Era do Gelo
Uma era do gelo é um longo período de redução da temperatura da superfície e atmosfera da Terra, resultando na presença ou expansão de mantos de gelo continentais e polares e geleiras alpinas. O clima da Terra alterna entre eras glaciais e períodos de efeito estufa, durante os quais não há geleiras no planeta. A Terra está na glaciação quaternária. Pulsos individuais de clima frio dentro de uma era glacial são denominados períodos glaciais (ou, alternativamente, glaciais, glaciações, estágios glaciais, estatais, estádios ou coloquialmente, gelo eras), e períodos quentes intermitentes dentro de uma era glacial são chamados de interglaciais ou interstadiais.
Em glaciologia, era do gelo implica a presença de extensas camadas de gelo nos hemisférios norte e sul. Por esta definição, a Terra está em um período interglacial – o Holoceno. Prevê-se que a quantidade de gases de efeito estufa antropogênicos emitidos nos oceanos e na atmosfera da Terra atrase o próximo período glacial entre 100.000 e 500.000 anos, que de outra forma começaria em cerca de 50.000 anos.
História da pesquisa
Em 1742, Pierre Martel (1706–1767), engenheiro e geógrafo residente em Genebra, visitou o vale de Chamonix nos Alpes de Savoy. Dois anos depois, ele publicou um relato de sua jornada. Ele relatou que os habitantes daquele vale atribuíram a dispersão de rochas erráticas às geleiras, dizendo que elas já haviam se estendido muito mais longe. Mais tarde, explicações semelhantes foram relatadas em outras regiões dos Alpes. Em 1815, o carpinteiro e caçador de camurças Jean-Pierre Perraudin (1767-1858) explicou rochas erráticas no Val de Bagnes, no cantão suíço de Valais, como sendo devidas a geleiras que anteriormente se estendiam ainda mais. Um lenhador desconhecido de Meiringen, no Bernese Oberland, defendeu uma ideia semelhante em uma discussão com o geólogo suíço-alemão Jean de Charpentier (1786–1855) em 1834. Explicações comparáveis também são conhecidas do Val de Ferret no Valais e no Seeland em Suíça ocidental e na obra científica de Goethe. Tais explicações também podem ser encontradas em outras partes do mundo. Quando o naturalista bávaro Ernst von Bibra (1806-1878) visitou os Andes chilenos em 1849-1850, os nativos atribuíram as morenas fósseis à ação anterior das geleiras.
Enquanto isso, estudiosos europeus começaram a se perguntar o que teria causado a dispersão do material errático. A partir de meados do século 18, alguns discutiram o gelo como meio de transporte. O especialista em mineração sueco Daniel Tilas (1712–1772) foi, em 1742, a primeira pessoa a sugerir que o gelo marinho à deriva era a causa da presença de rochas erráticas nas regiões escandinavas e bálticas. Em 1795, o filósofo escocês e cavalheiro naturalista, James Hutton (1726-1797), explicou rochas erráticas nos Alpes pela ação das geleiras. Duas décadas depois, em 1818, o botânico sueco Göran Wahlenberg (1780-1851) publicou sua teoria de uma glaciação da península escandinava. Ele considerava a glaciação como um fenômeno regional.
Apenas alguns anos depois, o geólogo dinamarquês-norueguês Jens Esmark (1762–1839) defendeu uma sequência de eras glaciais em todo o mundo. Em um artigo publicado em 1824, Esmark propôs mudanças no clima como a causa dessas glaciações. Ele tentou mostrar que eles se originaram de mudanças na órbita da Terra. Esmark descobriu a semelhança entre moreias perto do lago Haukalivatnet perto do nível do mar em Rogaland e moreias em ramos de Jostedalsbreen. A descoberta de Esmark foi posteriormente atribuída ou apropriada por Theodor Kjerulf e Louis Agassiz.
Durante os anos seguintes, as ideias de Esmark foram discutidas e adotadas em partes por cientistas suecos, escoceses e alemães. Na Universidade de Edimburgo, Robert Jameson (1774-1854) parecia estar relativamente aberto às ideias de Esmark, conforme revisado pelo professor norueguês de glaciologia Bjørn G. Andersen (1992). As observações de Jameson sobre antigas geleiras na Escócia foram provavelmente motivadas por Esmark. Na Alemanha, Albrecht Reinhard Bernhardi (1797–1849), geólogo e professor de silvicultura em uma academia em Dreissigacker (desde então incorporado na cidade de Meiningen, no sul da Turíngia), adotou a teoria de Esmark. Em um artigo publicado em 1832, Bernhardi especulou sobre as calotas polares que chegaram até as zonas temperadas do globo.
