大冻结

如何摆动在轨道上引发了冰河时代

发现世界曾经陷入一个冰河时代是19世纪最伟大的科学发现。这是地球科学的查尔斯·达尔文的进化理论生命科学。它改变了一切。故事逐渐浮出水面,但第一个人感知冰川作用的规模,超过了北半球的瑞士是一个博物学家称为路易斯•阿加西。阿加西1836年在阿尔卑斯山避暑的时候,主人指出巨大的山坡上抓伤的痕迹显示,他说,冰川如何必须曾经深得多的地方扩展他们的山谷。

阿加西思考它的意义。他意识到,他看到类似的标志景观在欧洲许多地方,远离现在的冰川。他听到类似的报道来自北美的冰川划痕。和他读当代报纸保存完好的猛犸象的故事从雪堆里挖出自己的肉很新鲜,美联储向当地狗和回收的北极熊。他的结论是,唯一的解释是,北半球的大部分必须曾经被冰覆盖,这事件发生的非常突然,在一个巨大,冰冷启示录。“欧洲的土地,以前满热带植物居住着成群的大象,巨大的hippopotami和巨大的食肉动物,突然被埋在大片的冰,”他写道。“创造一个强大的运动取代了死一般的沉寂。”

阿加西的愿景就像一个创造神话相反。地质很快显示,没有一个冰河时代的进步但冰期发生的一系列由暖期像我们自己。但他的照片否则存活相当完整。事实上,最近的证据已使他最初的想法,最后一个冰河时代的一定是相当快,几百年来气温崩溃,而且很可能更少。

我们现在知道,两个主要形成冰盖。一个从不列颠群岛延伸穿过北海和斯堪的纳维亚半岛,然后通过俄罗斯西伯利亚西部,西部和北部巴伦支海斯瓦尔巴特群岛。第二个,更大的覆盖整个加拿大和阿拉斯加南部,刺激延长在格陵兰岛。在冰岛小表坐,周围的海洋充满了厚厚的浮冰。奇怪的是,阿拉斯加北部和西伯利亚东部,虽然冰冻,从来没有冰了。但是,加上老南极洲冰层覆盖,这些冰原包含三倍的冰存在地球上today-enough保持全球海平面约400英尺低于它们——覆盖地球陆地表面的30%。高以及广泛的冰原,上升到2.4英里在地表之上。他们冷藏上方的空气,充当一个街垒盛行西风,被迫向南,穿过冰原。这使冰原,因为风的最有可能源的温暖融化。

气温下降了大约9°F作为全球平均水平,但是今天36度低于他们在格陵兰岛,就在西太平洋低5.4度。世界上除了冰盖变得干燥冷。沙漠覆盖美国中西部,法国和德国之间的大土地的欧洲和亚洲现代戈壁沙漠,在蒙古。再往南,撒哈拉沙漠扩大,亚洲季风在很大程度上消失,非洲和南美洲的热带雨林简约一些避难所被草原包围着。低一点,大约70000年前,甚至是草原大都是熄灭,留下大片的沙漠,风掀起了巨大的沙尘暴。人类靠打猎的平原和蹲在小领域中郁郁葱葱的植被坚持尽管寒冷干旱条件下。

从一开始就很明显,激烈必须引发了这一切。天文力量提出了整合到特定的早期,认为在太阳系的其他行星的引力,如木星,可能影响稳定的季节变化,这样导致冰川和冰盖生长。许多科学家玩这个想法。但是第一个主题的人详细的分析是苏格兰自耕农的儿子几乎没有正式的学习,而是一种对自我教育的热情和非凡的努力。詹姆斯Croll是一个害羞、合影被放大人也很有野心。他无意中发现了一个天文冰河时期的原因而阅读在图书馆;惊呆了,他1860年代和1870年代的大部分时间都在追求的想法。他把大量的工作,从保险推销员到学校看门人木匠,为了资助他的热情。

天文部队,他发现,有三个主要影响在地球上,所有的轻微改变太阳辐射的分布达到它。极地地区的影响是最大的,在那里他们可以改变太阳的数量高达10%。首先,他们改变地球每年绕太阳的形状。轨道不是圆形,而是有点椭圆,椭圆的形状变化根据引力轨道行星地球上其他的。这种“偏心”在地球轨道周期大约每100000年重演。

以及绕太阳公转一次每年,地球旋转,使革命每一天。但它的轴旋转并不是在一个直角它的轨道围绕太阳的方向。从太空看,地球似乎旋转略微倾斜。绕太阳的组合倾斜的地球的轴使我们的季节,因为这意味着在某些时刻的北半球和南半球看到太阳或多或少。但这种情况不是静态的。天文数字的力量也逐渐改变轴的倾斜。这种变化在地球的“倾向”导致的强度不同季节。它有一个4 1,000年的周期。

最后,还有进一步摆动轴围绕地球旋转,称为进动。这正是像摆动影响一个旋转的陀螺。它影响的时间当最远的从不同的半球或最近的太阳。它是复杂的关系与其他两个效应,但它在19000到23000年的循环重复。目前北半球夏季,南半球的冬天,地球离太阳最远的;10000年前,这是反过来的。

