De kvaternære glaciale , også kaldet Plio-kvaternære freezings er rækkefølge på mindst 17 iskold perioder (periode, der oprindeligt i området fra 50 000 år og fra 1,2 Ma , med en periodicitet tæt med 100 000 år) forekommer regelmæssigt i 2,58 millioner år (i Kvartær -system , sidste periode af Cenozoic æra ), og adskilt af mellemistider (varighed på mellem 10 og 20.000 år). Denne periode er en del af en global klimakøling, der har været i gang i mere end 50 Ma og udgør den koldeste periode. Istider er kendetegnet ved udviklingen af is ark på kontinenterne, er virkningen af hvilket i høj grad har bidraget til at forme nutidens landskaber gennem glacial erosion . Disse vekslinger resulterede i udryddelsescyklusser efterfulgt af rekolonisering af miljøer, der associeret med genetisk drift dybt strukturerede den genetiske mangfoldighed i hver zone under successive glaciale episoder.
Dannelsesfasen af den arktiske indlandsis begyndte for omkring 2,7 millioner år siden. Det blev efterfulgt af en langsom proces med global afkøling, hvis begyndelse allerede findes i slutningen af eocænen . For 4,6 millioner år siden begyndte Panama- landskabet at lukke og forårsagede forstyrrelse af havstrømmene , hvilket blandt andet resulterede i øget luftfugtighed i Arktis og endelig frysning af den nordlige halvkugle.
Den nuværende istid er præget af korte opvarmningsperioder. Kolde episoder (glaciations) er kendetegnet ved en massiv udvidelse af gletsjere . Med en gennemsnitlig varighed på 90.000 år dominerer de stort set interglaciale episoder (kun 15.000 år). Disse mellemstationer er generelt hurtige til at etablere sig, mens isdækningerne er meget progressive. Således klimaændringer er sjældent afbalanceret: hurtig opvarmning efterfulgt af langsom og vedvarende køling.
Den komplette cyklus fra den ene glasur til den næste varer i de seneste perioder lidt over 100.000 år; men dette skøn er kun gyldigt i de sidste 600.000 til 800.000 år. Fra 2,7 millioner år op til omkring 700.000 år BP var den gennemsnitlige længde af en cyklus kun 40.000 år. Vi skal forholde os til dette med næsten lige så lange perioder med ændring i ekliptikens hældning (hældning af jordaksen ). Den nuværende 100.000-års cyklus er hovedsageligt relateret til variationer i excentricitet af Jordens bane. Der er i øjeblikket ingen tilfredsstillende fortolkning af denne ændring i cykluslængde.
Den nuværende interglaciale udpeget på geologisk tidsskala som serien af Holocene har allerede varet 11.000 år. Imidlertid præsenterer disse episoder, varmere end episoderne med istid, et relativt køligt klima på en geologisk tidsskala: snedækket omkring polerne og på toppen af bjergene ( evig sne ) forbliver permanent. Gletscherne kan imidlertid ikke opretholdes på mellembreddegraderne, og det tempererede klima i dag etableres der, med især milde vintre.
Vi leder nu efter årsagerne til den generelle afkøling af planeten siden Eocen i selve geologien, idet de mindre klimatiske svingninger desuden let kan forklares ved de periodiske variationer af excentriciteten af jordens bane eller solcellens aktivitetscyklusser.
Forskning i årsagerne til glacieringscyklussen er stadig en af de grundlæggende grene af paleoklimatologi i dag . Det er tæt knyttet til navnene på James Croll og Milutin Milanković , som begge stod på hypotesen om franskmanden Joseph-Alphonse Adhémar , ifølge hvilken ændringer i geometrien af jordens bane ville være ansvarlige for periodiske istid.
Variationerne af jordens bane er en konsekvens af udviklingen af fordelingen af tyngdekraftsinteraktioner inden for Sun-Earth-Moon-systemet . De ændrer den elliptiske form af Jordens bane ( Excentricitet ) omkring Solen over en periode på cirka 100.000 år samt en svingning af Jordens egen rotationsakse (hældning af Ecliptic ) over en periode på cirka 100.000 år. 40.000 år, mens jævndøgnets akse tager den samme position på den elliptiske bane næsten hvert 25.780 år ( præcession ). Disse " Milanković-cyklusser " forårsager periodiske ændringer i fordelingen af solstrøm på jordens overflade.