Em 1829, independentemente desses debates, o engenheiro civil suíço Ignaz Venetz (1788–1859) explicou a dispersão de rochas erráticas nos Alpes, nas montanhas próximas de Jura e na planície do norte da Alemanha como sendo devido a enormes geleiras. Quando ele leu seu artigo perante a Sociedade Suíça de Pesquisa Natural, a maioria dos cientistas permaneceu cética. Finalmente, Venetz convenceu seu amigo Jean de Charpentier. Charpentier transformou a ideia de Venetz em uma teoria com uma glaciação limitada aos Alpes. Seus pensamentos se assemelhavam à teoria de Wahlenberg. Na verdade, ambos os homens compartilhavam as mesmas suposições vulcanísticas ou, no caso de Charpentier, bastante plutonísticas, sobre a história da Terra. Em 1834, Charpentier apresentou seu artigo perante a Sociedade Suíça de Pesquisa Natural. Nesse ínterim, o botânico alemão Karl Friedrich Schimper (1803–1867) estudava musgos que cresciam em rochas erráticas no planalto alpino da Baviera. Ele começou a se perguntar de onde essas massas de pedra tinham vindo. Durante o verão de 1835, ele fez algumas excursões aos Alpes da Baviera. Schimper chegou à conclusão de que o gelo deve ter sido o meio de transporte para as rochas nas terras altas alpinas. No inverno de 1835 a 1836, ele deu algumas palestras em Munique. Schimper então assumiu que deve ter havido tempos globais de obliteração ("Verödungszeiten") com um clima frio e água congelada. Schimper passou os meses de verão de 1836 em Devens, perto de Bex, nos Alpes suíços com seu ex-amigo da universidade Louis Agassiz (1801–1873) e Jean de Charpentier. Schimper, Charpentier e possivelmente Venetz convenceram Agassiz de que houve um período de glaciação. Durante o inverno de 1836/37, Agassiz e Schimper desenvolveram a teoria de uma sequência de glaciações. Eles se basearam principalmente nos trabalhos anteriores de Venetz, Charpentier e em seu próprio trabalho de campo. Agassiz parece já estar familiarizado com o artigo de Bernhardi na época. No início de 1837, Schimper cunhou o termo "era do gelo" ("Eiszeit") para o período das geleiras. Em julho de 1837, Agassiz apresentou sua síntese antes da reunião anual da Sociedade Suíça de Pesquisa Natural em Neuchâtel. O público foi muito crítico e alguns se opuseram à nova teoria porque ela contradizia as opiniões estabelecidas sobre a história climática. A maioria dos cientistas contemporâneos pensava que a Terra vinha esfriando gradualmente desde seu nascimento como um globo derretido.
Para persuadir os céticos, Agassiz embarcou em um trabalho de campo geológico. Ele publicou seu livro Estudo sobre as geleiras ("Études sur les glaciers") em 1840. Charpentier ficou desconcertado com isso, pois também estava preparando um livro sobre a glaciação do Alpes. Charpentier sentiu que Agassiz deveria ter lhe dado precedência, pois foi ele quem apresentou Agassiz à pesquisa glacial aprofundada. Como resultado de brigas pessoais, Agassiz também omitiu qualquer menção a Schimper em seu livro.
Levou várias décadas até que a teoria da era do gelo fosse totalmente aceita pelos cientistas. Isso aconteceu em escala internacional na segunda metade da década de 1870, seguindo o trabalho de James Croll, incluindo a publicação de Climate and Time, in Their Geological Relations em 1875, que forneceu uma explicação credível para o causas das eras glaciais.
Evidência
Existem três tipos principais de evidências para eras glaciais: geológicas, químicas e paleontológicas.
Evidências geológicas para eras glaciais vêm em várias formas, incluindo escavação e arranhões de rochas, moreias glaciais, drumlins, corte de vales e a deposição de até ou tilitos e erráticos glaciais. Glaciações sucessivas tendem a distorcer e apagar as evidências geológicas de glaciações anteriores, dificultando sua interpretação. Além disso, era difícil datar exatamente essa evidência; as primeiras teorias assumiram que os glaciais eram curtos em comparação com os interglaciais longos. O advento dos sedimentos e núcleos de gelo revelou a verdadeira situação: os glaciais são longos, os interglaciais são curtos. Demorou algum tempo para que a teoria atual fosse trabalhada.
A evidência química consiste principalmente em variações nas proporções de isótopos em fósseis presentes em sedimentos e rochas sedimentares e núcleos de sedimentos oceânicos. Para os períodos glaciais mais recentes, os núcleos de gelo fornecem proxies climáticos, tanto do próprio gelo quanto de amostras atmosféricas fornecidas por bolhas de ar incluídas. Como a água contendo isótopos mais leves tem um calor de evaporação menor, sua proporção diminui com as condições mais quentes. Isso permite que um registro de temperatura seja construído. Esta evidência pode ser confundida, no entanto, por outros fatores registrados por razões isotópicas.
A evidência paleontológica consiste em mudanças na distribuição geográfica dos fósseis. Durante um período glacial, organismos adaptados ao frio se espalham para latitudes mais baixas, e organismos que preferem condições mais quentes se extinguem ou recuam para latitudes mais baixas. Essa evidência também é difícil de interpretar porque requer (1) seqüências de sedimentos que cobrem um longo período de tempo, em uma ampla faixa de latitudes e que são facilmente correlacionadas; (2) organismos antigos que sobrevivem por vários milhões de anos sem mudança e cujas preferências de temperatura são facilmente diagnosticadas; e (3) a descoberta dos fósseis relevantes.