事实证明地球轨道的偏心率100000年围绕太阳驱动周期的冰河时代。与此同时,另外两个效果,尤其是旋进,似乎引发短暂的温暖的情节,强调每一个冰河时代。

Croll意识到,平均一年多,这些变化没有改变太阳辐射到地球上的数量。整体效果可能是小于0.2瓦特每10.8平方英尺。但是变化并改变,当太阳的地方。Croll详细计算这些如何影响数万年来起伏。和他建立了,无论如何自己的满意度,然后他们恰逢地质学家所发现的时机地球冰河时代的进步。

综上所述,改变轨道形状,行星倾斜,及旋转轴改变季节性的强度,使得夏季和冬季或多或少地激烈。这是引发冰盖在陆地上的生长在北半球,他说。冰盖将增长在北方冬天冷。这将是地球离太阳最远的时候,当改变倾斜确保收到最小的阳光。一旦冰原开始增长,他们会更多的太阳光反射回太空,加强冷却。Croll意识到,有少得多的空间冰原传播在南半球,因为他们局限于南极大陆。所以北半球主导事件,推动整个地球的热量平衡。但他建议,等反馈修改风和洋流,可以帮助推动世界进一步进入冰河时代。

事实上,Croll是错误的假设寒冷的冬天是至关重要的。后来的研究证明,冷夏天让世界更大的踢到冰河时代,通过提供小冬天积累的雪融化的机会。尽管如此,Croll的工作是一件激动人心的持续的令人信服的分析开辟了一个新的领域——就像阿伦尼乌斯后的检查二氧化碳浓度变化对气候的影响。raybet雷竞技最新

Croll的理论赢得了几枚奖牌。但是,低出生的,沉默寡言的性格,他从未与科学的沙龙。他们很快就厌倦了他和他的想法。Croll花了近十年的工作生活居民测量员和职员在苏格兰地质调查,在爱丁堡。最后,他必须做他的研究在他自己的时间。19世纪末,Croll和他的思想在很大程度上被遗忘。甚至阿伦尼乌斯,谁可能会理解他的工作的重要性,认为这是一个不受欢迎的与自己的想法,但事实上,因为它与反数据库互为补集。

今天,天文力量影响形成的冰表重新流行,可能会持续一段时间。证明它的价值终于在1970年代。英国地球物理学家尼克·沙克尔顿进行艰苦的同位素分析海底沉积物和在这个过程最后日期为冰川周期足够准确地表明他们与天文学事件。但即使已经重写教科书,Croll很大程度上失去了的故事。的轨道的变化他分析普遍称为米兰柯维奇摇摆,如此地Milutin米兰柯维奇从塞尔维亚,一个秃顶,戴数学家复活并阐述了Croll的思想在20世纪早期。

Croll和米兰柯维奇建立了大多数人的满意,轨道变化是冰河时代的起搏器,他们不以任何方式清理过程。怎么一个小改变太阳能加热得到的分布放大成一个全球冻结以来规模可能不是吗雪球地球解冻6亿年前?为什么,在一系列不同的波动,这是只有一个,重现期为100000年,有多少对全球气候的影响最大?raybet雷竞技最新摆动,此外,一个明显比其他人弱影响太阳辐射到地球上。看来,丹·施拉格的话说,一个哈佛大学的地球化学家,地球系统包含“强大的嵌入式放大器,可以使其高度敏感的营力相对较小。”Or, as Richard Alley would put it, we have a drunk on our hands. Identifying those amplifiers is important, not least because it should help answer how Earth's climate system might respond to our interference in its actions today.

Croll相信强劲增长冰本身的力量放大冷却,并有足够的证据支持的力量冰反射反馈。一旦雪开始积累在加拿大高地在哈德逊湾,冰盖往往增长自己的协议通过冷却周围的区域。吉姆·汉森计算,在去年冰川作用的高度,它吸收的热量减少了地球的表面被一些4瓦特/ 10.8平方英尺。有什么问题研究人员更正是有限。为什么,在达到他们最大程度大约21000年前,冰原开始撤退了吗?

给的力量冰反射反馈冰盖,还远不清楚为什么没有继续增长,直到他们已经覆盖了整个地球,创造了一个雪球地球回归。甚至改变摆动结束季节性的变化开始冰增长可能没有足够的。,它也不会解释极快崩溃的冰原年底最后一个冰期。他们尽快消失了十倍以上,已经到来。一些快速的反馈必须抓住。一个建议是冰原关闭的规模进一步发展并最终导致快速破坏。冰盖的主要理论是容易受到攻击的热量从地球的内部。被困在冰,它将成为越来越重要的表了。最终,理论上说,某个阈值,通过和冰盖融化的基地,创建一个巨大的大陆采用版本的汉森的“滑斜坡,大块的滑冰到海洋中。

第二个反馈,行星摆动转换成一个冰河时代是温室气体。任何人怀疑二氧化碳在气候变化中所扮演的角色应该看看图表大气温度和二氧化碳浓度的冰核来自格陵兰岛和raybet雷竞技最新南极冰盖。它们覆盖过去的50年里,一段时间内,包括几个冰期。在,这两个图表步调一致。随着二氧化碳含量的下降,温度,反之亦然。不确定导致,但它清楚地表明,他们正在从事一个非常亲密的舞蹈,二氧化碳必须放大温度变化即使它不启动。

