21% и спровоцировав исчезновение всей анаэробной жизни. Это событие называют Великим кислородным событием. Воздух также был заполнен метаном, и в контакте с кислородом он превратился в CO2 и воду. Тем не менее, метан в 25 раз более эффективен как парниковый газ, чем CO2, что означает, что это преобразование привело к понижению глобальных температур, что, в свою очередь, запустило Гуронское оледенение и первое массовое вымирание на Земле. Иногда вулканы добавляли дополнительный CO2 в воздух, что приводило к межледниковым периодам.
Запеченная Аляска
Если его название недостаточно понятно, Криогенный ледниковый период был самым холодным периодом в долгой истории Земли. Сегодня он также является предметом многих научных споров. Одной из тем обсуждения является вопрос о том, была ли Земля полностью покрыта льдом, или вдоль экватора оставалась линия открытой воды – теория Снежного шара или Земли - снежка, поскольку некоторые называют эти два сценария. Криогенный период продолжался примерно с 720 до 635 миллионов лет назад и может быть разделен на два крупных события оледенения, известных как Стартанское (720-680 млн. лет) и Мариноанское (приблизительно от 650 до 635 млн. лет). Важно отметить, что в этот момент не существовало многоклеточной жизни, и некоторые полагают, что сценарий Земли - снежка стал катализатором ее эволюции во время так называемого Кембрийского взрыва.
Особенно интересное исследование было опубликовано еще в 2009 году, в нем основное внимание уделялось, в частности, Мариноанскому оледенению. Согласно анализу, атмосфера Земли была относительно теплой, а ее поверхность была покрыта толстым слоем льда. Это возможно только в том случае, если планета полностью или почти полностью покрыта льдом. Это явление сравнили с десертом Запеченная Аляска, где мороженое тает не сразу после того, как его поместили в духовку. Оказывается, в составе атмосферы было много парниковых газов, но вопреки ожиданиям, это не предотвратило и никак не было связано с ледниковым периодом. Эти газы присутствовали в таких больших количествах из-за повышенной вулканической активности, последовавшей за распадом суперконтинента Родиния. Считается, что эта длительная вулканическая активность помогла «запустить» ледниковый период.
Однако научное сообщество предупреждает, что нечто подобное может повториться, если атмосфера начнет отражать в космос слишком много солнечных лучей. Один из таких периодов может быть запущен массовым извержением вулканов, ядерной войной или нашими будущими попытками смягчить последствия глобального потепления, распыляя в атмосферу слишком много сульфатных аэрозолей.
Мифы о наводнении
Когда около 14 500 лет назад лед ледников начал таять, вода не стекала в океан одинаково по всей Земле. В некоторых местах, таких как Северная Америка, начали формироваться огромные ледниковые озера. Эти озера появляются в результате того, что на пути воды встречается преграда в виде ледяной стены или ледниковых отложений. За 1600 лет, озеро Агассис (Lake Agassiz) покрыло площадь в 440 000 кв. км - больше, чем любое озеро, существующее сегодня. Оно сформировалось на территории Северной Дакоты, Миннесоты, Манитобы, Саскачевана и Онтарио. Когда дамба, наконец, прорвалась, пресная вода хлынула в Северный Ледовитый океан через долину реки Макензи (Mackenzie River).
Этот большой приток пресной воды ослабил океаническое течение на 30%, погрузив планету в 1200-летний период оледенения, известный как Ранний дриас. Предполагается, что этот несчастливый поворот событий привел к уничтожению культуры Кловиса и североамериканской мегафауны. Записи также показывают, что этот холодный период неожиданно закончился около 11 500 лет назад, а температура в Гренландии повысилась до -7 градусов по Цельсию всего за десять лет.
Во время Раннего дриаса льды ледников пополнялись, и, когда планета снова начала прогреваться, появилось озеро Агассис. Однако на этот раз оно соединилось с таким же большим озером, известным как Оджибве (Ojibway). Вскоре после их слияния произошел новый прорыв, но на сей раз в Гудзонский залив. Еще один холодный период, произошедший 8 200 лет назад, известен как событие 8,2 килойеар (8.2 kiloyear event).
Хотя низкие температуры держались всего 150 лет, это событие позволило повысить уровень моря на 4 метра. Интересно, что историки смогли связать истоки многих мифов о наводнениях со всего мира именно с этим периодом времени. Это внезапное повышение уровня моря также привело к тому, что Средиземное море проложило себе дорогу через Босфорский пролив и затопило Черное море, которое в то время было только пресноводным озером.
Марсианский ледниковый период
Не поддающиеся нашему контролю ледниковые периоды - это природные явления, которые случаются не только на Земле. Как и у нашей планеты, у Марса также случаются периодические изменения в орбите и наклоне оси. Но в отличие от Земли, где ледниковый период подразумевает рост полярных ледяных шапок, на Марсе происходят другие процессы. Поскольку его ось наклонена больше, чем ось Земли, а полюса получают больше солнечного света, марсианский ледниковый период означает, что полярные ледяные шапки фактически отступают, а ледники на средней широте расширяются. Этот процесс прекращается в межледниковые периоды.
За последние 370 000 лет Марс медленно выходил из своего ледникового периода и вступал в межледниковый период. По оценкам ученых, на полюсах накапливается примерно 87 115 кубических километров льда, большинство скапливается в Северном полушарии. Компьютерные модели также показали, что Марс может полностью покрыться льдом во время оледенения. Однако эти исследования находятся на ранних стадиях, и, учитывая тот факт, что мы все еще далеки от полного понимания собственных ледниковых периодов на Земле, мы не можем ожидать, что узнаем все, что происходит на Марсе. Тем не менее, это исследование может оказаться полезным, учитывая наши планы на будущее для Красной планеты. Это также очень помогает нам на Земле. «Марс служит упрощенной лабораторией для тестирования климатических моделей и сценариев, без океанов и биологии, которые мы затем можем использовать для лучшего понимания земных систем», - сказал планетарный ученый Исаак Смит (Isaac Smith).
