冰河期也被稱為冰河期(新生代的第四代)、冰河期和冰河期。
目前地球上冰川面積為654.38+0497萬平方公裏,占陸地面積的654.38+00%。然而,在地球歷史上,冰川的面積曾經大很多倍,形成了冰河時代。有記錄的大冰期發生了三次,周期近3億年。第壹次發生在大約6億年前的元古代末期,稱為震旦系大冰期。這個大冰期的時間在世界各大陸略有不同,當時地球上的動物和植物仍然非常貧窮。第二次發生在大約3億年前的石炭紀至二疊紀。大冰期主要發生在岡瓦納大陸,其中南美洲和非洲發生和消退較早,印度和澳大利亞較晚。冰川退縮後,出現了大面積的舌蕨植物群。第三次大冰期是最著名的第四紀大冰期,對現在的影響也最大。
圖片毛犀牛是第四紀大冰期的代表物種。
在第四紀大冰期期間,冰川曾幾次擴張和消退,分別稱為冰川埃坡奇和間冰期埃坡奇。壹般認為地球處於間冰期,第四紀大冰期比前兩次都短,而且現在的氣候比歷史上很多時期都冷,所以第四紀大冰期應該還沒有結束。第四紀大冰期實際上並不局限於第四紀,而是早在第三紀就開始了。冰河期和間冰期的時間和次數在世界各地並不完全相同,每個冰河期的具體時間也存在爭議。南極洲的冰川比北半球的冰川出現得早得多,大冰原形成於2000多萬年前的中新世。國際上對冰期的劃分是以阿爾卑斯山為依據的。阿爾卑斯山的冰期曾被劃分為四個冰期:玉木冰期、裏斯冰期、明德冰期和貢齊冰期。後來,更古老的多瑙河冰期和比貝冰期被發現,最新的玉木冰期被研究得最為詳細。最後壹次冰河時代結束於大約壹萬年前。第四紀大冰期最盛時,冰川面積為471.4萬平方公裏,占陸地面積的32%。整個加拿大和北歐都被冰蓋覆蓋。冰川消退後,留下了大規模的湖泊,因此加拿大和芬蘭成為“千湖之國”。第四紀大冰期極大地改變了地球的面貌,但它並沒有導致大規模滅絕,物種可以撤退到少數幾個“避難所”中生存。東亞和美國東部都是“避難所”,保存了許多古老的物種,而歐洲的阿爾卑斯山阻礙了物種的南遷,因此歐洲的生物物種遠少於中國。第四紀末期,許多大型哺乳動物在地球上消失了。現在很多學者認為,它們的滅絕並不是冰河時期的結果,而可能是人類活動造成的。
冰川時代
冰川作用強烈的地質時期。也被稱為冰河時代。冰期有寬冰期和窄冰期之分,寬冰期又稱為大冰期,窄冰期是指比大冰期低壹級的冰期。大冰期是指地球上氣候寒冷,極地冰蓋增厚並廣泛分布,中低緯度地區有時發生強烈冰川作用的地質時期。在大冰期期間,較冷的氣候被稱為冰期,較暖的氣候被稱為間冰期。大冰期、冰期和間冰期都是根據氣候劃分的地質時間單位。大冰期的持續時間相當於或大於地質年齡單位的紀元,兩次大冰期的時間間隔可以是幾個紀元。據統計,有人認為大冰期的出現有654.38+0.5億年的周期。冰期和間冰期的持續時間相當於地質年代單位的持續時間。
在數十億年的地質歷史中,全球至少發生過三次大冰期,包括前寒武紀晚期大冰期、石炭紀-二疊紀大冰期和第四紀大冰期。在冰川壹直活躍的地區,留下的冰磧是冰川研究的主要對象。第四紀冰期的冰磧層保存最完整,分布最廣,研究最詳細。第四紀時,根據冰川覆蓋率的變化,可分為若幹冰期和間冰期,冰蓋面積分別約占陸地表面積的30%和10%。然而,在冰河時期,各大洲的冰川發育程度存在很大差異。例如,歐洲的冰蓋壹度達到北緯48°,而亞洲的冰蓋僅達到北緯60°。由於不同地區氣候變化的差異和不同的研究方法,不同地方對冰期的劃分是不同的。在1909期間,德國人A. Punk和E. bruckner研究了阿爾卑斯山第四紀冰川沈積,並劃分和命名了四個冰期和三個間冰期。隨後,世界各地被劃分為相應的冰期和間冰期,北半球第四紀冰期幾個地區的冰期劃分和比較見表。
表:北半球第四紀冰期對照表
關於大冰期的成因眾說紛紜,但許多研究人員認為這可能與太陽系在銀河系中的運行周期有關。有些人認為太陽在銀河系中心附近運行時光度最小,這使得行星變冷,並形成了地球上的大冰期。有人認為銀河系中的物質分布不均勻,當太陽經過星際物質密度高的區域時,減少了太陽的輻射能量,形成了地球上的大冰期。