Apesar das dificuldades, a análise de núcleos de gelo e sedimentos oceânicos forneceu um registro confiável de glaciais e interglaciais nos últimos milhões de anos. Estes também confirmam a ligação entre as eras glaciais e os fenômenos da crosta continental, como morenas glaciais, drumlins e erráticas glaciais. Portanto, os fenômenos da crosta continental são aceitos como boas evidências de eras glaciais anteriores quando são encontrados em camadas criadas muito antes do intervalo de tempo para o qual os núcleos de gelo e sedimentos oceânicos estão disponíveis.
Grandes eras glaciais
Houve pelo menos cinco grandes eras glaciais na história da Terra (Huroniana, Criogeniana, Andina-Saariana, Paleozóica tardia e a mais recente Era Glacial Quaternária). Fora dessas eras, a Terra parece não ter gelo mesmo em altas latitudes; tais períodos são conhecidos como períodos de estufa.
As rochas da primeira era glacial bem estabelecida, chamada de Huroniana, foram datadas em cerca de 2,4 a 2,1 Ga (bilhões de anos) atrás, durante o início do Eon Proterozóico. Várias centenas de quilômetros do Supergrupo Huroniano estão expostos de 10 a 100 quilômetros (6,2 a 62,1 milhas) ao norte da costa norte do Lago Huron, estendendo-se perto de Sault Ste. Marie a Sudbury, a nordeste do Lago Huron, com camadas gigantes de leitos agora litificados, dropstones, varves, outwash e rochas de porão polidas. Depósitos Huronianos correlativos foram encontrados perto de Marquette, Michigan, e foi feita correlação com depósitos glaciais Paleoproterozóicos da Austrália Ocidental. A era glacial Huroniana foi causada pela eliminação do metano atmosférico, um gás de efeito estufa, durante o Grande Evento de Oxigenação.
A próxima era do gelo bem documentada, e provavelmente a mais severa dos últimos bilhões de anos, ocorreu de 720 a 630 milhões de anos atrás (o período criogeniano) e pode ter produzido uma Terra Bola de Neve na qual as camadas de gelo glacial atingiram o equador, possivelmente terminando com o acúmulo de gases de efeito estufa, como CO2 produzidos por vulcões. "A presença de gelo nos continentes e gelo nos oceanos inibiria tanto o intemperismo do silicato quanto a fotossíntese, que são os dois principais sumidouros de CO2 no momento." Tem sido sugerido que o fim desta era glacial foi responsável pela subsequente explosão Ediacarana e Cambriana, embora este modelo seja recente e controverso.
O Andino-Saariano ocorreu de 460 a 420 milhões de anos atrás, durante o Ordoviciano Superior e o Siluriano.
A evolução das plantas terrestres no início do período Devoniano causou um aumento de longo prazo nos níveis de oxigênio planetário e redução de CO2 níveis, o que resultou na casa de gelo paleozóica tardia. Seu antigo nome, a glaciação Karoo, foi nomeado após as lavouras glaciais encontradas na região de Karoo, na África do Sul. Havia extensas calotas polares em intervalos de 360 a 260 milhões de anos atrás na África do Sul durante o Carbonífero e o início do Permiano. Correlativos são conhecidos da Argentina, também no centro do antigo supercontinente Gondwanaland.
A Glaciação Quaternária / Idade do Gelo Quaternário começou há cerca de 2,58 milhões de anos, no início do Período Quaternário, quando começou a expansão das camadas de gelo no Hemisfério Norte. Desde então, o mundo tem visto ciclos de glaciação com mantos de gelo avançando e recuando em escalas de tempo de 40.000 e 100.000 anos chamados períodos glaciais, glaciais ou avanços glaciais e períodos interglaciais, interglaciais ou recuos glaciais. A Terra está atualmente em um período interglacial, e o último período glacial terminou há cerca de 11.700 anos. Tudo o que resta dos mantos de gelo continentais são os mantos de gelo da Groenlândia e da Antártida e geleiras menores, como na Ilha de Baffin.
A definição do Quaternário como começando em 2,58 Ma é baseada na formação da calota de gelo do Ártico. O manto de gelo antártico começou a se formar mais cedo, por volta de 34 Ma, no meio do Cenozóico (limite Eoceno-Oligoceno). O termo Idade do Gelo Cenozóico Superior é usado para incluir esta fase inicial.
As eras glaciais podem ser divididas por localização e tempo; por exemplo, os nomes Riss (180.000–130.000 anos ap) e Würm (70.000–10.000 anos ap) referem-se especificamente à glaciação na região alpina. A extensão máxima do gelo não é mantida durante todo o intervalo. A ação abrasiva de cada glaciação tende a remover quase completamente a maioria das evidências de camadas de gelo anteriores, exceto em regiões onde a camada posterior não atinge a cobertura total.
Glaciais e interglaciais
Dentro da atual glaciação, ocorreram períodos mais temperados e mais severos. Os períodos mais frios são chamados períodos glaciais, os períodos mais quentes interglaciais, como o Estágio Eemiano. Há evidências de que ciclos glaciais semelhantes ocorreram em glaciações anteriores, incluindo a Andina-Saariana e a casa de gelo paleozóica tardia. Os ciclos glaciais da casa de gelo do Paleozóico tardio são provavelmente responsáveis pela deposição de ciclotemas.