随着温度的下降在每个冰川作用的开始,大约2200亿吨的碳离开大气层,返回在简短的间冰期之间。它的消失就足以直接减少地球的吸收太阳能约2瓦特/ 10.8平方英尺。但引发地球的碳循环,这个大转变和碳去了哪里?肯定没有在植被在陆地上,因为这是萎缩是世界上冷却。最明显的答案是海洋。今天有大约44万亿吨的二氧化碳溶解在大气中的oceans-fifty倍。所以小吸收碳的海洋对大气中可能有一个巨大的影响。

这些是如何发生的呢?物理会有所帮助。寒冷的水(只要不是冷冻)溶解二氧化碳比温暖的水。但大多数研究人员认为,必须有更多的动态反馈。从盖亚,生活是明显的力。一种想法是,初始冷却使海洋更具有生物生产力的。浮游生物,海洋的草地,像寒冷的温度。这就是为什么今天南极洲周围的南大洋效率最高的国家之一。随着浮游生物的成长,他们吸引了更多的二氧化碳从大气中。生物泵的加强可能已经被增强的沙尘暴,鼓励创造的更强的风和沙漠扩张,将分布式跨海洋矿物粉尘。 Even today, iron and other minerals are the limiting factor on the fecundity of much of the ocean food chain.

有其他的反馈在工作中推动地球进入冰河时代又将它拖回。甲烷可能是重要的。其大气浓度与温度同步显然一样固定二氧化碳。一个可能的解释是,干旱的冰河时代枯竭湿地和减少排放的甲烷。同样的,冷的气氛中会包含更少的水,连缀也将放大的冷却。

最后一个放大器可能是海洋环流系统,以其巨大的绕地球热量的能力。有很好的证据表明,在冰期循环系统会降低,并有可能关闭完全过去冰期最冷的时候。这是一个传奇的省气候辩论,raybet雷竞技最新的华利布勒克,我们将返回到下一章。

冰河时代的研究表明,至少在过去的几百万年中,自然气候系统不断回到两个条件之一。raybet雷竞技最新一个是冻结成冰的;另一个间冰期。前者有大气中含有大约4400亿吨的二氧化碳;后者有大气中含有约660吨。定期两种状态之间的行星震荡,反复和迅速。但它不会在任何中间状态。

证据,Berrien摩尔三世说,地球研究所的研究主任,海洋,和空间,在新罕布什尔大学,建议严格管理控制系统与公司停止。”的re must be negative feedbacks that push any small perturbation back to the previous position. But there must also be strong positive feedbacks. Once things go too far, and the system seems to cross a hidden threshold, those positive feedbacks kick it to the other稳定的状态。每一次,指导反馈似乎迅速移动大约2200亿吨的碳在大气和海洋之间。

这似乎是关于过去的故事二百万年直到现在。第一次在很长一段时间,系统被推这个范围之外。在过去的一个世纪左右的时间里,人类活动已经另一个2200亿吨的碳到大气中,除了高浓度的间冰期的状态。大气中现在包含碳的两倍一样在最后一个冰河时代,和第三个超过最近间冰期时期,包括最近的。我们每年多增加几十亿吨。这种额外的碳在大气中没有最近的自然循环的一部分。它主要来源于化石碳,沼泽和森林的遗骸,数千万年前。

这个添加碳向大气中可能是最大的原因地球系统科学家觉得有必要谈论人类世时代。我们在一个未知的领域。最大的问题是:这个巨大的喷射系统将如何应对?碳在哪里结束?似乎有三个可能性。首先,正如一些乐观主义者希望,系统可能部署负面反馈抑制的变化。也许一个加速海洋生物泵移除大气中的碳。这是可能的。但是海洋通常喜欢寒冷。还有没有这样的负面反馈踢的迹象,他们可能也没有任何明显的原因。 If anything, the biological pump has slowed in recent years.

第二个可能性是广泛接受的大多数气候模型和政府间气候变化专门委员会的科学共识。raybet雷竞技最新系统将继续正常运营,逐步积累碳和逐渐提高温度。不会有突然的阈值,启动气候系统进入一个新的状态。raybet雷竞技最新这是适度安慰,符合标准的计算机模型,但它是相反的经验在过去的二百万年里。

这引出了第三种可能。许多地球系统科学家认为气候建模同事尚未得到系统的测量。raybet雷竞技最新他们担心我们可能接近阈值超过这个强烈的正反馈,地球开始之间移动时一样冰川和间冰期时代。反馈可以翻转系统到一个新的,到目前的状态。最有可能会有更高的大气浓度的二氧化碳和甲烷多像早期地球上。这可能意味着一个时代的巨大的碳释放从土壤中,或大量的甲烷从海底放屁,或批发海洋环流系统的变化,或失控的融化冰盖。这是猜想。我们只是不知道。但抓住你的帽子:我们可以在崎岖不平。

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