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16.1: Períodos Glaciais na História da Terra - Geociências

16.1: Períodos Glaciais na História da Terra - Geociências


Estamos atualmente no meio de um período glacial (embora seja menos intenso agora do que há 20.000 anos), mas este não é o único período de glaciação na história da Terra; houve muitos no passado distante, conforme ilustrado na Figura ( PageIndex {1} ). Em geral, entretanto, a Terra tem estado quente o suficiente para ficar sem gelo por muito mais tempo do que fria o suficiente para congelar.

O mais antigo período glacial conhecido é o Huroniano. Com base na evidência de depósitos glaciais da área ao redor do Lago Huron em Ontário e em outros lugares, é evidente que a Glaciação Huroniana durou aproximadamente 2.400 a 2.100 Ma. Como as rochas dessa idade são raras, não sabemos muito sobre a duração, intensidade ou extensão global desta glaciação.

No final do Proterozóico, por razões que não são totalmente compreendidas, o clima esfriou dramaticamente e a Terra foi tomada pelo que parece ser sua glaciação mais intensa. As glaciações do Período Criogeniano (crio em latim para frio glacial) também são conhecidas como glaciações “Snowball Earth”, porque há a hipótese de que todo o planeta foi congelado - mesmo em regiões equatoriais - com gelo de até 1 km de espessura nos oceanos. Um visitante de nosso planeta naquela época pode não ter muitas esperanças de sua habitabilidade, embora a vida ainda sobrevivesse nos oceanos. Houve dois períodos glaciais principais dentro da Criogenia, cada um durando cerca de 20 milhões de anos: o Esturtiano com cerca de 700 Ma e o Marinoano com 650 Ma. Também há evidências de algumas glaciações mais curtas antes e depois delas. O fim das glaciações criogenianas coincide com a evolução de formas de vida relativamente grandes e complexas na Terra. Isso começou durante o Período Ediacarano e continuou com a chamada explosão de formas de vida no Cambriano. Alguns geólogos pensam que as mudanças nas condições ambientais dos criogenianos são o que realmente desencadeou a evolução de uma vida grande e complexa.

Houve três grandes glaciações durante o Fanerozóico (nos últimos 540 milhões de anos), incluindo o Andino / Saariano (registrado em rochas da América do Sul e África), o Karoo (nomeado para rochas no sul da África) e as glaciações Cenozóicas. O Karoo foi a mais longa das glaciações fanerozóicas, persistindo por grande parte do tempo que o supercontinente Gondwana estava situado sobre o Pólo Sul (~ 360 a 260 Ma). Ele cobriu grandes partes da África, América do Sul, Austrália e Antártica (ver Figura ( PageIndex {3} )). Como você deve se lembrar do Capítulo 10, essa glaciação generalizada, em continentes que agora estão distantes um do outro, foi um componente importante da evidência de Alfred Wegener para a deriva continental. Ao contrário das glaciações criogenianas, as glaciações Andina / Saariana, Karoo e Cenozóica afetaram apenas partes da Terra. Durante a época do Karoo, por exemplo, o que hoje é a América do Norte ficava perto do equador e permanecia sem glaciação.

A Terra era quente e essencialmente sem glaciação em todo o Mesozóico. Embora possa ter havido alguma glaciação alpina nesta época, não há mais nenhum registro dela. Os dinossauros, que dominaram os habitats terrestres durante o Mesozóico, não tiveram que suportar condições geladas.

Um clima quente persistiu até o Cenozóico; na verdade, há evidências de que o Paleoceno (~ 50 a 60 Ma) foi a parte mais quente do Fanerozóico desde o Cambriano (Figura ( PageIndex {2} )). Uma série de eventos tectônicos durante o Cenozóico contribuíram para o resfriamento planetário persistente e significativo desde 50 Ma. Por exemplo, a colisão da Índia com a Ásia e a formação da cordilheira do Himalaia e do Platô Tibetano resultaram em um aumento dramático na taxa de intemperismo e erosão. Taxas mais altas do que o normal de intemperismo de rochas com minerais silicatados, especialmente feldspato, consomem dióxido de carbono da atmosfera e, portanto, reduzem o efeito estufa, resultando em resfriamento de longo prazo.

Aos 40 Ma, o movimento contínuo da placa alargou a estreita lacuna entre a América do Sul e a Antártica, resultando na abertura da Passagem de Drake. Isso permitiu o fluxo irrestrito de água de oeste para leste ao redor da Antártica, a Corrente Circumpolar Antártica (Figura ( PageIndex {3} )), que isolou efetivamente o oceano do sul das águas mais quentes do Pacífico, Atlântico e Oceanos Índicos. A região esfriou significativamente, e por volta de 35 Ma (Oligoceno) geleiras começaram a se formar na Antártica

As temperaturas globais permaneceram relativamente estáveis ​​durante o Oligoceno e o início do Mioceno, e a glaciação da Antártica diminuiu durante esse período. Por volta de 15 Ma, o vulcanismo relacionado à subducção entre a América Central e a América do Sul criou a conexão entre a América do Norte e a América do Sul, impedindo que a água fluísse entre os Oceanos Pacífico e Atlântico. Isso restringiu ainda mais a transferência de calor dos trópicos para os pólos, levando ao rejuvenescimento da glaciação da Antártica. A expansão dessa camada de gelo aumentou a refletividade da Terra o suficiente para promover um ciclo de feedback positivo de maior resfriamento: mais gelo glacial reflexivo, mais resfriamento, mais gelo, etc. No Plioceno (~ 5 Ma), as camadas de gelo começaram a crescer na América do Norte e norte da Europa (Figura ( PageIndex {4} )). A parte mais intensa da glaciação atual - e o clima mais frio - ocorreu durante os últimos milhões de anos (o último terço do Pleistoceno), mas se contarmos a glaciação antártica, ela realmente se estende do Oligoceno ao Holoceno, e provavelmente continuará no futuro.

