De cuaternare glaciare , numite freezings-Plio cuaternar sunt o succesiune de cel puțin 17 perioade glaciar (perioadă cuprinsă inițial de 50 000 de ani și, de la 1,2 Ma , cu aproape periodicitate la 100 000 de ani) , care apar în mod regulat pentru 2,58 milioane de ani ( în timpul Sistem cuaternar , ultima perioadă a erei cenozoice ), și separat de perioade interglaciare (care durează între 10 și 20.000 de ani). Această perioadă face parte dintr-un eveniment global de răcire climatică, care se desfășoară de mai mult de 50 Ma și constituie cea mai rece perioadă. Epocile glaciare se caracterizează prin dezvoltarea stratelor de gheață pe continente, acțiunea cărora a contribuit în mare măsură la modelarea peisajelor actuale prin eroziunea glaciară . Aceste alternanțe au dus la cicluri de dispariție urmate de recolonizarea mediilor care, asociate cu deriva genetică , au structurat profund diversitatea genetică a fiecărei zone în timpul episoadelor glaciare succesive.
Faza de formare a stratului de gheață arctic a început în urmă cu aproximativ 2,7 milioane de ani. A fost urmat de un proces lent de răcire globală, ale cărui începuturi pot fi găsite deja la sfârșitul Eocenului . Acum 4,6 milioane de ani, istmul Panama a început să se închidă, provocând perturbarea curenților oceanici , care, printre altele, a dus la creșterea umidității aerului în Arctica și, în cele din urmă, la înghețarea emisferei nordice.
Epoca de gheață actuală este punctată de scurte perioade de încălzire. Episoadele reci (glaciațiile) se caracterizează printr-o extindere masivă a ghețarilor . Cu o durată medie de 90.000 de ani, ele domină în mare măsură episoadele interglaciare (doar 15.000 de ani). În general, aceste interglaciare se stabilesc rapid, în timp ce glaciațiile sunt foarte progresive. Astfel, schimbările climatice sunt rareori echilibrate: încălzirea rapidă este urmată de o răcire lentă și durabilă.
Ciclu complet de la un interglaciare la altul durează, pentru perioadele recente, un pic peste 100.000 de ani; dar această estimare este valabilă doar în ultimii 600.000 până la 800.000 de ani. De la 2,7 milioane de ani până la aproximativ 700.000 de ani BP, lungimea medie a unui ciclu a fost de doar 40.000 de ani. Trebuie să punem în legătură acest lucru cu perioade aproape la fel de lungi de schimbare a înclinației eclipticii (înclinarea axei terestre ). Ciclul actual de 100.000 de ani este legat în principal de variațiile excentricității orbitei Pământului. În prezent, nu există o interpretare satisfăcătoare a acestei modificări a lungimii ciclului.
Interglaciare curent desemnat pe scara de timp geologic ca seria a Holocenului , a durat deja 11.000 de ani. Cu toate acestea, aceste episoade, mai calde decât episoadele de glaciație, prezintă un climat relativ răcoros pe o scară de timp geologic: stratul de zăpadă din jurul polilor și din vârful munților ( zăpada eternă ) rămâne permanentă. Cu toate acestea, ghețarii nu pot fi menținuți la latitudini medii, iar clima temperată de astăzi este stabilită acolo, în special cu ierni blânde.
Căutăm acum cauzele răcirii generale a planetei de la Eocen în geologia însăși, oscilațiile climatice minore fiind, de altfel, ușor de explicat prin variațiile periodice ale excentricității orbitei Pământului sau a ciclurilor de activitate a Soarelui.
Cercetarea cauzelor ciclului de glaciație rămâne astăzi una dintre ramurile fundamentale ale paleoclimatologiei . Este strâns legat de numele lui James Croll și Milutin Milanković , ambele bazându-se pe ipoteza francezului Joseph-Alphonse Adhémar , potrivit căruia modificările geometriei orbitei Pământului ar fi responsabile pentru glaciațiile periodice.