Inspireret af ideerne fra den tyske meteorolog Vladimir P. Köppen , formulerede Milutin Milanković i 1941 ( Der Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitproblem ) hypotesen, ifølge hvilken gletscher opstår, når solstråling modtages i høje breddegrader på den nordlige halvkugle et minimum. Ifølge Köppen tæller sommerens kølighed faktisk mere end vinterens kulde i dannelsen af gletschere. Milanković søgte derfor årsagen til istid i regionerne med de sejeste somre, nemlig de høje breddegrader på den nordlige halvkugle.
For nogle kan variationer i parametrene for jordens bane (Milankovitch-cyklusser) have været en udløsende faktor, der bidrager til fænomenet, men deres handling blev bestemt forstærket af forskellige faktorer. Således er tektoniske processer og deres indvirkning på havstrømme fremsat som en af årsagerne til starten på frysningen af Antarktis og den nordlige halvkugle. Derudover ville CO 2 -indholdet i atmosfæren, som er kombineret med de termiske svingninger på kloden, have spillet en aktiv rolle, som det fremgår af forskellige undersøgelser udført på de 800.000 år gamle iskerner taget fra Antarktis og De Forenede Stater Grønland. På denne måde forklarer faldet i koncentrationen af drivhusgasser i atmosfæren, såsom kuldioxid (såvel som metan og dinitrogenoxid ) omkring en tredjedel af temperaturfaldet, der førte til isdannelser, og endda halvdelen ifølge en nylig undersøgelse. Andre positive feedbackprocesser , såsom forstærkning af albedo ved iskapper eller forsvinden af plantedækslet, såvel som variationen i atmosfærisk fugtighed har opretholdt fænomenet. Den såkaldte “stadial” (kortvarig afkøling i en interglacial tidsalder) og “interstadial” variationer forklares ved koblingen med den termohalinske cirkulation .
Der var to dusin klimatiske svingninger i den sidste istid , hvor temperaturen i det nordlige Atlanterhav steg til 12 ° C i kun et årti. Disse “ Dansgaard-Oeschger-begivenheder ” ser ud til at forekomme hvert 1.470 år, en periodicitet, som vi forsøger at forklare ved hjælp af to solcykler : 87 år og 210 år, da 1.470 er det første fælles multiplum. 210 og 86,5 . I løbet af den nuværende mellemis er disse Dansgaard-Oeschger-begivenheder stadig ikke gentaget, fordi de små variationer i solaktivitet ikke har været tilstrækkelig til at ændre stabiliteten af Atlanterhavets havstrømme væsentligt siden 10.000 år.
Oprindeligt var dateringen af kvaternære isdækninger baseret på placeringen af de tilsvarende aflejringer. De blev kendetegnet ved strukturen af skiftende lag af interglaciale sedimenter med glacial moræner. Men sammenligningen og søgningen efter match mellem indskud identificeret i fjerntliggende områder afslørede mange vanskeligheder. Således har vi stadig ingen sikkerhed med hensyn til aflejringerne af Saale- isen (som påvirkede det nordlige Tyskland) og dem af Riss-isningen i det alpine rum . Dette er grunden til, at de forskellige regioner på jorden bevarer deres egen kvaternære stratigrafiske division.
Disse forskellige regionale appeller, hvor specialisterne selv har svært ved at identificere, skaber forvirring blandt offentligheden. Sådan kaldes det sidste gletscherforløb, der toppede for over 20.000 år siden, " Würm-istid " i Frankrig og andre alpine lande, "Devensien-isning" på de britiske øer , " Vistula-isning " i Tyskland og Nordeuropa, "Valdai-isning ”I Rusland og til sidst” Wisconsin Glaciation ”i Nordamerika. Der er lige så stor mangfoldighed for andre istider og mellemis.
En anden vanskelighed ved datering af kontinentale glaciale aflejringer er, at stratificering ikke er en kontinuerlig proces. Intense sedimenteringsfaser (som under isdækkets progression ) har lykkedes faser uden sedimentering eller endog erosionsfaser. I det nordlige Tyskland er der for eksempel ikke noget sted, hvor der er en fuldstændig veksling af sedimenter fra de tre store faser af istid og alluvium fra interglaciale episoder. Krydskontrol kan derfor kun udføres ved sammenligning med fjerntliggende regioner, hvilket kan føre til fejl i vurderingen.
Den internationalt vedtagne underafdeling for kvaternære isdækninger er baseret på egenskaberne ved marine sedimentære aflejringer. Disse sedimenter tilbyder det interessante træk ved at blive deponeret regelmæssigt i konserverede lommer, hvilket tillader både aflejring af sedimenter i varme perioder såvel som kolde perioder.