O Pleistoceno foi caracterizado por variações significativas de temperatura (em uma faixa de quase 10 ° C) em escalas de tempo de 40.000 a 100.000 anos, e expansão e contração correspondentes das camadas de gelo. Essas variações são atribuídas a mudanças sutis nos parâmetros orbitais da Terra (ciclos de Milankovitch), que são explicados em mais detalhes no Capítulo 21. Nos últimos milhões de anos, os ciclos de glaciação foram de aproximadamente 100.000 anos; esta variabilidade é visível na Figura ( PageIndex {4} ).

Exercício 16.1 Glaciais e interglaciais do Pleistoceno

Este diagrama (Figura ( PageIndex {5} )) mostra os últimos 500.000 anos de variações da temperatura global com base nos mesmos dados usados ​​para Figura ( PageIndex {4} ). Os últimos cinco períodos glaciais são marcados com flocos de neve. O mais recente, que atingiu o pico por volta de 20 ka, é conhecido como a Glaciação de Wisconsin. Descreva a natureza da mudança de temperatura que se seguiu a cada um desses períodos glaciais.

O atual interglacial (Holoceno) é marcado com um H. Indique os cinco períodos interglaciais anteriores.

Consulte o Apêndice 3 para Respostas do exercício 16.1.

No auge da última glaciação (Wisconsin Glaciação), enormes mantos de gelo cobriam quase todo o Canadá e grande parte do norte dos Estados Unidos (Figura ( PageIndex {6} )). (Na verdade, o gelo glacial se estendeu bem ao sul de Wisconsin, em Illinois, Indiana e Ohio.) Lençol de gelo Laurentide cobriu a maior parte do leste do Canadá (e os EUA adjacentes), até o oeste até as Montanhas Rochosas e as menores Manto de Gelo Cordilheira cobriu a maior parte da região oeste. Em vários outros picos glaciais durante o Pleistoceno e o Plioceno, a extensão do gelo era semelhante a esta e, em alguns casos, ainda mais extensa. As camadas de gelo Laurentide e Cordilheira combinadas eram comparáveis ​​em volume de gelo à atual camada de gelo da Antártica.

Atribuições de mídia

  • Figura ( PageIndex {1} ), 16.1.3, 16.1.5: © Steven Earle. CC BY.
  • Figura ( PageIndex {2} ): © Root Routledge. Adaptado por Steven Earle. Aprovado para uso não comercial.
  • Figura ( PageIndex {4} ): © Steven Earle. CC BY. Baseado em dados de Lisiecki e Raymo, 2005.
  • Figura ( PageIndex {6} ): © Steven Earle. Baseado em um mapa NOAA.

História do Clima e a Criosfera

As temperaturas mudam o tempo todo. Localmente, não é incomum que as temperaturas caiam 5, 10, até 20 graus ou mais durante a noite. Ao longo de um ano no hemisfério norte, vemos aumentos graduais nas temperaturas médias diárias e mensais à medida que o inverno se transforma na primavera e no verão, e os vemos cair novamente quando o verão se transforma em outono e, em seguida, volta ao inverno. Quando olhamos para a temperatura em uma escala regional ou global ao longo de muitos anos, surgem padrões climáticos.

Ao longo de sua história, a Terra passou por várias oscilações periódicas no clima. Por exemplo, a Terra era totalmente livre de gelo e as temperaturas eram altas o suficiente para que tartarugas e palmeiras se desenvolvessem nos pólos durante o período ótimo climático do início do Eoceno, cerca de 49 milhões de anos atrás. Por outro lado, durante o Último Máximo Glacial, que ocorreu entre 26.500 e 19.000 anos atrás, as camadas de gelo cobriram quase um terço da superfície da Terra. Hoje, estamos em algum lugar entre extremos. Neve e gelo existem durante todo o ano perto dos pólos e sazonalmente em latitudes mais baixas. As geleiras cobrem cerca de 10% da superfície da Terra e podem ser encontradas em todos os continentes, exceto na Austrália.

Idade Glacial

O termo "idade de cotice" normalmente invoca imagens de um mundo congelado, coberto de neve e gelo, em uma época em que mamutes peludos e tigres dente-de-sabre vagavam pela Terra. No entanto, os cientistas usam o termo era do gelo ou idade glacial idade glacial: qualquer período geológico em que ocorra resfriamento de longo prazo e existam mantos de gelo e geleiras. para descrever qualquer período geológico em que ocorra resfriamento de longo prazo e existam mantos de gelo e geleiras. Isso significa que estamos no meio de uma era do gelo agora mesmo! Mais especificamente, estamos em um interglacial interglacial: período quente dentro de uma era glacial. (período quente) dentro de uma era glacial. Os períodos de frio em uma era glacial são chamados glaciais glacial: período dentro de uma era glacial, caracterizado por temperaturas mais amenas e o avanço das geleiras. também chamada de glaciação. ou glaciações glaciação: período dentro de uma era glacial, caracterizado por temperaturas mais amenas e o avanço das geleiras. também chamado de glacial. , e são caracterizados por temperaturas mais frias e geleiras avançando.

As idades glaciais vêm e vão ao longo de milhões de anos. Os períodos interglaciais, como o que vivemos agora, são normalmente espaçados por centenas de milhares de anos. Com base nos padrões observados, devemos estar voltando para uma "casa da Terra". No entanto, desde a revolução industrial, aumentou o dióxido de carbono (CO2) níveis na atmosfera (em grande parte devido à queima de combustível fóssil), estão empurrando a Terra em direção a um clima mais quente. Na verdade, vemos agora que este aumento no CO2 está aquecendo a Terra a uma taxa

100 vezes mais rápido do que a Terra viu através de oscilações naturais lentas.

Examine cuidadosamente os gráficos abaixo. Observe que o eixo x mostra a idade, então uma idade de 0 representa algo que está acontecendo hoje, e uma idade de 400.000 representaria algo que aconteceu há 400.000 anos. Conforme você se move para a direita ao longo do eixo x, você está essencialmente olhando para trás no tempo. Você precisará ler o gráfico de direita para esquerda para acompanhar os eventos conforme ocorreram em ordem cronológica. O gráfico inferior mostra apenas a parte do gráfico superior desde o presente até 150.000 anos atrás.

Idades glaciais nos últimos 1.000.000 de anos. Copyright: Woods Hole Oceanographic Institution. Usado com permissão.