Variațiile orbitei Pământului sunt o consecință a evoluției distribuției interacțiunilor gravitaționale în cadrul sistemului Soare-Pământ-Lună . Acestea modifică forma eliptică a orbitei Pământului ( excentricitate ) în jurul Soarelui pe o perioadă de aproximativ 100.000 de ani, precum și o oscilație a axei de rotație a Pământului (înclinarea Eclipticii ) pe o perioadă de aproximativ 100.000 de ani. de 40.000 de ani, în timp ce axa echinocțiilor ia aceeași poziție pe traiectoria eliptică aproape la fiecare 25.780 de ani ( precesiune ). Aceste „ cicluri Milanković ” determină modificări periodice în distribuția fluxului solar pe suprafața Pământului.
Inspirat de ideile meteorologului german Vladimir P. Köppen , Milutin Milanković a formulat în 1941 ( Der Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitproblem ) ipoteza conform căreia glaciațiile apar ori de câte ori radiația solară primită în latitudini mari ale emisferei nordice un minim. Potrivit lui Köppen, de fapt, răcoarea verilor contează mai mult decât frigul iernilor în formarea ghețarilor. Prin urmare, Milanković a căutat cauza glaciațiilor în regiunile cu cele mai reci veri, și anume latitudinile înalte ale emisferei nordice.
Pentru unii, variațiile parametrilor orbitei Pământului (ciclurile Milankovitch) ar fi putut fi un factor declanșator propice fenomenului, dar acțiunea lor a fost cu siguranță amplificată de diverși factori. Astfel, procesele tectonice și acțiunea lor asupra curenților marini au fost propuse ca una dintre cauzele declanșării înghețului Antarcticii și a emisferei nordice. În plus, conținutul de CO 2 al atmosferei, care este cuplat cu oscilațiile termice ale globului, ar fi jucat un rol activ, după cum reiese din diferite studii efectuate asupra miezurilor de gheață vechi de 800.000 de ani preluate din Antarctica și Statele Unite ale Americii Groenlanda. În acest fel, scăderea concentrației de gaze cu efect de seră în atmosferă, cum ar fi dioxidul de carbon (precum și metanul și oxidul de azot ) explică aproximativ o treime din scăderea temperaturii care a dus la glaciații și chiar la jumătate, conform unui studiu recent studiu. Alte procese de feedback pozitiv, cum ar fi amplificarea albedo de către calote de gheață sau dispariția acoperirii vegetale, precum și variabilitatea umidității atmosferice au menținut fenomenul. Așa-numitele „stadial” (răcire efemeră în timpul unei epoci interglaciare) și „interstadiale” se explică prin cuplarea cu circulația termohalină .
Au existat două duzini de oscilații climatice în ultima eră glaciară , timp în care temperatura Atlanticului de Nord a crescut la 12 ° C doar un deceniu. Aceste „ evenimente Dansgaard-Oeschger ” par să aibă loc la fiecare 1.470 de ani, o periodicitate pe care încercăm să o explicăm prin concomitența a două cicluri solare : cel de 87 de ani și cel de 210 de ani, deoarece 1.470 este primul multiplu comun. 210 și 86.5 . În timpul curentului interglaciar, aceste evenimente Dansgaard-Oeschger încă nu s-au repetat, deoarece mici variații ale activității solare nu au fost suficiente pentru a modifica în mod semnificativ stabilitatea curenților mării din Atlantic de la 10.000 de ani.
Inițial, datarea glaciațiilor cuaternare s-a bazat pe localizarea depozitelor corespunzătoare. S-au remarcat prin structura straturilor alternante de sedimente interglaciare cu morene glaciare. Dar comparația și căutarea de potriviri între depozitele identificate în zone îndepărtate au relevat multe dificultăți. Astfel, încă nu avem nicio certitudine în ceea ce privește concomitența depozitelor glaciației Saale (care a afectat nordul Germaniei) și a glaciației Riss , în spațiul alpin . Acesta este motivul pentru care diferitele regiuni ale Pământului își păstrează propria diviziune stratigrafică cuaternară.