Os glaciais são caracterizados por climas mais frios e secos na maior parte da Terra e grandes massas de gelo terrestre e marinho que se estendem para fora dos pólos. Geleiras de montanha em áreas não glaciais se estendem a elevações mais baixas devido a uma linha de neve mais baixa. O nível do mar cai devido à remoção de grandes volumes de água acima do nível do mar nas calotas polares. Há evidências de que os padrões de circulação oceânica são interrompidos por glaciações. Os glaciais e interglaciais coincidem com mudanças no forçamento orbital do clima devido aos ciclos de Milankovitch, que são mudanças periódicas na órbita da Terra e na inclinação do eixo rotacional da Terra.
A Terra esteve em um período interglacial conhecido como Holoceno por cerca de 11.700 anos, e um artigo na Nature em 2004 argumenta que pode ser mais análogo a um interglacial anterior que durou 28.000 anos. Mudanças previstas no forçamento orbital sugerem que o próximo período glacial começaria pelo menos 50.000 anos a partir de agora. Além disso, estima-se que o forçamento antropogênico do aumento dos gases de efeito estufa supere potencialmente o forçamento orbital dos ciclos de Milankovitch por centenas de milhares de anos.
Processos de feedback
Cada período glacial está sujeito a um feedback positivo que o torna mais severo, e um feedback negativo que o atenua e (em todos os casos até agora) eventualmente o encerra.
Positivo
Uma importante forma de feedback é fornecida pelo albedo da Terra, que é quanto da energia do sol é refletida em vez de absorvida pela Terra. Gelo e neve aumentam o albedo da Terra, enquanto as florestas reduzem seu albedo. Quando a temperatura do ar diminui, os campos de gelo e neve crescem e reduzem a cobertura florestal. Isso continua até que a competição com um mecanismo de feedback negativo force o sistema a um equilíbrio.
Uma teoria é que quando as geleiras se formam, duas coisas acontecem: o gelo transforma as rochas em pó e a terra fica seca e árida. Isso permite que os ventos transportem poeira rica em ferro para o oceano aberto, onde atua como um fertilizante que causa proliferação maciça de algas que puxa grandes quantidades de CO2 fora da atmosfera. Isso, por sua vez, torna ainda mais frio e faz com que as geleiras cresçam mais.
Em 1956, Ewing e Donn levantaram a hipótese de que um Oceano Ártico sem gelo leva ao aumento da queda de neve em altas latitudes. Quando o gelo de baixa temperatura cobre o Oceano Ártico, há pouca evaporação ou sublimação e as regiões polares são bastante secas em termos de precipitação, comparável à quantidade encontrada nos desertos de latitude média. Essa baixa precipitação permite que as nevascas de alta latitude derretam durante o verão. Um Oceano Ártico sem gelo absorve a radiação solar durante os longos dias de verão e evapora mais água na atmosfera do Ártico. Com maior precipitação, partes dessa neve podem não derreter durante o verão e, portanto, o gelo glacial pode se formar em altitudes mais baixas e latitudes mais ao sul, reduzindo as temperaturas sobre a terra pelo aumento do albedo conforme observado acima. Além disso, sob esta hipótese, a falta de gelo oceânico permite maior troca de águas entre o Ártico e o Atlântico Norte, aquecendo o Ártico e resfriando o Atlântico Norte. (As conseqüências projetadas atuais do aquecimento global incluem um breve período sem gelo no Oceano Ártico até 2050.) O fluxo adicional de água doce para o Atlântico Norte durante um ciclo de aquecimento também pode reduzir a circulação global da água oceânica. Tal redução (ao reduzir os efeitos da Corrente do Golfo) teria um efeito de resfriamento no norte da Europa, o que por sua vez levaria ao aumento da retenção de neve em baixas latitudes durante o verão. Também foi sugerido que durante uma extensa glaciação, as geleiras podem se mover através do Golfo de São Lourenço, estendendo-se para o Oceano Atlântico Norte o suficiente para bloquear a Corrente do Golfo.
Negativo
As camadas de gelo que se formam durante as glaciações erodem a terra abaixo delas. Isso pode reduzir a área de terra acima do nível do mar e, assim, diminuir a quantidade de espaço em que as camadas de gelo podem se formar. Isso atenua o feedback do albedo, assim como o aumento do nível do mar que acompanha a área reduzida das camadas de gelo, uma vez que o mar aberto tem um albedo menor do que o da terra.
Outro mecanismo de feedback negativo é o aumento da aridez que ocorre com os máximos glaciais, o que reduz a precipitação disponível para manter a glaciação. O recuo glacial induzido por este ou qualquer outro processo pode ser amplificado por retroalimentações positivas inversas semelhantes às dos avanços glaciais.
De acordo com a pesquisa publicada na Nature Geoscience, as emissões humanas de dióxido de carbono (CO2) irão adiar a próxima era glacial. Os pesquisadores usaram dados da órbita da Terra para encontrar o período interglacial quente histórico que mais se parece com o atual e, a partir disso, previram que a próxima era do gelo geralmente começaria dentro de 1.500 anos. Eles prosseguem prevendo que as emissões foram tão altas que não serão.