Por que os períodos glaciais terminam abruptamente?

Observe a forma assimétrica do registro de temperatura da Antártica (linha preta), com aquecimentos abruptos mostrados em amarelo precedendo resfriamentos mais graduais (Kawamura et al. 2007 Jouzel et al. 2007). O aquecimento no final dos períodos glaciais tende a acontecer de forma mais abrupta do que o aumento da insolação solar. Vários feedbacks positivos são responsáveis ​​por isso. Um é o feedback de gelo-albedo. Um segundo feedback envolve CO atmosférico2. Medição direta de CO passado2 preso em bolhas de gelo mostra que a quantidade de CO atmosférico2 diminuiu durante os períodos glaciais (Kawamura et al. 2007 Siegenthaler et al. 2005 Bereiter et al. 2015), em parte porque o oceano profundo armazenou mais CO2 devido a mudanças na mistura do oceano ou na atividade biológica. CO inferior2 os níveis enfraqueceram o efeito estufa da atmosfera e ajudaram a manter as temperaturas mais baixas. O aquecimento no final dos períodos glaciais liberou CO2 do oceano, que fortaleceu o efeito estufa da atmosfera e contribuiu para um maior aquecimento.


Cinco Idades do Gelo

Huroniano

Os pesquisadores identificaram cinco eras glaciais distintas. A mais antiga delas é a glaciação Huroniana, que ocorreu de 2,4 a 2,1 bilhões de anos atrás! Durante esse tempo, os únicos organismos vivos na Terra eram unicelulares. As temperaturas eram tão baixas que todo o globo estava coberto de gelo e neve. As teorias sugerem que isso foi causado por um período de dormência vulcânica de 250 milhões de anos. Esta falta de atividade vulcânica reduziu os níveis de gases de dióxido de carbono, o que significa que a Terra não experimentou o efeito estufa. Nenhum efeito estufa significa temperaturas mais baixas.

Criogeniano

O próximo período de glaciação que a Terra enfrentou foi o período Criogeniano, que durou 200 milhões de anos. Este evento ocorreu aproximadamente 850 a 635 milhões de anos atrás, durante a era Neoproterozóica. A Terra agora tinha formas de vida mais complexas, como organismos multicelulares. As teorias sobre este período afirmam que a existência dessas criaturas causou a idade do gelo. A ideia é que, quando esses organismos morressem, eles caíssem no fundo do mar, levando embora o dióxido de carbono. Novamente, a falta de dióxido de carbono reduziu o efeito estufa.

Andino-saariana

Após o período criogeniano, a Terra experimentou a glaciação Andino-Saariana. Isso aconteceu cerca de 450 a 420 milhões de anos atrás e trouxe consigo a primeira grande extinção. As geleiras formaram-se primeiro no que hoje é a África e no leste do Brasil e aos poucos cobriram a atual América do Sul. Durante esse período, trilobitas, braquiópodes e cefalópodes constituíam a vida animal. Todos eles foram perdidos nesta idade do gelo.

Karoo

A quarta grande glaciação a ocorrer foi o período Karoo. Este evento aconteceu de 360 ​​a 260 milhões de anos atrás e viu a próxima extinção em massa da flora e da fauna. O período Karoo foi causado por um aumento extremo na vida das plantas. A Terra estava coberta de plantas que consumiam todo o dióxido de carbono da atmosfera e emitiam altos níveis de oxigênio. O oxigênio era tão alto que o efeito estufa não aconteceu, levando a mais uma era do gelo.

Quarternary

Surpreendentemente, a Terra está passando por um período glacial. Este começou há cerca de 2,58 milhões de anos e ainda continua, desta vez com temperaturas significativamente mais amenas. A Antártica congelou pela primeira vez há cerca de 14 milhões de anos devido à criação das montanhas do Himalaia. Quanto mais alto eles cresciam, mais expostos às intempéries, os níveis de dióxido de carbono diminuíam. Desta vez, os períodos glacial e interglacial foram controlados pela órbita da Terra e os níveis do sol que atingiram a superfície. Os períodos se alternavam a cada 41.000 anos até 1 milhão de anos atrás, quando os períodos glaciais mudaram para um ciclo de 100.000 anos. Essas temperaturas resfriadas possivelmente resultaram na evolução dos homo-sapiens. Os cérebros humanos tornaram-se maiores e quando as calotas polares se aproximaram dos pólos, os humanos começaram a cultivar a agricultura, o que levou à civilização moderna de hoje.


Eventos Climáticos Antigos: Glaciação do Pleistoceno

Algumas das mudanças climáticas mais abruptas e dramáticas ocorreram muito recentemente no passado da Terra, uma pulsação geológica atrás, se considerarmos os 4,6 bilhões de anos completos da história do planeta. Materiais, incluindo sedimentos depositados no mar profundo, gelo formado em geleiras maciças, estalactites formadas em cavernas, mamutes lanosos e outros grandes mamíferos e esporos e pólen de plantas, fornecem evidências de oscilações muito grandes e frequentes no clima da Terra que começaram por volta de 2,5 milhões de anos atrás. Essas oscilações envolvem o avanço e recuo repetidos das geleiras no hemisfério norte. Em seu pico, as partes do norte da América do Norte, Europa e Ásia cobertas de gelo, e as flutuações climáticas também causaram grandes mudanças na vegetação e nos habitats dos animais, bem como mudanças significativas na circulação dos oceanos.

As geleiras depositam formas de relevo e sedimentos muito diagnósticos que geralmente estão cheios de grandes rochas erodidas de grandes faixas de terra sobre as quais o gelo viajou. Mais de um século atrás, os geólogos determinaram, usando tais evidências, que na época mais fria do Pleistoceno, as geleiras cobriam Edimburgo, Escócia, Moscou, Rússia e Detroit e Chicago nos Estados Unidos. Na verdade, apenas a partir dos depósitos glaciais, os glaciologistas haviam inferido vários avanços e recuos importantes das duas principais camadas de gelo, o Laurentide na América do Norte e o Fennoscandian na Europa e Ásia.

