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冰河時期

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一望無際的南極冰蓋

冰河時期英語:Ice Age),又稱「冰川期」或「冰河期」,是指地球大氣和地表長期低溫導致極地和山地冰蓋大幅擴展甚至覆蓋整個大陸的時期。相鄰的冰河時期之間的氣候比較溫暖的時期,稱為「大間冰期」。冰河時期內部又分為若干次冰期glacial periodglacialsglaciations)與間冰期interglacials)。

冰川學的角度,南北半球出現大範圍冰蓋的時期即可視作冰河時期。[1]鑒於格陵蘭和南北極大範圍冰蓋的存在,當今的地球仍處在始於260萬年前更新世第四紀冰河時期的一次間冰期中,且尚無跡象表明地球正在走出這次冰河時期。[2]

冰期理論的起源[編輯]

1742年,日內瓦工程師和地理學家皮埃爾·馬泰爾(Pierre Martel)在阿爾卑斯山地區的夏慕尼遊覽。[3][4]馬泰爾在行記中記載,當地居民認為漂礫的產生是因為冰川曾經擴張得很遠。[5][6]在阿爾卑斯的其他地區也有類似說法。

當時歐洲其他國家的學者也在思考漂礫的成因。瑞典礦業專家Daniel Tilas於1742年最早提出斯堪的納維亞波羅的海一帶出現的漂礫是海冰作用的結果。1795年,蘇格蘭哲學家、博物學家詹姆斯·赫頓(James Hutton)認為阿爾卑斯山漂礫的形成是冰川的作用。1818年,瑞典植物學家瓦倫貝格(Göran Wahlenberg)提出了斯堪的納維亞半島冰川化的理論,並認為冰川化只是局部現象。幾年後,丹麥地質學家埃斯馬爾克(Jens Esmark)則提出全球性的多次冰期理論,其形成是地球氣候變化的結果,且與地球軌道的改變有關。

冰河時期的成因[編輯]

因為冰河時期包括冰期和較小的間冰期,還有兩者夾雜在一起的周期,因此冰河時期的成因仍然有許多的爭議。但幾個重要的因素已經有所共識:

這些因素有些會互相影響,例如,地球大氣組成的變化(特別是溫室氣體的濃度)可能會影響到氣候變化,而氣候變化也會改變大氣組成(例如風化作用會改變二氧化碳的濃度)

大氣成分變化[編輯]

大氣中溫室氣體的比例變化對地球氣候的影響最大。如「雪球地球」理論認為,元古宙末期嚴重的冰河時期由於大氣中二氧化碳的積聚而結束。

板塊運動[編輯]

大陸板塊的運動從時間尺度上與歷次冰河時期匹配得較好。比較明確的幾種可以減少或阻礙赤道海域暖水流向極區的大陸板塊的分布:

印度-澳洲板塊從7000萬年前開始與亞歐板塊碰撞擠壓,在消滅了特提斯海後,板塊碰撞在4000萬年前導致了青藏高原地區的上升。大約240萬平方公里土地上升到雪線以上,冰雪地貌對太陽輻射的反射率比裸露地表要高70%。而且青藏高原處於中低緯度,單位面積反射的日照強度是高緯度極區冰蓋的4-5倍。而且青藏隆起導致大氣環流改變,中國副熱帶高壓區的降水增多,降低了大氣中二氧化碳含量。北美洲的科羅拉多高原的隆起具有類似效果。因而從1990年代起,很多研究指出第四紀變冷(Cenozoic Cooling)與這種上升構造運動有直接關係。[7]

巴拿馬地峽約在300萬年前形成,這是人類從猿進化600萬年以來地球上最重要的地質事件。巴拿馬地峽的形成切斷了大西洋與太平洋的熱帶海水交換,可能啟動了第四紀冰河時期。

太陽輸出能量的變動[編輯]

太陽能量輸出的變化至少有兩種類型:

