Ледниковый период начинается не потому, что одна особенно холодная зима «не успела растаять». Рост и отступление континентальных ледяных щитов — результат взаимодействия орбиты Земли, парниковых газов, океана, рельефа материков и обратных связей климата. Маленький внешний толчок может со временем усилиться всей климатической системой.
Есть и терминологическая ловушка: геологически Земля остаётся внутри ледниковой эпохи, потому что на ней постоянно существуют крупные ледяные щиты Антарктиды и Гренландии. Последние примерно 11 700 лет — тёплое межледниковье внутри этой более длинной ледниковой эпохи.
- Орбита меняет не столько среднюю энергию, сколько сезонность
- Лёд, CO₂ и океан усиливают первоначальный сдвиг
- Континенты определяют, где вообще может вырасти большой ледяной щит
- Что ледники делают с ландшафтом и уровнем моря
- Почему современное потепление не является «обычным выходом из ледникового периода»
- Источники
Орбита меняет не столько среднюю энергию, сколько сезонность
Наклон земной оси, форма орбиты и направление её оси медленно меняются под влиянием гравитации других тел. Эти циклы Миланковича перераспределяют солнечное излучение по широтам и сезонам. Особенно важным для северных ледников оказывается лето на высоких широтах: если оно прохладное, зимний снег хуже тает и многолетнее накопление льда становится вероятнее.
Сам по себе орбитальный сигнал сравнительно невелик. Он задаёт ритм, а большую амплитуду создают обратные связи. Поэтому ледниковые циклы нельзя объяснить только фразой «Земля стала дальше от Солнца»: расстояние меняется не так и не в том масштабе, который нужен для наблюдаемой картины.
Лёд, CO₂ и океан усиливают первоначальный сдвиг
Растущий ледяной покров отражает больше солнечного света, увеличивая альбедо и охлаждая поверхность. Холодный океан и изменившаяся биогеохимия влияют на концентрацию углекислого газа; снижение CO₂ дополнительно уменьшает парниковый эффект. При выходе из ледниковой фазы процессы идут в обратную сторону и усиливают потепление.
Ледяные керны показывают тесную связь температуры и парниковых газов, но это не означает, что в древних циклах CO₂ всегда был единственным первоначальным «переключателем». Орбитальное принуждение и углеродный цикл взаимодействовали. Именно поэтому климатологи рассматривают систему целиком, а не ищут одну причину для всех ледниковых эпох.
Континенты определяют, где вообще может вырасти большой ледяной щит
На масштабе миллионов лет важна тектоника плит. Положение материков меняет океанические течения, перенос тепла и возможность накопления снега на суше у полюсов. Подъём гор влияет на атмосферную циркуляцию и выветривание, которое связывает CO₂. Поэтому ледниковая история палеозоя, протерозоя и четвертичного периода имеет разный геологический фон.
Крайние эпизоды вроде Snowball Earth в неопротерозое были значительно суровее четвертичных оледенений. Геологи обсуждают, насколько полностью лёд покрывал океан, но очевидно, что это другой климатический режим, где обратные связи льда и углеродного цикла действовали на планетарном масштабе.
Что ледники делают с ландшафтом и уровнем моря
Континентальный лёд хранит огромный объём воды. Во время последнего ледникового максимума уровень моря был более чем на сто метров ниже современного, открывая сухопутные шельфы и мосты между регионами. Движущийся лёд вытачивает долины, переносит осадки и оставляет морены; после таяния земная кора медленно поднимается из-за снятия нагрузки.
Эти следы позволяют реконструировать прошлый климат вместе с морскими отложениями, пыльцой, изотопами и ледяными кернами. Палеоклиматология поэтому не основывается на одном типе архива: совпадение независимых свидетельств делает картину прошлых оледенений намного надёжнее.
Почему современное потепление не является «обычным выходом из ледникового периода»
Орбитальные циклы продолжаются и сегодня, но они происходят на тысячелетних масштабах и не объясняют быстрый рост глобальной температуры последних десятилетий. Современное потепление согласуется прежде всего с увеличением концентрации парниковых газов из-за человеческой деятельности, что подтверждается физикой радиационного баланса и множеством наблюдений.
Иногда спрашивают, может ли антропогенный CO₂ «отменить следующий ледниковый период». На очень длинных временах повышенный CO₂ действительно способен влиять на вероятность будущего оледенения, но это не превращает нынешнее потепление в полезную климатическую профилактику. Для общества важны последствия текущих столетий — жара, осадки, океан, лёд и уровень моря — а не гипотетическая ледниковая фаза через десятки тысяч лет.
Ледниковые циклы также не выглядят идеально периодическими часами. В раннем плейстоцене доминировали циклы примерно 41 тысяча лет, связанные с наклоном оси, а позднее сильнее проявился ритм около 100 тысяч лет, хотя эксцентриситет орбиты сам по себе даёт слабое изменение поступающей энергии. Это одна из причин, почему климатическая система рассматривается как нелинейная: внутренние обратные связи способны выбирать и усиливать определённые орбитальные ритмы.
Ледяные щиты имеют собственную динамику и запаздывание. Снег должен накопиться, уплотниться, превратиться в лёд и начать течь под собственным весом; основание ледника взаимодействует с водой и породой. Поэтому климатический сигнал и максимальная площадь льда не обязаны совпадать по времени. Такие запаздывания помогают объяснять сложную форму переходов между ледниковьями и межледниковьями.