Aceste diferite denumiri regionale, unde specialiștilor înșiși le este greu de identificat, creează confuzie în rândul publicului larg. Așa se face că ultimul avans de ghețar, care a atins apogeul cu peste 20.000 de ani în urmă, se numește „ Glaciația Würm ” în Franța și alte țări alpine, „Glaciația Devensien” în Insulele Britanice , „ Glaciația Vistula ” în Germania și Europa de Nord, „Glaciația Valdai ”În Rusia și în cele din urmă„ Glaciația Wisconsin ”în America de Nord. Există la fel de multă diversitate pentru alte epoci glaciare și interglaciare.
O altă dificultate în datarea depozitelor glaciare continentale este că stratificarea nu este un proces continuu. Fazele intense de sedimentare (ca și în timpul progresiei stratului de gheață ) au reușit faze fără sedimentare, sau chiar faze de eroziune. În nordul Germaniei, de exemplu, nu există un loc în care să existe o alternanță completă a sedimentelor din cele trei faze majore ale glaciației și aluviunilor din episoadele interglaciare. Prin urmare, verificarea încrucișată se poate face numai prin comparație cu regiunile îndepărtate, ceea ce poate duce la erori de evaluare.
Subdiviziunea adoptată la nivel internațional pentru glaciațiile cuaternare se bazează pe proprietățile depozitelor sedimentare marine. Aceste sedimente oferă caracteristica interesantă de a fi depuse în mod regulat în buzunare conservate, ceea ce permite depunerea sedimentelor atât în perioadele calde, cât și în perioadele reci.
O resursă remarcabilă pentru datarea diferitelor etape ale epocii glaciare este comportamentul izotopilor stabili ai oxigenului 16 O și 18 O fixați în microorganisme de corali ( foraminiferi ). Deoarece izotopul 16 O este mai ușor decât 18 O, acesta este prezent într-o proporție mai mare în depozitele sedimentare, ceea ce duce la o anumită compoziție izotopică a oxigenului . Prinderea izotopului ușor 16 O în ghețarii continentali în timpul glaciațiilor a încărcat oceanul cu izotopi grei în aceste perioade (efect de îngheț). Acesta este modul în care a dezvoltat o disciplină specifică, stratigrafia de sedimente marine .
Era glaciară a fost împărțită în 103 etape izotopice ale oxigenului . Perioadelor de încălzire (interstadială sau interglaciară) li se atribuie un număr impar, iar episoadele de îngheț sunt par. Astfel, interglaciarul contemporan este clasificat ca stadion izotopic oxigen 1 (prescurtat OIS 1 conform denumirii internaționale Stadiul 1 izotop oxigen ) și vârful ultimei glaciații ca OIS 2. În anticiparea descoperirii, noi variații izotopice ulterioare adoptării această clasificare, a fost planificată intercalarea lor cu litere sufixate după număr: de ex. „OIS 5e” pentru Eem interglacial.
MagnetostratigrafieUn alt mod foarte comun de a împărți cuaternarul este de a observa variații și inversări în câmpul magnetic al Pământului. Două inversări clare ale câmpului magnetic au avut loc în Cuaternar, una acum 780.000 de ani, iar cealaltă acum 2.580.000 de ani (termenul „inversare” nu este aici pentru a fi luat literal, ci ca o scădere treptată a câmpului magnetic la un pol, iar creșterea sa corelativă la cealaltă). Au existat alte faze de inversare a câmpului magnetic de-a lungul veacurilor mari, cum ar fi acum 1,77 milioane de ani. Când se găsește o indicație a uneia dintre aceste inversiuni, de exemplu în orientarea rocilor magnetice ale depozitelor glaciare, devine posibilă datarea acestor depozite. Această metodă este potrivită atât pentru sedimentele continentale, cât și pentru cele marine . Acesta este modul în care datarea de la începutul glaciațiilor este universal recunoscută de cercetători: se află la marea inversare a câmpului magnetic situat la limita pliocenă - cuaternară , acum 2,59 milioane de ani, și este de acord cu primele progrese ale ghețarilor în emisfera nordică.