【編輯】補充
“冰川是氣候的產物”,這是冰川學中的壹句流行語。那麽,氣候的產物是什麽?作者的說法是“氣候變化是地球系統變化在大氣中的反映”。冰凍圈是地球系統的壹部分,因此我們可以說“氣候的壹部分是冰川的產物”。當然,氣候的主體應該是地圈(包括地殼、地幔和地核)的產物,因為地圈占地球系統總質量的99.9%。冰川與氣候密切相關,同時也受到地圈變化的制約。我們甚至可以說“冰川和氣候都是地圈變化的產物”。地圈的變化受到宇宙因素的制約。經過長期研究,作者提出以下觀點:宇宙磁場與地核磁流體之間的電磁耦合可能是地球表面系統變化的根本原因,也是冰川和氣候變化的根本原因。
1,大冰期與銀的地磁耦合
在地球46億年的歷史中,普遍認為發生過七次大冰期,許多學者對其成因提出了許多假說,但都沒有說服力。最近,作者提出,當銀河系旋臂的磁極與地球磁極方向相同,並且相互作用時間超過40Ma時,就會發生大冰期。
地磁極性的逆轉有3億年的漫長周期。壹個銀河年的長度從20億年前的4億年逐漸縮短,最後壹個銀河年的長度只有2億年左右。現在太陽系正穿過銀河系的壹條旋臂,其磁極方向為正(與現代地磁極相同)。在圖1上標出銀河系的兩個旋臂(磁極剛好相反)穿過地球的時間和地磁場逆轉的時間。可以看出,當銀河系的旋臂與地磁極性方向相同,並且相同的符號時間保持在40Ma以上時。它在過去的40億年裏出現了8次(表1)。其中,後7次正好對應7次大冰期。
表1銀地(磁)耦合C型與大冰期出現時間的比較(單位:億年)
眾所周知,大冰期總是伴隨著造山運動,這有其必然性。因為地形平坦時,大氣熱機效率很低,使得行星風系統很弱,兩極溫差很小,不會形成大冰期;只有當地形因造山運動而變得不平坦時,大氣熱機的效率才會大大提高,行星風系統才會大大增強,兩極地區才會大大降溫,從而形成大冰期。第四紀大冰期與青藏高原的隆升密切相關。造山運動的構造升力來自地核環流轉變為“強對流型”,而銀河旋臂與地磁極同向且相互作用時間大於40Ma,是地核環流被激發為“強對流型”的必要條件。
465438之前+0.2 39.7 38.2 36.7 35.2 33.7 32.2 30.7 29。7 26。2 24。7 23。2 21。7 20。2 100毫安
20.2 18.7 17.2 15.7 14.2 12.7 1.29。7 8。26。7 5。2 3。7 2。2 0 100Ma以前。
青藏高原的隆起和第四紀大冰期的形成是說明上述觀點的典型例子。44.57MaBP,地球磁極開始轉正,它開始與銀河系的正旋臂相互作用,這使核心環流從準陸地轉變為強對流,青藏高原開始上升。以地磁極性反轉為負極,高原隆升停止,變成了水平運動。這樣,在第四紀大冰期開始出現之前,青藏高原在45Ma內多次以2.5MaBP的速度擡升到約2000米的高度,高原季風發生了巨大變化。
2.冰期與地磁強度變化
冰期和間冰期的周期為105a,比大冰期短三個數量級。總的來說是米氏循環的結果,但有很多問題是米氏理論無法解釋的。例如,青藏高原在近73萬年來被公認為有三次冰期,即末次冰期(1 ~ 7萬年前)和倒數第二次冰期(65433)。事實上,地球軌道三要素的組合可以改變極地地區20% ~ 30%的太陽輻射,但中緯度地區的變化不到5%。因此,筆者認為青藏高原冰期的成因應該單獨解釋。地磁場的變化可能是壹個更合理的解釋。“三個冰期”是青藏高原冰凍高度上升時不可避免的“最大冰期”。根據庫克拉(1987)給出的西峰磁化率曲線,1 ~ 7萬年前和22 ~ 35萬年前是兩個低磁化率時期,與最後壹個冰期和倒數第二個冰期基本吻合。而80 ~ 13萬年和48 ~ 55萬年是磁化率高值期,與間冰期基本吻合。從王素敏等人給出的若爾蓋剖面結果(1996)可以看出,在2萬年至5萬年之間有4次極漂(polar drifts),在16年至26萬年之間有5次極漂,在5萬年至16萬年之間只有1次極漂。當極地漂移事件很少發生時,它對應於間冰期。這也說明地磁場弱時容易發生冰期,地磁場強時容易發生間冰期。這個結論似乎與上壹節的結論相矛盾,其實不然。大冰期的直接原因是地形擡升,這需要強磁場和長時間的相互作用。對於冰期來說,即使是小冰期和冰川波動,由於時間尺度較短,地形的海拔高度不再是主要矛盾。它需要較少的地熱釋放,有利於降溫,在地磁場較弱時更容易滿足這壹條件。
