冰川时代
冰川时代指地球气候酷寒,高纬度地方的广阔区域为大陆冰川(continental glacier)所覆盖的时期。最近的冰川期在更新世,据在欧洲和北美研究的结果,认为共有六次冰川期,五次间冰川期。在日本根据分析冰斗地形(围谷地形,kar)地形发现有两次冰川期。最显著的冰川期是在石炭纪一二迭纪,冰川的遗迹残留于冈瓦纳大陆。除上述两大冰川期外,在欧洲和美洲还发现有前寒武纪、中生代和第三纪的冰川遗迹,但都不太显著。最近的几千年时间最寒冷的时期,在北美和欧亚大陆都被冰川所覆盖,而冰川时期的最鼎盛的时期已经过去在大约20000年前。
提问 编辑摘要在1742年,Pierre Martel (1706–1767),一个生活在日内瓦的地理学家,在考察了萨沃伊阿尔卑斯山附近的夏蒙尼的峡谷俩年后,出版了一本关于他的旅途的书。他在书里提到了峡谷的原住民把形状不规则的巨石的形成归咎于曾经存在的冰川。不久之后,在对其它的阿尔卑斯山的研究中也得出了相似的解释。在1815年,木匠和岩羚羊捕猎者Jean-Pierre Perraudin (1767–1858)解释巨石的不规则归咎于冰川的延伸覆盖。与此同时,欧洲的学者已经开始研究是什么造成巨石的不规则形状。在18世纪的中叶一些人经常会讨论到用冰作为运输工具。瑞典采矿专家丹尼尔泰勒(1712年至1772年),在1742年,是第一人提及漂流海冰做为解释存在着的不稳定形状的巨石在斯堪的纳维亚和波罗的海地区。在1795年,苏格兰哲学家和博物学家, 詹姆斯赫顿 ( 1726年至1797年) ,用冰川运动理论解释了阿尔卑斯山巨石的不规则。20年后,在1818年,瑞典植物学家Göran Wahlenberg (1780年至1851年)发表了他关于斯堪的纳维亚半岛冰期的一个理论。他认为冰川是一种区域现象。仅在几年之后,丹麦裔挪威地质学家Jens Esmark (1763年至1839年)提出的一套完整的全球冰河期理论。1824年发表的一篇论文在,Esmark提出了气候变化是产生这些冰川的原因。他试图表明,这些主要是由于地球公转轨道的改变。在随后几年期间, Esmark的主张被大家广泛讨论,有些部分内容被瑞典,苏格兰和德国科学家所代替。在英国爱丁堡大学的罗伯特詹姆逊( 1774年至1854年)似乎是对于Esmark的主张十分赞成。詹姆逊大部分关于苏格兰古代冰川的评论受到Esmark理论的影响 。在德国,阿布雷契莱因哈德伯恩哈迪(1797年至1849年),林学的教授,同样赞成Esmark的理论。
在各方的讨论基础上,瑞士民间工程师Ignaz Venetz(1788年至1859年)在1829年,解释了在汝拉山和北德平原阿尔卑斯山附近存在的不规则的巨石是由于曾经存在的冰川的作用。当他读了他的论文在瑞士自然协会上,大多数科学家仍然持怀疑态度。最后,Venetz成功说服他的朋友De Charpentier 。De Charpentier将Venetz的想法转变为与阿尔卑斯山联系的冰川理论。他的想法与Wahlenberg的理论相似。1834年,de Charpentier在瑞士自然协会上再次介绍了他的论文。期间,与会的德国植物学家卡Karl Friedrich Schimper (1803年至1867年)正在研究生长在巴伐利亚阿尔卑斯山高地不规则巨石上的苔藓植物。他开始猜测这些不规则巨石的由来。在1835年夏天,他在巴伐利亚阿尔卑斯山区进行了多次短途旅行。Schimper得出的结论是,冰是必备的运输工具对于在阿尔卑斯山高地上的巨石。在1835年至1836年的冬天,他举行了一些在慕尼黑的学术演讲。Schimper提出了全球处于一个寒冷的温度条件下并被冰冻的水覆盖的假设。在1836年夏季在瑞士阿尔卑斯山上,Schimper与他的前大学的朋友Louis Agassiz(1801年至1873年)和De Charpentier花了几个月的时间一起进行了研究。 