En bemærkelsesværdig ressource til datering af de forskellige stadier af istiden er opførelsen af stabile isotoper af ilt 16 O og 18 O fikseret i koralmikroorganismer ( foraminifera ). Da 16 O- isotopen er lettere end 18 O, er den til stede i større andel i sedimentære aflejringer, hvilket resulterer i en bestemt isotopisk sammensætning af ilt . Fangsten af den lette isotop 16 O i de kontinentale gletschere under istid belastede havet med tunge isotoper i disse perioder (frysende effekt). Sådan udviklede en specifik disciplin sig, stratigrafi af marine sedimenter .
Istiden blev opdelt i 103 isotopiske stadier af ilt . Opvarmningstider (interstadial eller interglacial) tildeles et ulige antal, og frysepisoder er lige nummererede. Den moderne interglaciale klassificeres således som iltisotop Stadium 1 (forkortet OIS 1 i henhold til den internationale betegnelse Oxygenisotop fase 1 ), og toppen af den sidste istid som OIS 2. I forventning om opdagelsen nye isotopvariationer efter vedtagelsen af denne klassificering, var det planlagt at interkalere dem med bogstaver efterfulgt af nummeret: f.eks. “OIS 5e” til Eem interglacialen.
MagnetostratigrafiEn anden meget almindelig måde at opdele kvartæren på er at få øje på variationer og vending i Jordens magnetfelt . To tydelige tilbageførsler af magnetfeltet fandt sted i kvartæren, den ene for 780.000 år siden, og den anden for 2.580.000 år siden (udtrykket "inversion" skal ikke ses bogstaveligt, men som et gradvist fald i magnetfeltet ved den ene pol og dets korrelative stigning ved den anden). Der har været andre faser af magnetfeltomvendelse gennem store aldre, såsom 1,77 millioner år siden. Når vi finder en indikation af en af disse inversioner, for eksempel i orienteringen af de magnetiske klipper i glaciale aflejringer, bliver det muligt at datere disse aflejringer. Denne metode er velegnet til både kontinentale og marine sedimenter . Sådan anerkendes datering af begyndelsen af isdækkene universelt af forskere: den er placeret ved den store vending af magnetfeltet ved Pliocene - kvartærgrænse for 2,59 millioner år siden og stemmer godt overens med gletschernes første fremskridt på den nordlige halvkugle.
I Centraleuropa er glaciations opkaldt efter floder, hvis senge generelt markerer den maksimale udvidelse af indlandsisen. Mens i det sydlige Tyskland gletscherne strakte sig fra alpintoppene, i Nordtyskland var de en forlængelse af den skandinaviske iskappe . Med undtagelse af den sidste istid (som det endnu ikke er sikkert for) skred udvidelsen af gletscherne i Alpebuen og i det nordlige Tyskland absolut synkront . Derfor er værdierne i dag underlagt revision i fremtiden med henblik på nye videnskabelige fremskridt.
| Alpint område (maksimal udvidelse) |
Nordtyskland (maksimal udvidelse) |
Periode (i tusinder af år BP) |
OIS |
|---|---|---|---|
| - | Brüggen-isning ( Brüggen ) | ca. 2200 | ? |
| Biberisling ( Biberbach ) | - | ca. 1900–1800 eller 1500–1300 | OIS 68–66 eller OIS 50–40 |
| - | Eburon istiden ( Éburonne ) | ca. 1400 | ? |
| Donau-istid ( Donau ) | - | ca. 1000–950 | OIS 28-26 |
| - | glacial Ménape ( Menapii ) | 640–540 | ? |
| Günz-isning ( Günz ) | - | 800–600 | OIS 20–16 |
| Mindel-istid ( Mindel ) | - | 475–370 | OIS 12 |
| - | Elster-isning ( Elster Blanc ) | 400–320 | OIS 10 |
| Riss-isning ( Riss ) | istid af Saale ( Saale ) | 350–120 (Riß), 300–130 (Saale) | OIS 10–6 (Riß), MIS 8–6 (Saale) |
| Würm-istid ( Würm ) | istid i Vistula ( Vistula ) | 115–10 | OIS 2–4 |
| Litostratigrafiske underinddelinger | Alpine ækvivalent | Nordisk ækvivalent | Vejr | Isotop kronologi | Pattedyrs biozone |
|---|---|---|---|---|---|
| Tubantian | Würmien | Weichselian | Kold | SIO 4-2 eller SIO 5d-2 | MNQ 26 |
| Emian | Interglacial Riss-Würm | Emian | Hed | WIS 5. | MNQ 25 |
| Drenthien | Saalien | Riss Glaciation | Kold | SIO 10-6 eller SIO 8-6 | MNQ 22-24 |
