Förklarare: Förstå istider

Jordens klimat förändras ständigt. Åtminstone flera gånger tidigare har ett islager kvävt mycket om inte hela planetens yta – inklusive dess hav. Den senaste gången en sådan “Snöbollsjord” existerade var för cirka 635 miljoner år sedan. Vid andra tillfällen har den globala temperaturen skjutit i höjden så högt att lite om någon is finns kvar någonstans, även nära polerna. En kort av dessa så kallade Hothouse Earth-episoder utvecklades för cirka 56 miljoner år sedan.

Men det är ytterligheterna. Under större delen av jordens senaste historia har planetens yta varit utsatt för en blandning av varmt och kallt. Vilket har dominerat – och hur länge – har varierat. Det har tenderat att bero på flera nyckelfaktorer.

En av de viktigaste är hur effektivt jordens atmosfär fångar solens energi.

När luften innehåller stora mängder planetvärmande gaser, som metan och koldioxid, kan den globala temperaturen skjuta i höjden. (I ett avlägset förflutet steg halterna av båda gaserna ofta på grund av utbredd vulkanisk aktivitet. Idag stiger koldioxidnivåerna eftersom människor eldar fossila bränslen i fordon och kraftverk.)

I allmänhet, när nivåerna av dessa gaser sjunker, så sjunker temperaturerna över hela världen. (Det finns dock undantag. Den gradvisa erosionen av berg kan utlösa kemiska reaktioner som kan ta bort koldioxid från luften. Även det kan utlösa en långvarig nedkylning.)

Börjar ca 2,6 För miljoner år sedan upplevde jorden ett antal istider. Dessa häftiga besvärjelser – möjligen 40 eller fler av dem – fick inte hela planeten att frysa, vilket troligen hände under Snowball Earth-epoker. Men dessa extra kalla perioder utlöste bildandet av stora, tjocka isskivor i vissa delar av Arktis. De största och tjockaste inlandsisarna var centrerade över östra Kanada. Men under några istiders toppar rann isen söderut in i det som nu är USA. Den senaste istiden slutade för cirka 12 000 år sedan.

I Nordamerika varade de fyra senaste istidscyklerna cirka 100 000 år vardera. Det inkluderar en ungefär 10 000-årig varm period mellan varje istid. Så själva istiderna varade i genomsnitt cirka 90 000 år. Under varje köldperiod växte inlandsisen gradvis till stor storlek. Sedan drog den sig plötsligt tillbaka och försvann.

En lång stund undrade forskare vad som orsakade detta mönster. Sedan noterade en serbisk forskare vid namn Milutin Milanković (Mih-LAN-koh-VITCH) att mönstret verkade vara kopplat till långsiktiga förändringar i jordens omloppsbana runt solen. Forskare inser nu att orbitala egenskaper kan spela en viktig roll i långsiktiga förändringar i klimatet.

Ändra banor och lutningar

Jordens omloppsbana är i stort sett stabil (tack och lov!). Ändå finns det små förändringar i vissa aspekter av jorden och dess omloppsbana som varierar på förutsägbara sätt, noterade Milanković. Viktigt är att alla dessa förändringar påverkar styrkan hos solljus som når jordens yta.

En aspekt av omloppsbanan är dess excentricitet (Ek-sin-TRISS-ih-tee), eller rundhet. Ibland är planetens bana nästan perfekt cirkulär. I andra fall blir dess väg runt solen mer som en lätt sammanpressad oval. När omloppsbanan är som mest klämd är jordens avstånd från solen längst bort cirka 3 procent längre än när den är närmast för året.

Det kanske inte verkar så mycket, men det betyder att solljuset som faller på planeten är cirka 6 procent starkare under vissa årstider än under andra. Mer solljus kommer att bidra till större värme. Det tar cirka 100 000 år för jordens omloppsbana att variera från nästan cirkulär till squished och sedan tillbaka igen till nästan cirkulär. Denna förändring härrör till stor del från gravitationsdragningar som utövas på jorden av Jupiter och Saturnus, de största planeterna i vårt solsystem.

Förklara abrupta slut

När ett inlandsis först börjar växa väger det inte mycket. Men en inlandsis som är 3 kilometer (nästan 2 miles) tjock kommer att vara förkrossande tung. Faktum är att det gör att jordskorpan sjunker ner cirka 1 kilometer (cirka 0,6 mil). Även om sänkningen kommer att vara störst under inlandsisens mitt, kommer även kanterna att falla till lägre höjder. Och det har en mycket viktig effekt: Eftersom temperaturer på lägre höjder är varmare än de högre upp, ju tyngre ett inlandsis blir, desto mer sannolikt är det att det smälter runt kanterna.

När alla tre av omloppscyklerna samarbetar för att ge maximal värme, kommer ett inlandsis att smälta bort. Den kommer faktiskt att försvinna innan jordskorpan kan springa tillbaka uppåt för att svalna och rädda den.

Senare, efter att jordskorpan har stigit tillbaka nära sin normala nivå och de tre omloppscyklerna gradvis rör sig ur synk. , somrarna på norra halvklotet svalnar lite och inlandsisar kan börja växa igen. Forskarna rapporterade sina fynd i den 8 augusti 2013, Nature.

Det är en möjlig förklaring till den gradvisa tillväxten och plötsliga bortfallet av inlandsisar, säger forskare. Här är en annan möjlighet: Ett tjockare inlandsis fångar mer effektivt värme som kommer upp till ytan från jordens inre. Det i sin tur hjälper till att smälta is på botten av en inlandsis. Den smältningen hjälper sedan inlandsisen att flyta som en glaciär, bli tunn i kanterna och smälta tillbaka ännu mer.

Andra faktorer spelar säkert roller för inlandsisens tillväxt och försvinnande. Till exempel utlöser istäcken typiskt förändringar i vädermönster över breda regioner, har forskare visat. Vissa områden får inte lika mycket nederbörd som tidigare. Detta gör att de torkar upp och producerar mycket damm. Om det dammet svepas upp i luften och senare faller på inlandsisen kommer det att göra isen mörkare. Den isen kommer nu att absorbera mer solljus. Detta kommer att få det att smälta snabbare än om det vore rent. (Det är albedoeffekten igen!)

Slutligen, hur mycket koldioxid som finns i jordens atmosfär kan påverka temperaturer nära ytan. Just nu är den genomsnittliga globala koncentrationen av den planetvärmande gasen nästan 400 ppm (det var 396 ppm 2013). Den hade bara varierat mellan 180 och 280 ppm under de senaste 400 000 åren. Men sedan började folk tillföra stora mängder koldioxid till atmosfären, med början på 1700-talet, med början av den industriella revolutionen.

Enligt jordens omloppscykler kan vår planet vara försenad till nästa istid. Men med så mycket koldioxid nu i atmosfären, kanske den istiden inte kommer på väldigt länge – om den alls kommer.