Schimper,de Charpentier 和 possibly Venetz 证实了Agassiz 关于曾经有一段时间地球处于冰川时期。在1836年的冬季Agassiz 和Schimper 提出了关于冰川学说的理论。他们主要利用了Venetz 、de Charpentier和他们自己的研究结果有迹象表明,阿加西已经熟悉伯恩哈迪的论文在那个时候。在1837年的开始,Schimper创造了“冰川时代”这个词语。在1837年7月,Agassiz发表了他们的理论成果在在瑞士自然协会的年会上。观众是十分批判性的,甚至强烈反对新的理论,因为它违反既定的气候历史。当时的科学家大多数认为,在地球诞生以后,地球已逐渐降温。
为了回应这些批评的声音,Agassiz进行了长期的野外实地研究工作。并在1840年出版了书籍《冰川的研究》。De Charpentier 也参与了本书了编写,因为当时刚好他也在写关于阿尔卑斯山冰川的有关书籍,De Charpentier 认为他应该作为本书的作者,因为是他将Agassiz引入冰川学说的研究当中的。除此之外,由于私人之间的争吵,Agassiz 在本书中同样忽略了Schimper的贡献。最终,一直直到几十年之后,完整的冰川理论才被大家所接受。并在19世纪70年代,被世界各国学者接受。
关于冰河期的地质证据有多种形式,包括岩石冲刷和刮伤,冰河堆积成冰丘,山谷分割和冰川的不规则 。冰川运动通常会扭曲和擦除地质证据,使得问题更难解释。此外,这方面的证据,很难知道确切的日期;早期理论假设冰川时期比起非冰川期要短暂许多。然而沉积物和冰芯的出现揭示了真实情况: 冰川时期要比非冰川时期长很多。经过很长的一段时间以后,理论才得以确定。
化学证据主要检测存在于沉积物和沉积岩和海洋沉积物的化石中的不同同位素的比率。.最近的冰川期冰芯提供关于当时冰河和大气样本的气候信息关于他们的冰。由于水中含重同位素具有较高的热蒸发,其比例下降在寒冷的条件。这使得温度得以记录在冰芯中。然而,这个证据可以被混淆由于所记录同位素比率其他因素。
古生物证据包括变化的化石地域分布情况。在冰川时期,适应寒冷生存的生物体扩散到低纬度地区,而温暖条件的生物体灭绝或或者在低纬度地区聚集。这方面的证据也很难寻找,因为它要求有顺序的沉积物覆盖很长一段时间,并且需要在广泛的纬度中找寻这些沉积物。如果古代生物生活了几百万年没有改变,那么通过分析它们的化石分布确定温度很容易判断;但是找到有关化石,这需要大量的运气。 尽管有困难,分析冰芯和海洋沉积物是一种分析过去几百万年所处的是冰川时期还是非冰川时期的俩种很好的办法。
在地质史上,冰川曾多次滑过地球表面,冲击刻画过大地,形成许多湖泊和沼泽。最近的一次冰河时代发生在大约20亿年前。在加拿大南部,从东向西绵延1000英里的地面上,有一系列原始冰川的沉积物。这块最早的加拿大冰原,想必至少有1000英里长、1000英里宽,数千英尺厚。最新的证据表明冰块曾流到美国北部,至少进入了米歇根地区。
科学家们认为在南非、印度中部和澳洲西部发现的冰河沉积物与加拿大南部的冰河沉积物属于同一个时代。如果是这样,那么20亿年前的冰河时期想必非常广泛,并且延续了数百万年。从那以后,地球经历过若干次冰河时期。
大约在后10亿年当中,地球至少经历过6个主要冰河时期,每次发生的间隔大约为1.5亿年,每次都持续大约5000万年。至于为什么要有这种周期性的冰河时代,这是地球史的难解之谜。科学家们提出不少有关这方面的理论,从洋流的改变到太阳黑子的周期变化等,五花八门,不一而足。但是没有哪一种理论站得住脚,令人信服。很明显,冰河现象是多种因素造成的,但有一点看来是肯定的,地球目前仍然处于冰河时代。
冰川期这个说法可能有些含糊不清。通常这一说法指的是地球上部分地区被冰川覆盖了一二百万年的那个时期。这些时代通常以一系列冰川前进或间冰期(冰川停止前进、溶化、后退)为标志。但是,地质学家所说冰河时代是指全球变冷的那段时间,可能延续了几百万年。前面提到的5000万年的那个时代被认为是冰河时代。很明显,在一个冰河时代里可能、也确实发生过几个冰川期。