No auge da última grande glaciação, conhecida como Último Máximo Glacial (LGM), 18.000 anos antes do presente, os mantos de gelo cobriam Chicago, Boston, Detroit e Cleveland (veja os mapas abaixo).

Nossa compreensão do clima do Pleistoceno aumentou na década de 1950, quando a extração de sedimentos começou no fundo do mar e quando o potencial dos isótopos de oxigênio na reconstrução do clima antigo começou a ser realizado. Os núcleos mostraram alternâncias ou ciclos dramáticos no tipo de sedimento com mudanças de cor nítidas de vermelho ou rosa para branco ou cinza. Os ciclos foram encontrados para corresponder às mudanças na quantidade do mineral CaCO3 que é derivado das conchas de organismos do fundo do mar. As alternâncias foram interpretadas como mudanças importantes na circulação do oceano profundo com mudanças correspondentes na ventilação e corrosividade das águas em que os sedimentos foram depositados. Os foraminíferos planctônicos, em diferentes fases dos ciclos, apresentaram diferentes razões de isótopos de oxigênio que foram interpretadas como temperatura flutuante da superfície do mar e volume de gelo glacial.

Com o estudo de núcleos de gelo e sedimentos do fundo do mar, sabemos agora que houve mais de 25 avanços e retrocessos diferentes nos últimos 2,5 milhões de anos. Na verdade, à medida que os sedimentos e os núcleos de gelo eram coletados, descobriu-se que uma série de proxies flutuava de maneira regular e periódica. Há muito se sabia da astronomia teórica que a órbita da Terra em torno do Sol varia em função de flutuações regulares na forma da órbita (chamadas de excentricidade), a inclinação do eixo de rotação (chamada de inclinação ou obliquidade) e a oscilação desse eixo (chamado Precessão) (veja o vídeo abaixo). Uma vez que essas flutuações controlam a quantidade de insolação solar recebida na superfície da Terra, era conhecido por haver um forte efeito climático. Essas mudanças são cíclicas com frequências regulares (o tempo do início ao fim de um ciclo). Pela teoria astronômica, o ciclo de excentricidade é conhecido por ter uma frequência de 100.000 e 400.000 anos (dois ciclos diferentes), a inclinação / obliquidade uma frequência de 40.000 anos e a precessão uma frequência de 20.000 anos. Os registros proxy do Pleistoceno foram encontrados para conter algumas das mesmas frequências que essas flutuações orbitais, e esta é a prova de que as mudanças na quantidade de insolação solar foram o controle final nas eras glaciais do Pleistoceno. A figura abaixo mostra um registro de isótopos de oxigênio com ciclos proeminentes de 41.000 e 1.000.000 anos.

Crédito: Five Myr Climate Change da Wikimedia, licenciado sob CC BY-NC-ND 2.0

O vídeo abaixo fornece uma visão geral de como a órbita da Terra varia e como ela afeta o clima.

Vídeo: Órbita e clima da Terra (1:49)

A órbita da Terra em torno do Sol varia de várias maneiras que afetam a quantidade de radiação solar e sua distribuição na superfície da Terra. Esta variação é cíclica, o que significa que ao longo de vários anos o parâmetro aumenta e diminui de forma periódica. Os parâmetros orbitais podem ser observados em vários registros de paleo-climas, desde o aumento e diminuição das camadas de gelo até registros de paleo-temperatura. O primeiro parâmetro orbital é conhecido como excentricidade. Tem um ciclo de 400.000 anos e 100.000 anos e descreve a forma da órbita da Terra em torno do Sol, que varia de uma forma que é mais elíptica a menos elíptica. O segundo parâmetro orbital é conhecido como obliquidade. É também conhecido como inclinação, e este parâmetro tem uma periodicidade de 41.000 anos e descreve a inclinação do eixo da Terra ao circundar o sol. O terceiro parâmetro é conhecido como precessão. A precessão tem uma periodicidade de 23 mil anos e a precessão descreve a época do ano em que a Terra está mais próxima do Sol e mais distante dele. Todos os três parâmetros descrevem a quantidade e distribuição da radiação solar recebida em qualquer ponto da superfície da Terra.

A figura abaixo mostra a temperatura (derivada de O-isótopos), CO atmosférico2 medido a partir de bolhas de gás e concentrações de poeira em amostras de gelo do famoso núcleo de gelo Vostok da Antártica. As flutuações climáticas mostradas por esses dados são algumas das mais abruptas e regulares no registro geológico. Os dados mostram uma estreita relação entre a temperatura e o CO atmosférico2 conteúdo que não é totalmente compreendido, mas provavelmente está relacionado à circulação oceânica intensificada durante os intervalos glaciais que levaram a uma ressurgência vigorosa no Oceano Antártico. O Oceano Antártico é uma das áreas mais produtivas dos oceanos e a intensificação da ressurgência e fotossíntese pode ter levado ao aumento da remoção de CO2 da atmosfera. Acredita-se que a intensificação da circulação atmosférica durante os períodos glaciais tenha transportado mais poeira pela Antártica, causando o aumento nas concentrações de poeira.

À medida que o estudo do período Pleistoceno se intensificou, sabemos agora que os ciclos glacial-interglaciais também corresponderam a:

  • mudanças de temperatura mais pronunciadas nas latitudes altas do que nas latitudes baixas (regiões próximas aos trópicos). Acredita-se que as mudanças de temperatura em regiões de alta latitude sejam de cerca de 10 o C entre glaciais e interglaciais. Acredita-se que a variação nas taxas de isótopos de oxigênio dos foraminíferos planctônicos tropicais seja em grande parte resultado de mudanças no volume do gelo, não de mudanças de temperatura
  • oscilações abruptas na circulação atmosférica com cinturões de vento, como a Zona de Convergência Intertropical (ITCZ) mudando latitudinalmente em vários graus
  • subidas e descidas do nível do mar em até 120 metros e avanços e recuo da linha costeira através das plataformas continentais
  • grandes inundações de água doce em rios, como os rios St. Lawrence e Mississippi, nos momentos em que o gelo derreteu
  • movimentos para o norte e para o sul dos cinturões de vegetação através dos continentes.