  • 很長時間的:天文物理學家認為太陽輸出的能量每10億年會增加10%。每10億年增加10%的能量輸出,足以造成地球上溫室效應的失控- 溫度的上升會使水蒸氣的量增加,而水蒸氣是溫室氣體(比二氧化碳更強的溫室氣體),這會造成一種惡性循環[來源請求]
  • 短期變化:有些可能會造成能量的捕獲。由於太陽很巨大,計有的不平衡和負回饋的過程和影響需要很長的時間,所以這些過程會回饋過度又造成不平衡...等等。("長時間"在這兒指的是數千年至百萬年的時間[來源請求]。)太陽黑子的周期,如蒙德極小期(Maunder minimum),與16世紀持續到19世紀的小冰期符合得很好。

太陽能量的長期增長不是造成冰河期的原因。

最著名的短期變化是太陽黑子周期,特別是蒙德極小期,它與小冰期最冷的部分時間相關聯。如同米蘭科維奇循環一樣,以太陽黑子的效應來解釋冰河期的開始和結束會太微弱和太頻繁了,但是很有可能有助於解釋其中的一些溫度變化。

歷次冰河時期[編輯]

顯生宙以來氧同位素顯示的歷次大時期,其中亮藍色柱狀表示侏羅紀-白堊紀可能由於當時大陸的分布而未發生的一次冰河時期

地球形成以來冰河時期至少出現過5次。[8]冰河時期中,溫度下降,改變了地球表面的植物相生物的生存環境,許多生物因此面臨滅亡或被迫遷移,只有能夠適應環境的物種,才能倖存下來。

新太古代冰河時期[編輯]

新太古代冰河時期,又稱休倫冰河時期(Huronian),出現於24億年前到21億年前。由於主要冰蓋遺蹟證據在休倫湖北岸被發現而命名。這可能是地球上最嚴重最漫長的寒冷期。其成因可能是大氧化事件,大氣層中急劇增加的氧氣破壞了原始大氣中的主要溫室氣體甲烷所致。

前寒武紀冰河時期[編輯]

前寒武紀冰河時期,又稱成冰紀冰河時期(Cryogenian),出現於新元古代成冰紀,從8.5億年前到6.3億年前。這是十億年來地球最嚴重的寒冷期,極地冰蓋擴展到赤道;甚至形成了雪球地球,海洋也完全凍結。火山噴發的二氧化碳因地球生物不能光合作用而逐步累積,最終形成的溫室效應使得地球走出冰封。隨後是埃迪卡拉生物群標誌著多細胞生物的出現,以及寒武紀生命大爆發,各種生物的基本都出現了。

早古生代冰河時期[編輯]

早古生代冰河時期,又稱安第斯-撒哈拉冰河時期(Andean-Saharan),時間跨度較小,出現於古生代晚奧陶紀志留紀,從4.6億年前到4.3億年前。

晚古生代冰河時期[編輯]

6500萬年來氧同位素記錄的氣候變化,可見3400萬年前南極冰蓋開始形成,2500萬年前南極冰蓋大部溶化,1300萬年前南極冰蓋重新形成。現在的平均溫度比始新世氣候最適宜(Eocene Climatic Optimum)時期要低10度以上

晚古生代冰河時期,又稱卡魯冰河時期(Karoo Ice Age),出現於古生代末期的石炭紀二疊紀,從3.6億年前到2.6億年前。因南非卡魯地區發現的冰蓋證據而命名。可能的原因是在此前的泥盆紀陸生植物大量繁育,導致地球大氣中氧含量的增加、二氧化碳的大幅減少所致。

第四紀冰河時期[編輯]

第四紀冰河時期(Quaternary glaciation),或稱作更新世冰河時期(Pleistocene glaciation),當前冰河時期(current ice age),或直接叫做冰河時期(the ice age),開始於258萬年前的上新世晚期,延續至今。此次冰河時期中,地球處於冰期間冰期交替出現的旋迴。目前,地球上的大陸冰蓋僅存在於南極洲、格陵蘭、巴芬島等處。