冰河时代的开始是个缓慢的过程。大约在6500万年前南极开始形成冰川,冰面越来越大、变小、又扩大,逐渐形成厚厚的隆起的冰原。大约到2000万年前,冰面覆盖了整个南极大陆,这个过程现在仍在继续。大约到1200万年前,冰川才开始扩散、移动,并覆盖了阿拉斯加山区。在冰河时代,格陵兰冰川比较年轻,因为这块大陆直到大约300万年前才被冰川覆盖。
时光已经进入了新的冰川期,地质学家们称之为更新世。大约在200万年前大量冰川开始向前移动,有时覆盖地球陆地表面的1/4,厚达数千英尺。在这最后一个冰冻时期,冰川由于至少有4次溶化,因此,出现了几度前进、几度后退的现象。现在人们开始发现一些证据表明,冰川在下一次推进时总比前一次更凶猛。最凶的一次大约发生在5万年前,到1万年前停止。每当出现间冰期,全世界的气候就平均变暖,比现在还要暧得多。通常间冰期要持续好几千年。即使在最后这次冰川推进的高峰期,也有过若干次停止前进、发生溶化的过程,全世界的气温也在慢慢回升,也有上下波动。科学家们认为地球仍然处在冰川阶段,因为1/10的地球表面仍然被坚冰覆盖。
加拿大多伦多大学的尼尔· 沙维夫(Nir Shaviv)博士发现了地球冰川期和地球受宇宙射线幅射强度变化相关联的证据,地球冰川期对应于地球受宇宙射线增强的时期。他认为地球上宇宙射线增加源于地球离开银河系螺旋形长臂时爆炸的星体,从而推断地球冰川期发生于太阳系围绕银河系中心运转时离开其螺旋形长臂之时。
有些科学家认为:一个星系的螺旋形长臂是不是其固定不变的特征,它是由所谓的密度波在以五亿年左右为周期围绕星系运动形成的过渡性的结构所决定的。许多大质量短寿命星体在这种密度波中诞生并且在100万年左右以超新星的形式在星系的螺旋形长臂中爆炸。沙维夫博士认为这些超新星爆炸是宇宙射线的主要来源,地球在离开螺旋形长臂时比其它时候受到更多的宇宙射线幅射。他通过研究超过30个在过去几十亿年内不同时期的太空陨石受到的宇宙射线幅射情况来推断地球上相应时期的宇宙射线通量。结果显示太阳系所受宇宙射线幅射强度的周期约为1亿4千3百万年,与地球冰川期周期相同。沙维夫博士说考虑到各种不确定因素,地球上的主要冰川期与地球离开银河系螺旋形长臂时间吻合得非常好。比如在7千万年前太阳系进入Sagittarius-Carina螺旋形臂。有证据显示此后地球温度下降了约八摄氏度。
虽然以上的论点还有待进一步研究,但地球上的气候与地球在银河系中的位置有关,这是一个非常的发现,虽然还不能够揭示其中的奥秘。关于地球冰川期应是地球气候变化规律的问题。最新一期的美国《科学》周刊有篇报告认为:如果地球气候按现有趋势演变下去,几千年后,将经历一次气温骤降,开始一个1千到2千年的冰川期。 关于地球冰川期应是地球气候变化规律的问题。科学界普遍认为气候骤变是冰川期特有的现象。以往人们通常借助格陵兰的冰川探究过去12万年内地球气温的演变情况。最近,西班牙高等科研理事会的人员将地中海的阿尔沃兰海域(该处的化石被认为能反映整个北半球的气候演变过程)作为参照,首次分析、比较了过去25万年内地球气温的演变情况。地球处于冰川间歇期,但测量海水温度在此期间下降了10摄氏度,相当于大气温度下降了30摄氏度。这一变化,对欧洲大陆的植被产生了极其重要的影响。地球气候还比较稳定,但与过去几个类似时期比,就发现这种稳定可能被打破。特别是,近200年来大气层吸纳的二氧化碳量是过去2000年的总和。因而,在最新一期的美国《科学》周刊上,他们发表报告认为:如果地球气候按此趋势演变下去,几千年后,将经历一次气温骤降,开始一个1000年到2000年的冰川期。
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