| Needien | Interglacial Mindel-Riss | Holsteinian | Hed | WIS 11 | MNQ 22 |
| Taxandrian | Mindel-isning | Elstérien (eller "Günz II" ) | Kold | SIO 10 eller SIO 12 | MNQ 22 |
| Cromerian | Interglacial af Günz I og II | Cromerian | Hed | WIS 22-13 | MNQ 21 |
| Menapian | Isning af Günz | Menapian og Bavelian | Kold | SIO 31-23 og SIO 22-16 | MNQ 20 |
| Waalien | Interglacial Donau-Günz | Waalien | Hed | MNQ 19 | |
| - | Donau-isning | Eburonian | Kold | WIS 28-26 | |
| Tiglien | Interglacial Biber-Donau | Tiglien | Hed | ||
| Amstélien (nl) | Biberisling | Pretiglian | Kold | SIO 68-66 eller SIO 50-40 | MNQ 18 |
I de seneste istider har indlandsisen og snemarkerne udvidet sig betydeligt og dækker omkring 32% af jordmassen på kloden, især på den nordlige halvkugle: dette var en stor del af Europa fra Asien og Nordamerika . I øjeblikket er kun 10% af landarealet stadig dækket af gletschere.
Sporene fra gletschere på grund af gletsjerosion er stadig tydelige, uanset om de er steder med store dimensioner (f.eks. Mecklenburgs sødistrikt , glaciale dale i Brandenburg) eller af beskedne dimensioner, der overraskende har modstået formerne. Efterfølgende erosion (fx moræner , skuldre, bløde sten). Således finder vi f.eks. I de maritime alper gletsjervidenskabssteder, der kan dateres til OIS 16 og 12.
Under de kvartære isdækninger var omfanget af isarkene i Antarktis meget mere stabil end Arktis. På den ene side antages det, at indefrysning af land og let skrånende kontinentale hylder på den nordlige halvkugle var mere intens end i Antarktis. På den anden side, da det antarktiske kontinent allerede er frosset i dybden, kan iskappen kun strække sig meget lidt til overfladen. Den nuværende udvidelse af gletsjeren er knyttet til faldet i havets overflade.
I hele det nuværende mellemis ( Holocene ) er indlandsisen faldet betydeligt. Efter et sidste fremskridt under isfasen mod slutningen af de yngre Dryas var tilbagetoget hurtigt i begyndelsen af Holocæn med flere gletsjere forsvandt, især på Island og på den skandinaviske halvø. Dette gælder højden af interglacialen (Holocene) for lidt over 7000 år siden. På det tidspunkt, de alpine gletschere var meget mindre, end de var i starten af det XX th århundrede . Hvis flere forskere indrømmer, at gletscherne i Alperne eller Skandinavien er rester af den sidste istid, anslår andre, at de først dukkede op i løbet af de sidste 6000 år, hvoraf flere ikke nåede deres udvidelse maksimalt end for få århundreder siden.
Dannelsen af kontinentale iskapper fik store mængder vand fast. På højden af den sidste istid var havniveauet 120 til 130 m lavere . Dette blev ledsaget af fremkomsten af flere halvøer. Lukkede have og indre søer som Nordsøen har vist sig at være næsten tørrede op. Fremkomsten af Beringstrædet , der forbandt Nordøstasien med Nordamerika, viste sig at være af afgørende betydning for udviklingen af levende ting: det tillod faunistisk og floristisk udveksling mellem de to verdener og den første befolkning i Amerika (ifølge den teori, der blev modtaget den XX th århundrede ).
Disse isdannelser fører til en genoptagelse af erosion af vandløb på grund af faldet i basisniveauet, hvilket har den virkning at destabilisere deres ligevægtsprofil og forårsager en uddybning af geologiske formationer. Afhængig af denne erosion viser alle vandløb fremspringet af stadig dybere (og derfor gamle) geologiske formationer fra opstrøms til nedstrøms. Når havet stiger efter hver isfase, ”erosion falmer, og sedimentering vinder ud. En række alluvium (gammel til nyere) deponeres derefter i bunden af dalen og danner fluviale terrasser under erosion genoptages. Inden for disse alluviale aflejringer skifter mere eller mindre tørvede niveauer af grus, sand og / eller ler afhængigt af transportdynamikken, bundfældningen bliver stadig finere, når strømningshastigheden falder ” .