În Europa centrală , glaciațiile sunt numite după râuri ale căror albi marchează în general extinderea maximă a stratului de gheață. În timp ce în sudul Germaniei ghețarii se extindeau de la vârfurile alpine, în nordul Germaniei erau o prelungire a calotei de gheață scandinave . Cu excepția ultimei glaciații (pentru care nu este încă sigur), extinderea ghețarilor din Arcul Alpin și din nordul Germaniei a progresat absolut sincron . Prin urmare, valorile prezentate astăzi sunt supuse revizuirii în viitor, având în vedere noile progrese științifice.
Zona alpină (extensie maximă) |
Nordul Germaniei (extensie maximă) |
Perioada (în mii de ani BP) |
OIS |
---|---|---|---|
- | Glaciația Brüggen ( Brüggen ) | aproximativ 2200 | ? |
Glaciația cu fibre ( Biberbach ) | - | aproximativ 1900–1800 sau 1500–1300 | OIS 68-66 sau OIS 50-40 |
- | Glaciația Eburon ( Éburonne ) | aproximativ 1400 | ? |
Glaciația Donau ( Dunăre ) | - | aproximativ 1000–950 | OIS 28-26 |
- | Ménape glaciar ( Menapii ) | 640–540 | ? |
Glaciația Günz ( Günz ) | - | 800–600 | OIS 20-16 |
Glaciația Mindel ( Mindel ) | - | 475–370 | OIS 12 |
- | Glaciația Elster ( Elster Blanc ) | 400–320 | OIS 10 |
Glaciația Riss ( Riss ) | glaciația Saalei ( Saale ) | 350-120 (Riß), 300-130 (Saale) | OIS 10-6 (Riß), MIS 8-6 (Saale) |
Glaciația Würm ( Würm ) | glaciația Vistulei ( Vistula ) | 115–10 | OIS 2–4 |
Subdiviziuni litostratigrafice | Echivalent alpin | Echivalent nordic | Vreme | Cronologia izotopilor | Biozona mamiferelor |
---|---|---|---|---|---|
Tubantian | Würmien | Weichselian | Rece | SIO 4-2 sau SIO 5d-2 | MNQ 26 |
Emian | Interglacial Riss-Würm | Emian | Fierbinte | WIS 5 | MNQ 25 |
Drenthien | Saalien | Glaciația Riss | Rece | SIO 10-6 sau SIO 8-6 | MNQ 22-24 |
Needien | Interglacial Mindel-Riss | Holsteinian | Fierbinte | WIS 11 | MNQ 22 |
Taxandrian | Glaciația Mindel | Elstérien (sau "Günz II" ) | Rece | SIO 10 sau SIO 12 | MNQ 22 |
Cromerian | Interglacial al lui Günz I și II | Cromerian | Fierbinte | WIS 22-13 | MNQ 21 |
Menapian | Glaciația lui Günz | Menapian și bavelian | Rece | SIO 31-23 și SIO 22-16 | MNQ 20 |
Waalien | Interglacial Donau-Günz | Waalien | Fierbinte | MNQ 19 | |
- | Glaciația Donau | Eburoniană | Rece | WIS 28-26 | |
Tiglien | Interglacial Biber-Donau | Tiglien | Fierbinte | ||
Amstélien (nl) | Glaciația cu fibre | Pretiglian | Rece | SIO 68-66 sau SIO 50-40 | MNQ 18 |
În ultimele perioade glaciare, stratul de gheață și câmpurile de zăpadă s-au extins considerabil, acoperind aproximativ 32% din masa terestră a globului, în special în emisfera nordică: aceasta era o mare parte a Europei , din Asia și America de Nord . În prezent, doar 10% din suprafața terestră este încă acoperită de ghețari.