3.小冰期與太陽磁場的變化。
在15、17和19世紀,歐亞大陸發生了三次明顯的冰侵,被冰川學家稱為“小冰期”,其時間尺度為102a,比冰期縮短了三個數量級。這三次冰期海侵基本對應三次太陽黑子極小期(19世紀的極小期),其中17世紀的蒙德極小期是2000多年來太陽黑子最少的時期。太陽黑子少意味著太陽磁場弱,它與地磁場的耦合也會減弱,導致冰期提前。小冰期是地球歷史上著名的災害期(即所謂的“明清災害頻發期”),另壹個“漢代災害頻發期”也出現在太陽黑子極小期。地震和幹旱的惡魔壹直在中國的土地上肆虐。根據冰芯記錄,高山冰川地區的“小冰期”是壹個氣溫較低、降水稍多的時期,與山外平原地區同時期的低溫幹旱期不同。這種差異似乎是大氣中地形熱環流調整的結果。
4.冰川波動和氣候變化
冰川波動壹般包括冰川舌的進退(其特征時間為101a)、冰川物質平衡、零平衡線高度變化(其特征時間為100a)等,與短期氣候變化密切相關。近40年來,地球科學數據種類繁多,可以詳細討論。壹些氣候學家認為,在此期間有兩次氣候突變,壹次發生在20世紀60年代中期,另壹次發生在20世紀80年代初。換句話說,40多年的氣候可以分為三個時期。下文將20世紀60年代中期至70年代末簡稱為70年代,重點討論這壹時期的冰川和氣候波動及其可能的原因。
20世紀70年代是北半球的低溫期(南半球的高溫期),也是中國大部分地區低溫少雨的時期,青藏高原的積雪面積也變小了。但由於地形熱環流的調整,這壹時期高海拔地區的降水量略有增加,因此前進冰川的比例大大增加。這與“小冰河期”的情況頗為相似。
20世紀70年代是地球自轉緩慢的時期、太陽黑子相對較少的時期和中國大陸地震頻繁的時期。這些特征與“小冰期”相似。它們之間有什麽共同的地球物理過程嗎?這是壹個值得地球科學家研究的問題。
5.冰川和氣候變化的壹種可能機制。
地球和宇宙之間不僅存在引力相互作用,還存在熱和磁相互作用。眾所周知,“熱”首先作用於地球表面。“磁力”應該首先作用於地球的外核,因為外核是磁流體。當太陽系(或銀河系)的磁場與地球磁場同向時,如果磁場加強,核心流體中的對流活動就會增強;相反,它會削弱核心的對流活動。地核環流通過核幔邊界影響地幔對流的方式應該是多種多樣的,太平洋海底地核對流與整個地幔對流之間的耦合應該是其中之壹。有跡象表明,太平洋的地幔對流可能是世界上最強的對流之壹。
當太陽系的磁場減弱時(如太陽黑子減少),地核中的對流因電磁相互作用而減弱,因此從地核上傳的熱量減少,這可能是小冰期和20世紀70年代氣溫下降的基本原因。另壹方面,由於地核對流的減弱,太平洋海底地核的“異常”環流成為下沈流,通過粘性驅動地核-地幔邊界層向西移動,這是地球自轉變慢、西太平洋和東亞大陸地震活動增加的原因。此時,東亞大陸的地幔是壹種“異常”沈降,這是亞歐地區氣溫和地溫下降、降水減少的根本原因。此時大陸上空出現了大規模的“異常”下降氣流,使雲量減少,有利於地形熱環流增強,導致高海拔地區降水不減甚至略有增加,從而使冰川活動向前推進。這是作者對“小冰期”和20世紀70年代冰川相對進展的解釋。這種想法是否正確還得經過實踐的檢驗。有壹點可以肯定,實際情況遠比上述假設復雜。宇宙磁場不僅會影響太平洋海底的地核流場,還會在全球範圍內影響地核三圈環流和跨越赤道環流的地核流場,使地球表層呈現復雜的變化。