Under istider som følge af lavere temperaturer var nedbøren generelt meget lavere end i varme perioder; men i virkeligheden maskerer denne vurdering meget væsentlige regionale kontraster. Mens polar- og mellembreddegraderne oplevede et ret tørt klima, kunne troperne opleve steder et fugtigt klima. De tropiske ørkener var tørre, og de fugtige tropiske lande var små. Men den mængde vand, der kunne bruges som regn i høje og mellemste breddegrader, var større i istiderne end i dag, fordi temperaturfaldet og reduktionen i vegetationsdækningen reducerede vandabsorptionen med den samme mængde.
Det sidste glaciale maksimum (LGM) fandt sted for 21.000 år siden. Den globale gennemsnitstemperatur var ca. 5 til 6 K lavere end i dag. Vi kender fra gassen fikseret i polar is at den atmosfæriske koncentration af CO 2 (kuldioxid) i de 800.000 år før år 1750 varierede mellem 180 ppm i kolde perioder (istid) og 300 ppm i varme perioder (mellemistider); siden år 1750 er denne koncentration steget med 40% sammenlignet med niveauerne før den industrielle revolution (278 ppm CO 2 før den industrielle revolution og 390,5 ppm i 2011) - og med 150% i metan , en anden gas til stærk drivhuseffekt ( 722 ppb af CH 4 i 1750 og 1803 ppb i 2011).
I de senere faser af hver istid steg jordens temperatur som et resultat af den naturlige stigning i solstråling, derefter som reaktion på denne indledende opvarmning blev atmosfæren ladet med CO 2 -gas og metan. Denne koncentration tager et par århundreder. Fænomenet er reversibelt, det vil sige, at hver isning ledsages af et fald i drivhusgasindholdet. Stigningen i temperatur dikterer praktisk talt hastigheden af drivhusgaskoncentration: variationskurverne for atmosfærisk CO 2 og metanindholdet er praktisk talt parallelle med temperaturkurven under denne proces. Denne korrespondance af kronologiske variationer er entydig og præsenterer ikke nogen diskontinuitet eller cusp, så i denne geologiske periode synes soltemperaturinteraktionen på jordens jord at spille en vigtig rolle.
En anden teori foreslog, at frigivelsen af drivhusgasser ved en feedbackproces førte til en opbremsning i opvarmningen efterfulgt af en ny fase af drivhusgasudslip, indtil en stabil tilstand blev nået. Endelig nået, og klimaet såvel som drivhusgassen koncentration ville have været relativt stabil under mellemisterner. Denne naturlige opvarmningsmekanisme kunne derefter have forklaret den aktuelle globale opvarmning , fordi stigningen i atmosfærens drivhusgasindhold, i dag knyttet til menneskeskabte aktiviteter, anses for at genstarte en stigning i temperaturen.
Denne teori er dog svækket af sammenfaldende observationer, der viser, at stigningen i kuldioxidindholdet i atmosfæren følger, undertiden med flere hundrede eller endog tusinder af år, temperaturstigningen. Dette skyldes processen med at afgassere havene under temperatureffekt, hvilket helt sikkert kan give positive feedback-løkker, men undersøgelser af dette sidste punkt er utilstrækkelige for øjeblikket.
Endelig spiller solstråling ifølge flere forskere kun en underordnet rolle i den nuværende opvarmningsfase.
De klimatiske variationer af Cenozoic har afgørende markeret udviklingen af levende ting. Alternativerne mellem køling og opvarmning har begrænset levende arter til specifikke levesteder. Utallige plante- og dyrearter har været nødt til at opgive deres territorium eller er uddøde.
Mange karakteristiske arter af denne periode, især megafauna, er uddøde i dag som mammut , mastodont , Saiga , sabeltiger , hule løve, hule bjørn osv, uden tæller homo heidelbergensis , forfader af Neanderthal mand . Efter mange kontroverser om den angiveligt klimatiske oprindelse af denne udryddelse er det nu bevist, at mennesket gennem jagt havde en afgørende, hvis ikke eksklusiv indflydelse på deres udryddelse mellem -50.000 og -10.000.