冰期與間冰期[編輯]

65萬年來南極洲的冰蕊所記錄的大氣二氧化碳濃度而劃分的冰期/間冰期週期

距離現代較近的第四紀冰河時期的間冰期約為4萬年,以後縮短為1萬年。上一次冰期是約1萬年前.[9]

名稱 間冰期/冰期 年代(年) MIS
間冰期 1萬2千年前至今 MIS1 全新世
沃姆冰期
Würm
冰期 11萬年前至1萬2千年前 MIS2-4
& 5a-d
更新世
里斯-沃姆間冰期
Riss-Würm
間冰期 13萬年前至11萬年前 MIS5e
里斯冰期
Riss
冰期 20萬年前至13萬年前 MIS6
民德-里斯間冰期
Mindel-Riss
間冰期(s) 30/38萬年前至20萬年前 MIS7
民德冰期
Mindel
冰期(s) 45萬5千年前至30/38萬年前  
古薩-民德間冰期
Günz-Mindel
間冰期(s) 62萬年前至45萬5千年前  
古薩冰期
Günz
冰期 68萬年前至62萬年前  
Waalian 間冰期 54萬年前至47萬年前  
多瑙第二冰期
Donau II
冰期 55萬年前至54萬年前  
Tiglian 間冰期 58萬5千年前至55萬年前  
多瑙第一冰期
Donau I
冰期 60萬年前至58萬5千年前  
Pastonian interglacial 間冰期 80萬年前至60萬年前 MIS63
Pre-Pastonian glaciation 冰期 130萬年前至80萬年前  
Bramertonian Interglacial 間冰期 155萬年前至130萬年前  

參考[編輯]

  1. ^ Imbrie, J.; Imbrie, K.P. Ice ages: solving the mystery. Short Hills NJ: Enslow Publishers. 1979. ISBN 978-0-89490-015-0. 
  2. ^ Gribbin, J.R. Future Weather: Carbon Dioxide, Climate and the Greenhouse Effect. Penguin. 1982. ISBN 0140224599. 
  3. ^ Rémis, F.; Testus, L.; Testut. Mais comment s'écoule donc un glacier ? Aperçu historique (PDF). C. R. Geoscience. 2006, 338 (5): 368–385. Bibcode:2006CRGeo.338..368R. doi:10.1016/j.crte.2006.02.004 (French).  Note: p. 374
  4. ^ Montgomery 2010
  5. ^ Martel, Pierre. Appendix: Martel, P. (1744) An account of the glacieres or ice alps in Savoy, in two letters, one from an English gentleman to his friend at Geneva ; the other from Pierre Martel , engineer, to the said English gentleman. (編) Mathews, C.E. The annals of Mont Blanc. London: Unwin. 1898: 327.  See (Montgomery 2010) for a full bibliography
  6. ^ Krüger, Tobias. Discovering the Ice Ages. International Reception and Consequences for a Historical Understanding of Climate (German edition: Basel 2008). Leiden. 2013: 47. ISBN 978-90-04-24169-5. 
  7. ^ William W. Hay, Emanuel Soeding, Robert M. DeConto and Christopher N. Wold: The Late Cenozoic uplift – climate change paradox, Int J Earth Sci (Geol Rundsch) (2002) 91:746–774
  8. ^ 張立英,地球歷史上的五次冰河時期,《地球》,1991年6期
  9. ^ Gibbard, P. and van Kolfschoten, T.(2004)"The Pleistocene and Holocene Epochs" Chapter 22 In Gradstein, F. M., Ogg, James G., and Smith, A. Gilbert(eds.), A Geologic Time Scale 2004 Cambridge University Press, Cambridge, ISBN 978-0-521-78142-8

參見[編輯]

外部連結[編輯]