全球变暖 几万年前年前的冰期,为什么会突然结束,是什么原因导致的?
冰河末期地球大解冰
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两万年前,地球还是一片冰天雪地。是什么原因导致覆盖整个地球的冰雪融化?科学家致力于寻找冰河末期地球大解冻谜题的答案。
地球大解冻之谜
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从纽约城的冰川壶穴到海下森林,在我们周围到处都留下了冰川主宰世界时代的遗迹。地球最后的大冰期(第四纪冰期)大约开始于12万年前,一个厚度超过3千米的巨大冰盖在这段时期内渐渐形成,最后覆盖了几乎整个加拿大,并一直延伸到曼哈顿。在地球的另一边,冰盖则覆盖了西伯利亚、北欧和英国的大部分地区,一直到接近如今伦敦所在的地方。地球其他地方也形成了许多规模较小的冰原和冰川,而且随着地球气候变得越来越干燥,大片地区变成冻土地带,沙漠也在不断扩张。
陆地上积起了厚厚的冰层,海平面比现在低约120米。如今英国和爱尔兰所在的地方,当时是欧洲大陆的一部分;美国佛罗里达州有现在的两倍大,如今的佛罗里达州西部港市坦帕那时还离海岸很远;澳大利亚、塔斯马尼亚和新几内亚岛那时都是一片被称为古莎湖的陆地的一部分。当时的地球面貌与如今迥然不同。
到两万年前,地球上规模巨大的解冻时代开始了。在接下来的一万年里,地球平均温度上升了3.5℃,地球上的大部分冰雪渐渐融化,上升的海平面吞没了一些低洼地区,如英吉利海峡和北海(今天俄罗斯的贝加尔湖),迫使人类祖先放弃了之前的许多定居点。那么,是什么原因促使地球发生了如此巨变?地球大解冻时代又是如何开始的?
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揭开谜底
科学家早就知道,在冰河末期,随着地球北半球夏日阳光的增强,地球上的冰雪开始融化。但接下来发生的事情却让他们迷惑不解。例如,在地球开始解冻之后不久,南半球变得温暖起来,北半球却变得更冷,与阳光增强的预期效果正好相反。这个看似矛盾的发现给人们带来了极大的困惑。如今,科学家经过将近两个世纪的研究探索,终于解开了冰河时代末期地球大解冻之谜。
这个解惑过程始于19世纪30年代,当时路易斯·阿加西斯发现了受冰川影响而形成的一些地质特征,比如冰河在岩床上留下的痕迹,又如在距离如今的冰川很远的地方发现的显然是从其他地方被搬运去的奇特岩石。此后不久,从加拿大到智利,世界各地都有类似的发现。显然,冰河期与间冰期曾交替出现,地球周而复始地经历了一系列的冰河时代。
是什么原因导致冰河时代开始?又是什么原因导致冰河时代结束?1864年,詹姆斯·克罗尔提出,由于地球轨道的改变,导致照射到地球表面不同部分的阳光发生了变化。他还提出,各种反馈机制将轨道效应放大。例如,冰雪融化导致地球反射热量发生变化,海洋洋流变化导致地球气温发生变化,等等。
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尽管克罗尔在许多细节问题的推断上有错误,但他的研究大方向却是正确的。早在20世纪,塞尔维亚天文学家米卢丁·米兰科维奇在对过去60万年里的太阳辐射量的变化情况进行精心计算后,提出了著名的“米兰科维奇周期”,指出北半球夏季的太阳辐射变化是导致地球第四纪冰期气候巨变的一个关键因素。米兰科维奇的理论在当时未被人们接受,但20世纪70年代对海洋沉积物的研究表明,冰河的前进与倒退确与“米兰科维奇周期”相吻合。
不过,还有许多谜题依然未解。首先,太阳辐射的变化很微小,即使地球冰雪融化导致更多太阳热量被地球表面吸收,太阳辐射的影响得以放大,仍然难以促成如此全球规模的巨大变化。更重要的是,当北半球的夏季太阳辐射增加时,南半球的太阳辐射却在相应减少。因此克罗尔认为冰河时代在两个半球应该是交替出现的:北半球冻结,南半球解冻,反之亦然。但问题是:整个地球几乎同时解冻。这是为什么?
这些谜题的答案在上世纪80年代似乎开始浮出水面。南极冰芯钻探科学探险揭露了一个惊人的事实:地球大气二氧化碳水半的变化与地球温度变化密切相关。研究发现,在过去的几百万年里,地球经历了一系列的冰河时代,其间地球大气二氧化碳水平的变化与地球温度的上升与下降近乎完美地同步发生。科学家说:“这是我们所知道的大自然中最奇妙的相互关系。”
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