Causas
As causas das eras glaciais não são totalmente compreendidas nem para os períodos de eras glaciais em grande escala nem para os fluxos e refluxos menores dos períodos glacial-interglaciais dentro de uma era glacial. O consenso é que vários fatores são importantes: a composição atmosférica, como as concentrações de dióxido de carbono e metano (os níveis específicos dos gases mencionados anteriormente podem agora ser vistos com as novas amostras de gelo do EPICA Dome C na Antártica sobre o últimos 800.000 anos); mudanças na órbita da Terra ao redor do Sol conhecidas como ciclos de Milankovitch; o movimento das placas tectônicas resultando em mudanças na localização relativa e quantidade de crosta continental e oceânica na superfície da Terra, que afetam o vento e as correntes oceânicas; variações na produção solar; a dinâmica orbital do sistema Terra-Lua; o impacto de meteoritos relativamente grandes e vulcanismo, incluindo erupções de supervulcões.
Alguns desses fatores influenciam uns aos outros. Por exemplo, mudanças na composição atmosférica da Terra (especialmente as concentrações de gases de efeito estufa) podem alterar o clima, enquanto a própria mudança climática pode mudar a composição atmosférica (por exemplo, alterando a taxa na qual o intemperismo remove CO2).
Maureen Raymo, William Ruddiman e outros propõem que os planaltos do Tibete e do Colorado são imensos CO2 " purificadores" com capacidade para remover CO2 suficiente da atmosfera global para ser um fator causal significativo do resfriamento cenozóico de 40 milhões de anos tendência. Eles afirmam ainda que aproximadamente metade de sua elevação (e capacidade de CO 2 "scrubbing") ocorreu em últimos 10 milhões de anos.
Mudanças na atmosfera da Terra
Há evidências de que os níveis de gases de efeito estufa caíram no início das eras glaciais e aumentaram durante o recuo das camadas de gelo, mas é difícil estabelecer causa e efeito (veja as notas acima sobre o papel do intemperismo). Os níveis de gases de efeito estufa também podem ter sido afetados por outros fatores que foram propostos como causas das eras glaciais, como o movimento dos continentes e o vulcanismo.
A hipótese da Terra Bola de Neve sustenta que o congelamento severo no final do Proterozóico terminou com um aumento nos níveis de 2 CO na atmosfera, principalmente de vulcões, e alguns defensores da Terra Bola de Neve argumentam que ela foi causada em primeiro lugar por uma redução no CO atmosférico 2. A hipótese também adverte sobre futuras Terras Bola de Neve.
Em 2009, mais evidências foram fornecidas de que as mudanças na insolação solar fornecem o gatilho inicial para o aquecimento da Terra após uma Era do Gelo, com fatores secundários como aumentos nos gases de efeito estufa responsáveis pela magnitude da mudança.
Posição dos continentes
O registro geológico parece mostrar que as eras glaciais começam quando os continentes estão em posições que bloqueiam ou reduzem o fluxo de água quente do equador para os pólos e, assim, permitem a formação de mantos de gelo. As camadas de gelo aumentam a refletividade da Terra e, assim, reduzem a absorção da radiação solar. Com menos radiação absorvida, a atmosfera esfria; o resfriamento permite que as camadas de gelo cresçam, o que aumenta ainda mais a refletividade em um ciclo de feedback positivo. A era do gelo continua até que a redução do intemperismo cause um aumento do efeito estufa.
Existem três principais contribuintes do layout dos continentes que obstruem o movimento de água quente para os pólos:
- Um continente fica em cima de um pólo, como a Antártica faz hoje.
- Um mar polar está quase bloqueado, como o Oceano Ártico é hoje.
- Um supercontinente cobre a maioria do equador, como Rodinia fez durante o período criogeniano.
Como a Terra de hoje tem um continente sobre o Pólo Sul e um oceano quase fechado sobre o Pólo Norte, os geólogos acreditam que a Terra continuará a experimentar períodos glaciais em um futuro geologicamente próximo.
Alguns cientistas acreditam que o Himalaia é um fator importante na atual era do gelo, porque essas montanhas aumentaram a precipitação total da Terra e, portanto, a taxa na qual o dióxido de carbono é eliminado da atmosfera, diminuindo o efeito estufa. O Himalaia' a formação começou há cerca de 70 milhões de anos, quando a placa indo-australiana colidiu com a placa eurasiana, e o Himalaia ainda está subindo cerca de 5 mm por ano porque a placa indo-australiana ainda está se movendo a 67 mm/ano. A história do Himalaia se encaixa amplamente na diminuição de longo prazo da temperatura média da Terra desde meados do Eoceno, 40 milhões de anos atrás.
Flutuações nas correntes oceânicas
Outra contribuição importante para os regimes climáticos antigos é a variação das correntes oceânicas, que são modificadas pela posição do continente, níveis do mar e salinidade, além de outros fatores. Eles têm a capacidade de resfriar (por exemplo, ajudando na criação do gelo antártico) e a capacidade de aquecer (por exemplo, dando às Ilhas Britânicas um clima temperado em oposição a um clima boreal). O fechamento do Istmo do Panamá há cerca de 3 milhões de anos pode ter dado início ao atual período de forte glaciação sobre a América do Norte, encerrando a troca de água entre os oceanos tropical Atlântico e Pacífico.
