Ледниково-межледниковые циклы

Сравнение летнего ледяного покрова 18 000 лет назад и современности.
Обратите внимание, что чем больше воды заключено во льду, тем больше суши подвергается воздействию из-за более низкого уровня моря.

Большие континентальные ледяные щиты в Северном полушарии в прошлом многократно увеличивались и отступали. Мы называем времена с большими ледниковыми покровами «ледниковыми периодами» (или ледниковыми периодами), а времена без больших ледниковых покровов — «межледниковыми периодами». Самый последний ледниковый период произошел между 120 000 и 11 500 лет назад. С тех пор Земля находится в межледниковом периоде, называемом голоценом. Ледниковые периоды более холодные, более пыльные и, как правило, более сухие, чем межледниковые. Эти ледниково-межледниковые циклы очевидны во многих морских и наземных палеоклиматических записях со всего мира.

Что вызывает ледниково-межледниковые циклы?
Изменения орбиты Земли во времени изменили количество солнечной радиации, которую Земля получает в каждый сезон. Межледниковые периоды, как правило, происходят во время более интенсивной летней солнечной радиации в Северном полушарии. Эти ледниково-межледниковые циклы увеличивались и уменьшались на протяжении четвертичного периода (последние 2,6 миллиона лет). Начиная со среднего четвертичного периода, периодичность ледниково-межледниковых циклов составляла около 100 000 лет (Lisiecki and Raymo 2005). Во временных рядах солнечного излучения циклы такой длины (известные как «эксцентриситет») присутствуют, но они слабее, чем циклы продолжительностью около 23 000 лет (которые называются «прецессией равноденствий»).

Солнечная радиация плавно изменяется во времени (вверху, оранжевая линия) с сильной цикличностью ~ 23 000 лет, как видно из этого временного ряда июльского прихода солнечной радиации на 65 ° северной широты (Бергер и Лутр, 1991). Напротив, ледниково-межледниковые циклы длятся ~ 100000 лет (средняя черная линия) и состоят из ступенчатых похолоданий, за которыми следуют быстрые потепления, как видно из этого временного ряда, полученного по изотопам водорода в ледяном керне Купола Фудзи из Антарктиды (Kawamura et al. 2007 г.). Уровень CO2 в атмосфере, измеренный по пузырькам во льду Купола Фудзи (нижняя синяя линия), показывает ту же картину, что и температурный временной ряд (Kawamura et al. 2007). Желтые столбцы указывают на межледниковые периоды.

Межледниковые периоды, как правило, происходят в периоды пиковой солнечной радиации летом в Северном полушарии. Однако полное межледниковье происходит только примерно на каждом пятом пике цикла прецессии. Полное объяснение этого наблюдения все еще является активной областью исследований. Нелинейные процессы, такие как положительные обратные связи в климатической системе, также могут быть очень важны при определении того, когда наступают ледниковые и межледниковые периоды.

Другой интересный факт заключается в том, что колебания температуры в Антарктиде совпадают с изменениями солнечной радиации в высоких северных широтах. Изменения солнечной радиации в высоких южных широтах около Антарктиды на самом деле не совпадают с изменениями температуры, так что самый холодный период во время последнего ледникового периода пришелся примерно на то время, когда в регионе наблюдался пик местного солнечного света. Это означает, что рост ледяных щитов в Северном полушарии оказывает важное влияние на климат во всем мире.

Почему ледниковые периоды внезапно заканчиваются?
Обратите внимание на асимметричную форму записи температуры в Антарктике (черная линия), причем резкие потепления, показанные желтым цветом, предшествуют более постепенному похолоданию (Кавамура и др., 2007; Джузел и др., 2007). Потепление в конце ледниковых периодов имеет тенденцию происходить более резко, чем увеличение солнечной инсоляции. За это отвечает несколько положительных отзывов. Один из них — это обратная связь между ледовым альбедо. Вторая обратная связь связана с атмосферным CO2. Прямые измерения прошлого СО2, захваченного в пузырьках ледяных кернов, показывают, что количество атмосферного СО2 уменьшалось во время ледниковых периодов (Кавамура и др., 2007; Зигенталер и др., 2005; Берейтер и др., 2015), отчасти потому, что глубоководный океан накапливал больше СО2. из-за изменений либо в перемешивании океана, либо в биологической активности. Более низкие уровни CO2 ослабили парниковый эффект атмосферы и помогли поддерживать более низкие температуры. Потепление в конце ледниковых периодов высвободило CO2 из океана, что усилило парниковый эффект атмосферы и способствовало дальнейшему потеплению.

Некоторые важные наборы данных, относящиеся к ледниковым / межледниковым циклам:
Бергер и Лутр (1991) рассчитали приходящую солнечную радиацию за последние 5 миллионов лет.
Пельтье (1994), топография ледникового покрова с момента последнего ледникового максимума.
Lisiecki и Raymo (2005), записи бентоса δ18O используются в качестве прокси для глобального объема льда.
Siegenthaler et al. (2005), углекислый газ из ледяного керна EPICA Dome C в Антарктиде.
Jouzel et al. (2007), стабильные изотопы из ледяного керна EPICA Dome C в Антарктиде.
Кавамура и др. (2007), стабильные изотопы и следовые газы из ледяного керна Купола Фудзи
Bereiter et al. (2015), углекислый газ из ледяного керна EPICA Dome C в Антарктиде.