O último pico glacial ocorreu há 18.000 anos e, desde então, o planeta tem se aquecido continuamente (com uma série de reversões, como veremos em breve). Uma vez que essas flutuações na órbita da Terra continuam, em algum estágio no futuro, a Terra começará a esfriar. No último período glacial, as temperaturas máximas foram consideravelmente mais frias nas altas latitudes. Além disso, o nível do mar estava mais de 120 metros mais baixo.

Vídeo: Feedback (: 57)

Feedback é quando um processo natural amplifica ou amortece as mudanças climáticas. O feedback pode ser positivo quando o processo natural amplifica a mudança climática ou negativo quando o processo natural amortece a mudança climática. Um exemplo de feedback positivo é a dissociação do metano no permafrost. O aquecimento leva à quebra do permafrost, levando à liberação de metano para a atmosfera, o que leva a mais aquecimento, o que, por sua vez, leva a mais dissociação do metano no permafrost. Um exemplo de feedback negativo é o ciclo de intemperismo. O aquecimento global amplifica a meteorização e a meteorização reduz o C02, o que diminuirá ainda mais o aquecimento global.

Essas flutuações têm um potencial significativo para nos informar sobre as mudanças climáticas futuras. Por exemplo, a forma dos ciclos climáticos glaciais ilustra que o braço de aquecimento é rápido, mas o braço de resfriamento é muito mais lento. Essa distinção nos fala sobre a mecânica dos feedbacks positivos e negativos no clima da Terra.


Por que uma era do gelo ocorre a cada 100.000 anos: Clima e efeitos de feedback explicados

A ciência tem se esforçado para explicar completamente por que uma era do gelo ocorre a cada 100.000 anos. Como os pesquisadores agora demonstram com base em uma simulação de computador, não apenas as variações na insolação desempenham um papel fundamental, mas também a influência mútua dos continentes glaciais e do clima.

As idades do gelo e os períodos quentes se alternaram com bastante regularidade na história da Terra: o clima da Terra esfria aproximadamente a cada 100.000 anos, com vastas áreas da América do Norte, Europa e Ásia sendo soterradas sob espessas camadas de gelo. Eventualmente, o pêndulo oscila para trás: fica mais quente e as massas de gelo derretem. Embora geólogos e físicos do clima tenham encontrado evidências sólidas desse ciclo de 100.000 anos em morenas glaciais, sedimentos marinhos e gelo ártico, até agora eles foram incapazes de encontrar uma explicação plausível para isso.

Usando simulações de computador, uma equipe japonesa, suíça e americana, incluindo Heinz Blatter, professor emérito de climatologia física na ETH Zurique, conseguiu demonstrar que o intercâmbio entre a era do gelo e o período quente depende fortemente da influência alternada dos mantos de gelo continentais e clima.

“Se um continente inteiro é coberto por uma camada de gelo de 2.000 a 3.000 metros de espessura, a topografia é completamente diferente”, diz Blatter, explicando esse efeito de feedback. "Isso e o albedo diferente do gelo glacial em comparação com a terra sem gelo levam a mudanças consideráveis ​​na temperatura da superfície e na circulação de ar na atmosfera." Além disso, a glaciação em grande escala também altera o nível do mar e, portanto, as correntes oceânicas, o que também afeta o clima.

Efeito fraco com forte impacto

Como os cientistas da Universidade de Tóquio, ETH Zurique e Universidade de Columbia demonstraram em seu artigo publicado na revista Nature, esses efeitos de feedback entre a Terra e o clima ocorrem em cima de outros mecanismos conhecidos. Há muito tempo está claro que o clima é muito influenciado pela insolação em escalas de tempo de longo prazo. Como a rotação da Terra e sua órbita ao redor do Sol mudam ligeiramente, a insolação também varia. Se você examinar esta variação em detalhes, diferentes ciclos sobrepostos de cerca de 20.000, 40.000 e 100.000 anos são reconhecíveis.

Dado o fato de que o ciclo de insolação de 100.000 anos é comparativamente fraco, os cientistas não poderiam explicar facilmente o proeminente ciclo de 100.000 anos das eras glaciais apenas com esta informação. Com a ajuda dos efeitos de feedback, no entanto, isso agora é possível.

Simulando o gelo e o clima

Os pesquisadores obtiveram os resultados de um modelo de computador abrangente, onde combinaram uma simulação de manto de gelo com um modelo climático existente, que lhes permitiu calcular a glaciação do hemisfério norte nos últimos 400.000 anos. O modelo leva em consideração não apenas os valores dos parâmetros astronômicos, a topografia do solo e as propriedades físicas do fluxo do gelo glacial, mas também especialmente o clima e os efeitos de feedback. “É a primeira vez que a glaciação de todo o hemisfério norte é simulada com um modelo climático que inclui todos os principais aspectos”, diz Blatter.

Usando o modelo, os pesquisadores também foram capazes de explicar por que as eras glaciais sempre começam devagar e terminam relativamente rápido. As massas de gelo da era do gelo se acumulam ao longo de dezenas de milhares de anos e retrocedem no espaço de alguns milhares de anos. Agora sabemos por quê: não são apenas a temperatura da superfície e a precipitação que determinam se uma camada de gelo aumenta ou diminui. Devido aos efeitos de feedback mencionados acima, seu destino também depende de seu tamanho. “Quanto maior o manto de gelo, mais frio deve ser o clima para preservá-lo”, diz Blatter. No caso de mantos de gelo continentais menores que ainda estão se formando, os períodos de clima mais quente têm menor probabilidade de derretê-los. É uma história diferente com uma grande camada de gelo que se estende até latitudes geográficas mais baixas: um período relativamente breve de calor de alguns milhares de anos pode ser suficiente para causar o derretimento de uma camada de gelo e anunciar o fim de uma idade do gelo.