As análises sugerem que as flutuações das correntes oceânicas podem explicar adequadamente as oscilações glaciais recentes. Durante o último período glacial, o nível do mar flutuou de 20 a 30 m à medida que a água foi sequestrada, principalmente nas camadas de gelo do Hemisfério Norte. Quando o gelo se acumulou e o nível do mar caiu o suficiente, o fluxo através do Estreito de Bering (o estreito entre a Sibéria e o Alasca tem cerca de 50 m de profundidade hoje) foi reduzido, resultando no aumento do fluxo do Atlântico Norte. Isso realinhou a circulação termohalina no Atlântico, aumentando o transporte de calor para o Ártico, que derreteu o acúmulo de gelo polar e reduziu outras camadas de gelo continentais. A liberação de água elevou o nível do mar novamente, restaurando a entrada de água mais fria do Pacífico com uma mudança concomitante para o acúmulo de gelo no hemisfério norte.
De acordo com um estudo publicado na Nature em 2021, todos os períodos glaciais das eras glaciais nos últimos 1,5 milhão de anos foram associados a deslocamentos para o norte do derretimento dos icebergs da Antártica, que mudaram os padrões de circulação oceânica, levando a mais CO2 sendo retirado da atmosfera. Os autores sugerem que esse processo pode ser interrompido no futuro, pois o Oceano Antártico ficará muito quente para que os icebergs viajem longe o suficiente para desencadear essas mudanças.
Elevação do planalto tibetano
A teoria geológica de Matthias Kuhle sobre o desenvolvimento da Idade do Gelo foi sugerida pela existência de uma camada de gelo cobrindo o Planalto Tibetano durante as Idades do Gelo (Último Máximo Glacial?). De acordo com Kuhle, a elevação da placa tectônica do Tibete além da linha de neve levou a uma superfície de c. 2.400.000 quilômetros quadrados (930.000 milhas quadradas) mudando de terra nua para gelo com um albedo 70% maior. A reflexão da energia no espaço resultou em um resfriamento global, desencadeando a Idade do Gelo do Pleistoceno. Como este planalto está em uma latitude subtropical, com 4 a 5 vezes a insolação das áreas de alta latitude, o que seria a superfície de aquecimento mais forte da Terra se transformou em uma superfície de resfriamento.
Kuhle explica os períodos interglaciais pelo ciclo de 100.000 anos de mudanças de radiação devido a variações na órbita da Terra. Este aquecimento comparativamente insignificante, quando combinado com a redução das áreas de gelo interior nórdico e do Tibete devido ao peso da carga de gelo sobreposta, levou ao repetido degelo completo das áreas de gelo interior.
Variações na órbita da Terra
Os ciclos de Milankovitch são um conjunto de variações cíclicas nas características da órbita da Terra ao redor do Sol. Cada ciclo tem uma duração diferente, então em alguns momentos seus efeitos se reforçam e em outros momentos eles (parcialmente) se anulam.
Há fortes evidências de que os ciclos de Milankovitch afetam a ocorrência de períodos glaciais e interglaciais dentro de uma era glacial. A atual era do gelo é a mais estudada e melhor compreendida, particularmente os últimos 400.000 anos, pois é o período coberto por núcleos de gelo que registram a composição atmosférica e proxies para temperatura e volume de gelo. Dentro deste período, a correspondência das frequências glaciais/interglaciais com os períodos de forçamento orbital de Milanković é tão próxima que o forçamento orbital é geralmente aceito. Os efeitos combinados da mudança da distância ao Sol, a precessão do eixo da Terra e a mudança da inclinação do eixo da Terra redistribuem a luz solar recebida pela Terra. De particular importância são as mudanças na inclinação do eixo da Terra, que afetam a intensidade das estações. Por exemplo, a quantidade de influxo solar em julho a 65 graus de latitude norte varia em até 22% (de 450 W/m2 a 550 W/m2). Acredita-se amplamente que as camadas de gelo avançam quando os verões ficam muito frios para derreter toda a neve acumulada no inverno anterior. Alguns acreditam que a força do forçamento orbital é muito pequena para desencadear glaciações, mas mecanismos de feedback como CO2 podem explicar isso incompatibilidade.
Embora a força de Milankovitch preveja que as mudanças cíclicas nos elementos orbitais da Terra podem ser expressas no registro da glaciação, explicações adicionais são necessárias para explicar quais ciclos são observados como mais importantes no tempo dos períodos glacial-interglacial. Em particular, durante os últimos 800.000 anos, o período dominante de oscilação glacial-interglacial foi de 100.000 anos, o que corresponde a mudanças na excentricidade orbital da Terra e na inclinação orbital. No entanto, esta é de longe a mais fraca das três frequências previstas por Milankovitch. Durante o período de 3,0 a 0,8 milhões de anos atrás, o padrão dominante de glaciação correspondeu ao período de 41.000 anos de mudanças na obliquidade da Terra (inclinação do eixo). As razões para o domínio de uma frequência em relação a outra são pouco compreendidas e uma área ativa de pesquisa atual, mas a resposta provavelmente está relacionada a alguma forma de ressonância no sistema climático da Terra. Trabalhos recentes sugerem que o ciclo de 100.000 anos domina devido ao aumento do gelo marinho do pólo sul, aumentando a refletividade solar total.