Urmele ghețarilor, datorate eroziunii glaciare, sunt încă evidente, indiferent dacă sunt situri de dimensiuni mari (de exemplu, districtul lacului Mecklenburg , văile glaciare ale Brandenburgului) sau de dimensiuni modeste care au rezistat în mod surprinzător formelor. Eroziune ulterioară (de exemplu, morene , umeri, roci pufoase). Astfel, de exemplu, în Alpii Maritimi, găsim situri glaciare de martori care pot fi datate la OIS 16 și 12.
În timpul glaciațiilor cuaternare, întinderea stratelor de gheață din Antarctica a fost mult mai stabilă decât arctica. Pe de o parte, se presupune că înghețarea terenurilor și a rafturilor continentale ușor înclinate din emisfera nordică a fost mai intensă decât în Oceanul Antarctic. Pe de altă parte, continentul Antarctic fiind deja înghețat în profunzime, calota glaciară se poate extinde la suprafață doar foarte puțin. Extensia actuală a ghețarului este legată de scăderea nivelului mării.
De-a lungul prezentului interglaciar ( Holocen ), stratul de gheață s-a micșorat considerabil. După un ultim avans în timpul fazei de gheață către sfârșitul Dryasului mai tânăr , retragerea a fost rapidă la începutul Holocenului, odată cu dispariția mai multor ghețari, în special în Islanda și în peninsula scandinavă. Acest lucru este valabil pentru înălțimea interglaciarului (Holocen), cu puțin peste 7.000 de ani în urmă. La acea vreme, ghețarii din Alpi au fost mult mai mici decât erau la începutul XX - lea secol . În cazul în care mai mulți cercetători recunosc că ghețarii din Alpi sau Scandinavia sunt vestigii ale ultimei glaciatiuni, alții estimează că au apărut doar în ultimii 6000 de ani, mai multe dintre ele nu și- au atins extensie. Maxim mult de câteva secole în urmă.
Formarea calotelor de gheață continentale a fixat cantități uriașe de apă. La înălțimea ultimei ere glaciare, nivelul mării a fost cu 120-130 m mai jos . Acest lucru a fost însoțit de apariția mai multor peninsule. Mările închise și mările interioare, precum Marea Nordului, s-au dovedit a fi practic secate. Apariția strâmtorii Bering , care lega Asia de Nord-Est de America de Nord, s-a dovedit a fi de o importanță decisivă pentru evoluția ființelor vii: a permis schimburi faunistice și floristice între cele două lumi și primul popor din America (conform teoriei primite XX - lea secol ).
Aceste glaciații duc la reluarea eroziunii cursurilor de apă datorită scăderii nivelului de bază, care are ca efect destabilizarea profilului lor de echilibru și provocarea aprofundării formațiunilor geologice. În funcție de această eroziune, toate cursurile de apă prezintă aflorimentul unor formațiuni geologice din ce în ce mai adânci (și, prin urmare, vechi) de la amonte la aval. Pe măsură ce marea crește după fiecare fază a glaciației, „eroziunea dispare și sedimentarea predomină. O succesiune de aluviuni (de la vechi la recente) este apoi depusă la fundul văii, formând terase fluviale în timpul reluării eroziunii. În cadrul acestor depozite aluvionare se alternează niveluri mai mult sau mai puțin turbăre de pietriș, nisipuri și / sau argile în funcție de dinamica transportului, sedimentarea devine din ce în ce mai fină pe măsură ce viteza de curgere scade ” .
În timpul glaciațiilor, ca urmare a temperaturilor mai scăzute, precipitațiile au fost în general mult mai mici decât în perioadele calde; dar în realitate această evaluare maschează contraste regionale foarte semnificative. În timp ce latitudinile polare și medii au cunoscut un climat destul de uscat, tropicele ar putea experimenta în locuri un climat umed. Deșerturile tropicale erau aride, iar terenurile tropicale umede erau mici. Dar cantitatea de apă care poate fi mobilizată ca ploaie la latitudini mari și medii a fost mai mare în timpul epocii glaciare decât astăzi, deoarece scăderea temperaturilor și reducerea vegetației acoperă absorbția apei cu aceeași cantitate.