Os ciclos de Milankovitch

A explicação para a alternância cíclica dos períodos de gelo e calor vem do matemático sérvio Milutin Milankovitch (1879-1958), que calculou as mudanças na órbita da Terra e a insolação resultante na Terra, tornando-se assim o primeiro a descrever que as mudanças cíclicas na insolação são o resultado da sobreposição de uma série de ciclos: a inclinação do eixo da Terra flutua cerca de dois graus em um ciclo de 41.000 anos. Além disso, o eixo da Terra gira em um ciclo de 26.000 anos, muito parecido com um pião. Finalmente, a órbita elíptica da Terra em torno do Sol muda em um ciclo de cerca de 100.000 anos em dois aspectos: por um lado, muda de uma forma elíptica (circular) mais fraca para uma mais forte. Por outro lado, o eixo desta elipse gira no plano da órbita da Terra. O giro do eixo da Terra e a rotação elíptica dos eixos fazem com que o dia em que a Terra está mais próxima do sol (periélio) migre ao longo do ano civil em um ciclo de cerca de 20.000 anos: atualmente, é no início de janeiro em por volta de 10.000 anos, porém, será no início de julho.

Com base em seus cálculos, em 1941 Milankovitch postulou que a insolação no verão caracteriza os períodos de gelo e calor a sessenta e cinco graus ao norte, uma teoria que foi rejeitada pela comunidade científica durante sua vida. A partir da década de 1970, entretanto, tornou-se gradualmente mais claro que ela coincide essencialmente com os arquivos climáticos em sedimentos marinhos e núcleos de gelo. Hoje em dia, a teoria de Milankovitch é amplamente aceita. “A ideia de Milankovitch de que a insolação determina as eras glaciais estava certa em princípio”, diz Blatter. "No entanto, a ciência logo reconheceu que efeitos de feedback adicionais no sistema climático eram necessários para explicar as eras glaciais. Agora somos capazes de nomear e identificar esses efeitos com precisão."


Conteúdo

As principais e maiores divisões de tempo catalogadas são períodos chamados eras. O primeiro éon foi o Hadeano, começando com a formação da Terra e durando mais de 600 milhões de anos até o éon arqueano, quando a Terra esfriou o suficiente para que os continentes e a vida mais antiga conhecida surgissem. Após cerca de 2,5 bilhões de anos, o oxigênio gerado pela fotossíntese de organismos unicelulares começou a aparecer na atmosfera marcando o início do Proterozóico. Finalmente, o éon fanerozóico abrange 541 milhões de anos de abundância diversa de vida multicelular, começando com o aparecimento de cascas duras de animais no registro fóssil e continuando até o presente.

Eons são divididos em eras, que por sua vez são divididos em períodos, épocas e idades.

Os primeiros três éons (ou seja, cada éon, exceto o Fanerozóico) podem ser referidos coletivamente como o Pré-cambriano superéon. Trata-se do significado da Explosão Cambriana, uma diversificação massiva de formas de vida multicelulares que ocorreu no período Cambriano, no início do Fanerozóico.

As cinco linhas do tempo a seguir mostram a escala de tempo geológica. O primeiro mostra todo o tempo desde a formação da Terra até o presente, mas isso dá pouco espaço para o éon mais recente. Portanto, a segunda linha do tempo mostra uma visão expandida do eon mais recente. De maneira semelhante, a era mais recente é expandida na terceira linha do tempo, o período mais recente é expandido na quarta linha do tempo e a época mais recente é expandida na quinta linha do tempo.

Correspondendo a éons, eras, períodos, épocas e idades, os termos "eonothem", "erathem", "sistema", "série", "estágio" são usados ​​para se referir às camadas de rocha que pertencem a esses trechos do tempo geológico na história da Terra.

Os geólogos qualificam essas unidades como "precoce", "médio" e "tardio" quando se referem ao tempo, e "inferior", "médio" e "superior" quando se referem às rochas correspondentes. Por exemplo, a Série do Jurássico Inferior na cronoestratigrafia corresponde à Época do Jurássico Inferior na geocronologia. [2] Os adjetivos são capitalizados quando a subdivisão é formalmente reconhecida, e minúsculas quando não "Mioceno inicial", mas "Jurássico Inferior".

Evidências de datação radiométrica indicam que a Terra tem cerca de 4,54 bilhões de anos. [3] [4] A geologia ou tempo profundo do passado da Terra foi organizado em várias unidades de acordo com eventos que se acredita terem ocorrido. Diferentes períodos de tempo no GTS são geralmente marcados por mudanças correspondentes na composição dos estratos, que indicam grandes eventos geológicos ou paleontológicos, como extinções em massa. Por exemplo, a fronteira entre o período Cretáceo e o período Paleógeno é definida pelo evento de extinção Cretáceo-Paleógeno, que marcou a morte dos dinossauros não-aviários, bem como de muitos outros grupos de vida. Períodos de tempo mais antigos, que antecedem o registro fóssil confiável (antes do éon Proterozóico), são definidos por sua idade absoluta.

As unidades geológicas da mesma época, mas de diferentes partes do mundo, muitas vezes não são semelhantes e contêm fósseis diferentes; portanto, o mesmo período de tempo recebeu, historicamente, nomes diferentes em locais diferentes. Por exemplo, na América do Norte, o Baixo Cambriano é chamado de série Waucoban, que é subdividido em zonas com base na sucessão de trilobitas. No Leste Asiático e na Sibéria, a mesma unidade é dividida nos estágios Alexian, Atdabanian e Botomian. Um aspecto fundamental do trabalho da Comissão Internacional de Estratigrafia é reconciliar essa terminologia conflitante e definir horizontes universais que podem ser usados ​​em todo o mundo. [5]

Alguns outros planetas e luas do Sistema Solar têm estruturas suficientemente rígidas para ter registros preservados de suas próprias histórias, por exemplo, Vênus, Marte e a Lua da Terra. Planetas predominantemente fluidos, como os gigantes gasosos, não preservam sua história de forma comparável. Além do Bombardeio Pesado Tardio, os eventos em outros planetas provavelmente tiveram pouca influência direta na Terra, e os eventos na Terra tiveram, correspondentemente, pouco efeito sobre esses planetas. A construção de uma escala de tempo que liga os planetas é, portanto, de relevância apenas limitada para a escala de tempo da Terra, exceto no contexto do Sistema Solar. A existência, o momento e os efeitos terrestres do Bombardeio Pesado Tardio ainda são uma questão de debate. [uma]