O "tradicional" A explicação de Milankovitch luta para explicar o domínio do ciclo de 100.000 anos nos últimos 8 ciclos. Richard A. Muller, Gordon J. F. MacDonald e outros apontaram que esses cálculos são para uma órbita bidimensional da Terra, mas a órbita tridimensional também tem um ciclo de 100.000 anos de inclinação orbital. Eles propuseram que essas variações na inclinação orbital levam a variações na insolação, à medida que a Terra entra e sai das bandas de poeira conhecidas no sistema solar. Embora este seja um mecanismo diferente da visão tradicional, o "previsto" os períodos dos últimos 400.000 anos são quase os mesmos. A teoria de Muller e MacDonald, por sua vez, foi contestada por José Antonio Rial.
Outro trabalhador, William Ruddiman, sugeriu um modelo que explica o ciclo de 100.000 anos pelo efeito modulador da excentricidade (ciclo fraco de 100.000 anos) na precessão (ciclo de 26.000 anos) combinado com feedbacks de gases de efeito estufa nos 41.000- e ciclos de 26.000 anos. Ainda outra teoria foi avançada por Peter Huybers, que argumentou que o ciclo de 41.000 anos sempre foi dominante, mas que a Terra entrou em um modo de comportamento climático em que apenas o segundo ou terceiro ciclo desencadeia uma era glacial. Isso implicaria que a periodicidade de 100.000 anos é realmente uma ilusão criada pela média de ciclos com duração de 80.000 e 120.000 anos. Essa teoria é consistente com um modelo empírico multiestado simples proposto por Didier Paillard. Paillard sugere que os ciclos glaciais do Pleistoceno tardio podem ser vistos como saltos entre três estados climáticos quase estáveis. Os saltos são induzidos pelo forçamento orbital, enquanto no início do Pleistoceno os ciclos glaciais de 41.000 anos resultaram de saltos entre apenas dois estados climáticos. uma dinâmica O modelo que explica esse comportamento foi proposto por Peter Ditlevsen. Isso apóia a sugestão de que os ciclos glaciais do Pleistoceno tardio não se devem ao fraco ciclo de excentricidade de 100.000 anos, mas uma resposta não linear principalmente ao ciclo de obliquidade de 41.000 anos.
Variações na produção de energia do Sol
Existem pelo menos dois tipos de variação na produção de energia do Sol:
- A longo prazo, os astrofísicos acreditam que a produção do Sol aumenta em cerca de 7% a cada bilião (109) anos.
- Variações de curto prazo, como ciclos de mancha solar, e episódios mais longos, como o Mínimo de Maunder, que ocorreu durante a parte mais fria da Idade do Gelo.
O aumento de longo prazo na produção do Sol não pode ser a causa das eras glaciais.
Vulcanismo
As erupções vulcânicas podem ter contribuído para o início e/ou o fim dos períodos glaciais. Às vezes, durante o paleoclima, os níveis de dióxido de carbono eram duas ou três vezes maiores do que hoje. Vulcões e movimentos nas placas continentais contribuíram para altas quantidades de CO2 na atmosfera. O dióxido de carbono dos vulcões provavelmente contribuiu para os períodos com temperaturas gerais mais altas. Uma explicação sugerida para o máximo térmico do Paleoceno-Eoceno é que os vulcões submarinos liberaram metano dos clatratos e, portanto, causaram um grande e rápido aumento no efeito estufa. Parece não haver evidência geológica para tais erupções no momento certo, mas isso não prova que não aconteceram.
Fases glaciais e interglaciais recentes
O atual período geológico, o Quaternário, que se iniciou há cerca de 2,6 milhões de anos e se estende até o presente, é marcado por episódios quentes e frios, fases frias denominadas glaciais (Quaternário glacial) com duração de cerca de 100.000 anos, e que são posteriormente interrompido pelos interglaciais mais quentes que duraram cerca de 10.000 a 15.000 anos. O último episódio de frio do Último Período Glacial terminou há cerca de 10.000 anos. A Terra está atualmente em um período interglacial do Quaternário, chamado Holoceno.
Estágios glaciais na América do Norte
Os principais estágios glaciais da atual era do gelo na América do Norte são as glaciações Illinoiana, Eemiana e Wisconsin. O uso dos estágios Nebraskan, Afton, Kansan e Yarmouth para subdividir a era do gelo na América do Norte foi descontinuado por geólogos e geomorfologistas quaternários. Esses estágios foram todos fundidos no Pré-Illinoiano na década de 1980.
Durante a mais recente glaciação norte-americana, durante a última parte do Último Máximo Glacial (26.000 a 13.300 anos atrás), as camadas de gelo se estenderam até cerca do paralelo 45º norte. Essas folhas tinham de 3 a 4 quilômetros (1,9 a 2,5 mi) de espessura.
Esta glaciação de Wisconsin deixou impactos generalizados na paisagem norte-americana. Os Grandes Lagos e os Lagos Finger foram esculpidos pelo gelo que aprofundava vales antigos. A maioria dos lagos em Minnesota e Wisconsin foram escavados por geleiras e posteriormente preenchidos com águas de derretimento glacial. O antigo sistema de drenagem do rio Teays foi radicalmente alterado e amplamente remodelado no sistema de drenagem do rio Ohio. Outros rios foram represados e desviados para novos canais, como as Cataratas do Niágara, que formaram uma dramática cachoeira e desfiladeiro, quando o fluxo de água encontrou uma escarpa de calcário. Outra cachoeira semelhante, no atual Clark Reservation State Park perto de Syracuse, Nova York, agora está seca.