Ultimului maxim glaciar (LGM) a avut loc în urmă cu 21.000 de ani. Temperatura medie globală a fost cu aproximativ 5 până la 6 K mai mică decât astăzi. Știm din gazul fixat în gheața polară că concentrația atmosferică de CO 2 (dioxid de carbon) în cursul celor 800.000 de ani dinaintea anului 1750 a variat între 180 ppm în perioadele reci (glaciații) și 300 ppm în perioadele calde (interglaciare); începând cu anul 1750 această concentrație a crescut cu 40% comparativ cu nivelurile dinaintea Revoluției Industriale (278 ppm de CO 2 înainte de Revoluția Industrială și 390,5 ppm în 2011) - și cu 150% în metan , un alt gaz cu efect de seră puternic ( 722 ppb de CH 4 în 1750 și 1803 ppb în 2011).
În etapele ulterioare ale fiecărei glaciații, temperatura globului a crescut ca urmare a creșterii naturale a radiației solare, apoi ca reacție la această încălzire inițială, atmosfera încărcată cu CO 2 gaz și metan. Această concentrare durează câteva secole. Fenomenul este reversibil, adică fiecare glaciație este însoțită de o scădere a conținutului de gaze cu efect de seră. Creșterea temperaturii dictează practic rata concentrației gazelor cu efect de seră: curbele de variație ale conținutului de CO 2 atmosferic și metan sunt practic paralele cu curba temperaturii în timpul acestui proces. Această corespondență a variațiilor cronologice este univocă și nu prezintă nicio discontinuitate sau cuspidă, astfel încât pentru această perioadă geologică, interacțiunea Soarelui-temperatură de pe pământ pare să joace un rol preponderent.
O teorie diferită a sugerat că eliberarea gazelor cu efect de seră ar conduce printr-un proces de reacție la o încetinire a încălzirii, urmată de o nouă fază de eliberare a gazelor cu efect de seră, până la atingerea unei stări stabile. concentrația ar fi rămas relativ stabilă în timpul interglaciare. Acest mecanism natural de încălzire ar fi putut explica atunci încălzirea globală actuală, deoarece creșterea conținutului de gaze cu efect de seră al atmosferei, astăzi legată de activitatea antropică, este considerată a relansa o creștere a temperaturii.
Cu toate acestea, această teorie este slăbită prin observații convergente care arată că creșterea conținutului de dioxid de carbon din atmosferă urmează, uneori cu câteva sute sau chiar mii de ani, creșterea temperaturii. Acest lucru se datorează procesului de degazare a oceanelor, sub efectul temperaturii, care ar putea alimenta cu siguranță bucle de feedback pozitiv, dar studiile asupra acestui ultim punct sunt insuficiente pentru moment.
În cele din urmă, potrivit mai multor cercetători, radiația solară joacă doar un rol subordonat în faza actuală de încălzire.
Variațiile climatice ale cenozoicului au marcat decisiv evoluția ființelor vii. Alternanțele de răcire și încălzire au limitat speciile vii la habitate specifice. Nenumărate specii de plante și animale au fost nevoiți să-și abandoneze teritoriul sau au dispărut.
Multe specii caracteristice ale acestei perioade, în special Megafauna, sunt dispărute astăzi, cum ar fi mamut , mastodont , saiga , tigru cu dinți de sabie , leu de peșteră, urs de peșteră etc., fără conte Homo heidelbergensis , strămoș al omului neanderthalian . După multe controverse asupra presupusei origini climatice a acestor dispariții, s-a dovedit acum că omul, prin vânătoare, a avut un impact decisiv, dacă nu exclusiv, asupra dispariției lor între -50.000 și -10.000.