Editar história primitiva

Na Grécia Antiga, Aristóteles (384-322 aC) observou que os fósseis de conchas marinhas nas rochas se assemelhavam aos encontrados nas praias - ele inferiu que os fósseis nas rochas eram formados por organismos e raciocinou que as posições da terra e do mar haviam mudado ao longo do tempo períodos de tempo. Leonardo da Vinci (1452-1519) concordou com a interpretação de Aristóteles de que os fósseis representavam os restos de vida antiga. [6]

O polímata persa do século XI Avicena (Ibn Sina, morreu em 1037) e o bispo dominicano do século XIII Albertus Magnus (falecido em 1280) ampliaram a explicação de Aristóteles em uma teoria de um fluido petrificante. [7] Avicena também propôs pela primeira vez um dos princípios subjacentes às escalas de tempo geológicas, a lei da superposição dos estratos, ao discutir as origens das montanhas em O Livro da Cura (1027). [8] O naturalista chinês Shen Kuo (1031–1095) também reconheceu o conceito de "tempo profundo". [9]

Estabelecimento de princípios básicos Editar

No final do século 17, Nicholas Steno (1638-1686) pronunciou os princípios subjacentes às escalas de tempo geológicas (geológicas). Steno argumentou que as camadas de rocha (ou estratos) foram estabelecidas em sucessão e que cada uma representa uma "fatia" do tempo. Ele também formulou a lei da superposição, que afirma que qualquer estrato é provavelmente mais velho do que os que estão acima e mais jovem do que os que estão abaixo. Embora os princípios de Steno fossem simples, aplicá-los revelou-se um desafio. Steno's ideas also lead to other important concepts geologists use today, such as relative dating. Over the course of the 18th-century geologists realized that:

  1. Sequences of strata often become eroded, distorted, tilted, or even inverted after deposition
  2. Strata laid down at the same time in different areas could have entirely different appearances
  3. The strata of any given area represented only part of Earth's long history

The Neptunist theories popular at this time (expounded by Abraham Werner (1749–1817) in the late 18th century) proposed that all rocks had precipitated out of a single enormous flood. A major shift in thinking came when James Hutton presented his Theory of the Earth or, an Investigation of the Laws Observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land Upon the Globe [10] before the Royal Society of Edinburgh in March and April 1785. John McPhee asserts that "as things appear from the perspective of the 20th century, James Hutton in those readings became the founder of modern geology". [11] : 95–100 Hutton proposed that the interior of Earth was hot and that this heat was the engine which drove the creation of new rock: land was eroded by air and water and deposited as layers in the sea heat then consolidated the sediment into stone and uplifted it into new lands. This theory, known as "Plutonism", stood in contrast to the "Neptunist" flood-oriented theory.

Formulation of geologic time scale Edit

The first serious attempts to formulate a geologic time scale that could be applied anywhere on Earth were made in the late 18th century. The most influential of those early attempts (championed by Werner, among others) divided the rocks of Earth's crust into four types: Primary, Secondary, Tertiary, and Quaternary. Each type of rock, according to the theory, formed during a specific period in Earth history. It was thus possible to speak of a "Tertiary Period" as well as of "Tertiary Rocks." Indeed, "Tertiary" (now Paleogene and Neogene) remained in use as the name of a geological period well into the 20th century and "Quaternary" remains in formal use as the name of the current period.

The identification of strata by the fossils they contained, pioneered by William Smith, Georges Cuvier, Jean d'Omalius d'Halloy, and Alexandre Brongniart in the early 19th century, enabled geologists to divide Earth history more precisely. It also enabled them to correlate strata across national (or even continental) boundaries. If two strata (however distant in space or different in composition) contained the same fossils, chances were good that they had been laid down at the same time. Detailed studies between 1820 and 1850 of the strata and fossils of Europe produced the sequence of geologic periods still used today.

Naming of geologic periods, eras and epochs Edit

Early work on developing the geologic time scale was dominated by British geologists, and the names of the geologic periods reflect that dominance. The "Cambrian", (the classical name for Wales) and the "Ordovician" and "Silurian", named after ancient Welsh tribes, were periods defined using stratigraphic sequences from Wales. [11] : 113–114 The "Devonian" was named for the English county of Devon, and the name "Carboniferous" was an adaptation of "the Coal Measures", the old British geologists' term for the same set of strata. The "Permian" was named after the region of Perm in Russia, because it was defined using strata in that region by Scottish geologist Roderick Murchison. However, some periods were defined by geologists from other countries. The "Triassic" was named in 1834 by a German geologist Friedrich Von Alberti from the three distinct layers (Latin trias meaning triad) – red beds, capped by chalk, followed by black shales – that are found throughout Germany and Northwest Europe, called the ‘Trias’. The "Jurassic" was named by a French geologist Alexandre Brongniart for the extensive marine limestone exposures of the Jura Mountains. The "Cretaceous" (from Latin creta meaning ‘chalk’) as a separate period was first defined by Belgian geologist Jean d'Omalius d'Halloy in 1822, using strata in the Paris basin [12] and named for the extensive beds of chalk (calcium carbonate deposited by the shells of marine invertebrates) found in Western Europe.

British geologists were also responsible for the grouping of periods into eras and the subdivision of the Tertiary and Quaternary periods into epochs. In 1841 John Phillips published the first global geologic time scale based on the types of fossils found in each era. Phillips' scale helped standardize the use of terms like Paleozóico ("old life"), which he extended to cover a larger period than it had in previous usage, and Mesozoic ("middle life"), which he invented. [13]

Dating of time scales Edit

When William Smith and Sir Charles Lyell first recognized that rock strata represented successive time periods, time scales could be estimated only very imprecisely since estimates of rates of change were uncertain. While creationists had been proposing dates of around six or seven thousand years for the age of Earth based on the Bible, early geologists were suggesting millions of years for geologic periods, and some were even suggesting a virtually infinite age for Earth. [ citação necessária ] Geologists and paleontologists constructed the geologic table based on the relative positions of different strata and fossils, and estimated the time scales based on studying rates of various kinds of weathering, erosion, sedimentation, and lithification. Until the discovery of radioactivity in 1896 and the development of its geological applications through radiometric dating during the first half of the 20th century, the ages of various rock strata and the age of Earth were the subject of considerable debate.