A área de Long Island a Nantucket, Massachusetts, foi formada a partir de gelo glacial, e a infinidade de lagos no Escudo Canadense, no norte do Canadá, pode ser quase inteiramente atribuída à ação do gelo. À medida que o gelo recuou e o pó de rocha secou, os ventos levaram o material por centenas de quilômetros, formando leitos de loess com dezenas de metros de espessura no Vale do Missouri. A recuperação pós-glacial continua a remodelar os Grandes Lagos e outras áreas anteriormente sob o peso das camadas de gelo.
A Driftless Area, uma porção do oeste e sudoeste de Wisconsin junto com partes adjacentes de Minnesota, Iowa e Illinois, não foi coberta por geleiras.
Último período glacial no semiárido andino ao redor do Aconcágua e Tupungato
Uma mudança climática especialmente interessante durante os tempos glaciais ocorreu no semi-árido andino. Além do resfriamento esperado em comparação com o clima atual, uma mudança significativa na precipitação aconteceu aqui. Assim, pesquisas no atualmente subtropical semiárido do maciço do Aconcágua (6.962 m) mostraram uma glaciação glacial inesperadamente extensa do tipo "rede de correntes de gelo". As geleiras do vale conectadas com mais de 100 km de comprimento, descem no lado leste desta seção dos Andes em 32–34°S e 69–71°W até uma altura de 2.060 m e no lado oeste da testa ainda claramente mais profundo. Onde as geleiras atuais mal atingem 10 km de comprimento, a linha de neve (ELA) corre a uma altura de 4.600 m e naquela época foi rebaixada para 3.200 m de altitude, ou seja, cerca de 1.400 m. A partir disso, segue-se que - além de uma depressão anual de temperatura em cerca de c. 8,4 °C— aqui houve um aumento na precipitação. Assim, em tempos glaciais, o cinturão climático úmido que hoje está situado vários graus de latitude mais ao S, foi deslocado muito mais para o N.
Efeitos da glaciação
Embora o último período glacial tenha terminado há mais de 8.000 anos, seus efeitos ainda podem ser sentidos hoje. Por exemplo, o gelo em movimento esculpiu a paisagem no Canadá (ver Arquipélago Ártico Canadense), Groenlândia, norte da Eurásia e Antártica. Os pedregulhos erráticos, till, drumlins, eskers, fiordes, kettle lakes, morenas, circos, chifres, etc., são características típicas deixadas pelas geleiras. O peso das camadas de gelo foi tão grande que deformou a crosta e o manto da Terra. Depois que as camadas de gelo derreteram, a terra coberta de gelo se recuperou. Devido à alta viscosidade do manto da Terra, o fluxo de rochas do manto que controla o processo de rebote é muito lento - a uma taxa de cerca de 1 cm/ano próximo ao centro da área de rebote hoje.
Durante a glaciação, a água foi retirada dos oceanos para formar o gelo em altas latitudes, assim o nível global do mar caiu cerca de 110 metros, expondo as plataformas continentais e formando pontes de terra entre as massas de terra para os animais migrarem. Durante a deglaciação, a água gelada derretida voltou para os oceanos, fazendo com que o nível do mar subisse. Esse processo pode causar mudanças repentinas nas linhas costeiras e nos sistemas de hidratação, resultando em terras recém-submersas, terras emergentes, represas de gelo colapsadas resultando na salinização de lagos, novas represas de gelo criando vastas áreas de água doce e uma alteração geral nos padrões climáticos regionais em um grande, mas escala temporária. Pode até causar reglaciação temporária. Esse tipo de padrão caótico de terra, gelo, água salgada e água doce em rápida mudança foi proposto como o modelo provável para as regiões bálticas e escandinavas, bem como para grande parte da América do Norte central no final do último máximo glacial, com o atual linhas costeiras diurnas só foram alcançadas nos últimos milênios da pré-história. Além disso, o efeito da elevação na Escandinávia submergiu uma vasta planície continental que existia sob grande parte do que hoje é o Mar do Norte, conectando as Ilhas Britânicas à Europa Continental.
A redistribuição da água gelada na superfície da Terra e o fluxo das rochas do manto causam mudanças no campo gravitacional, bem como mudanças na distribuição do momento de inércia da Terra. Essas mudanças no momento de inércia resultam em uma mudança na velocidade angular, no eixo e na oscilação da rotação da Terra.
O peso da massa da superfície redistribuída carregou a litosfera, fez com que ela se flexionasse e também induzisse estresse dentro da Terra. A presença das geleiras geralmente suprimiu o movimento das falhas abaixo. Durante o degelo, as falhas experimentam deslizamentos acelerados desencadeando terremotos. Os terremotos desencadeados perto da margem do gelo podem, por sua vez, acelerar o desprendimento do gelo e podem ser responsáveis pelos eventos Heinrich. À medida que mais gelo é removido perto da margem de gelo, mais terremotos intraplacas são induzidos e esse feedback positivo pode explicar o rápido colapso das camadas de gelo.
Na Europa, a erosão glacial e o afundamento isostático devido ao peso do gelo formaram o Mar Báltico, que antes da Idade do Gelo era todo banhado pelo rio Eridanos.