The first geologic time scale that included absolute dates was published in 1913 by the British geologist Arthur Holmes. [14] He greatly furthered the newly created discipline of geochronology and published the world-renowned book The Age of the Earth in which he estimated Earth's age to be at least 1.6 billion years. [15]

In 1977, the Global Commission on Stratigraphy (now the International Commission on Stratigraphy) began to define global references known as GSSP (Global Boundary Stratotype Sections and Points) for geologic periods and faunal stages. The commission's work is described in the 2012 geologic time scale of Gradstein et al. [16] A UML model for how the timescale is structured, relating it to the GSSP, is also available. [17]

The Anthropocene Edit

Popular culture and a growing number of scientists use the term "Anthropocene" informally to label the current epoch in which we are living. [18] The term was coined by Paul Crutzen and Eugene Stoermer in 2000 to describe the current time in which humans have had an enormous impact on the environment. It has evolved to describe an "epoch" starting some time in the past and on the whole defined by anthropogenic carbon emissions and production and consumption of plastic goods that are left in the ground. [19]

Critics of this term say that the term should not be used because it is difficult, if not nearly impossible, to define a specific time when humans started influencing the rock strata – defining the start of an epoch. [20] Others say that humans have not even started to leave their biggest impact on Earth, and therefore the Anthropocene has not even started yet.

The ICS has not officially approved the term as of September 2015 [update] . [21] The Anthropocene Working Group met in Oslo in April 2016 to consolidate evidence supporting the argument for the Anthropocene as a true geologic epoch. [21] Evidence was evaluated and the group voted to recommend "Anthropocene" as the new geological age in August 2016. [22] Should the International Commission on Stratigraphy approve the recommendation, the proposal to adopt the term will have to be ratified by the International Union of Geological Sciences before its formal adoption as part of the geologic time scale. [23]

The following table summarizes the major events and characteristics of the periods of time making up the geologic time scale. This table is arranged with the most recent geologic periods at the top, and the oldest at the bottom. The height of each table entry does not correspond to the duration of each subdivision of time.

The content of the table is based on the current official geologic time scale of the International Commission on Stratigraphy (ICS), [1] with the epoch names altered to the early/late format from lower/upper as recommended by the ICS when dealing with chronostratigraphy. [2]

The ICS now provides an online, interactive version of this chart too, https://stratigraphy.org/timescale/, based on a service delivering a machine-readable Resource Description Framework/Web Ontology Language representation of the timescale, which is available through the Commission for the Management and Application of Geoscience Information GeoSciML project as a service [24] and at a SPARQL end-point. [25] [26]

This is not to scale, and even though the Phanerozoic eon looks longer than the rest, it merely spans 500 million years, whilst the previous three eons (or the Precambrian supereon) collectively span over 3.5 billion years. This discrepancy is caused by the lack of action in the first three eons (or supereon) compared to the current eon (the Phanerozoic). [ disputed – discuss ]


Do high levels of CO2 in the past contradict the warming effect of CO2?

What The Science Says:
When CO2 levels were higher in the past, solar levels were also lower. The combined effect of sun and CO2 matches well with climate.

Climate Myth: CO2 was higher in the past
"The killer proof that CO2 does not drive climate is to be found during the Ordovician- Silurian and the Jurassic-Cretaceous periods when CO2 levels were greater than 4000 ppmv (parts per million by volume) and about 2000 ppmv respectively. If the IPCC theory is correct there should have been runaway greenhouse induced global warming during these periods but instead there was glaciation."
(The Lavoisier Group)

Over the Earth's history, there are times where atmospheric CO2 is higher than current levels. Intriguingly, the planet experienced widespread regions of glaciation during some of those periods. Does this contradict the warming effect of CO2? No, for one simple reason. CO2 is not the only driver of climate . To understand past climate, we need to include other forcings that drive climate. To do this, one study pieced together 490 proxy records to reconstruct CO2 levels over the last 540 million years ( Royer 2006 ). This period is known as the Phanerozoic eon.

Figure 1: Atmospheric CO2 through the Phanerozoic. Dashed line shows predictions of the GEOCARB carbon cycle model with grey shading representing uncertainty range. Solid line shows smoothed representation of the proxy record ( Royer 2006 ).

Atmospheric CO2 levels have reached spectacular values in the deep past, possibly topping over 5000 ppm in the late Ordovician around 440 million years ago. However, solar activity also falls as you go further back. In the early Phanerozoic, solar output was about 4% less than current levels. The combined net effect from CO2 and solar variations are shown in Figure 2. Periods of geographically widespread ice are indicated by shaded areas.


Figure 2: Combined radiative forcing from CO2 and sun through the Phanerozoic. Values are expressed relative to pre-industrial conditions (CO2 = 280 ppm solar luminosity = 342 W/m 2 ). The dark shaded bands correspond to periods with strong evidence for geographically widespread ice.

Periods of low CO2 coincide with periods of geographically widespread ice (with one notable exception, discussed below). This leads to the concept of the CO2-ice threshold - the CO2 level required to initiate a glaciation. When the sun is less active, the CO2-ice threshold is much higher. For example, while the CO2-ice threshold for present-day Earth is estimated to be 500 ppm, the equivalent threshold during the Late Ordovician (450 million years ago) is 3000 ppm.

However, until recently, CO2 levels during the late Ordovician were thought to be much greater than 3000 ppm which was problematic as the Earth experienced glacial conditions at this time. The CO2 data covering the late Ordovician is sparse with one data point in the CO2 proxy record close to this period - it has a value of 5600 ppm. Given that solar output was around 4% lower than current levels, CO2 would need to fall to 3000 ppm to permit glacial conditions. Could CO2 levels have fallen this far? Given the low temporal resolution of the CO2 record, the data was not conclusive.

Research examining strontium isotopes in the sediment record shed more light on this question ( Young 2009 ). Rock weathering removes CO2 from the atmosphere. The process also produces a particular isotope of strontium, washed down to the oceans via rivers. The ratio of strontium isotopes in sediment layers can be used to construct a proxy record of continental weathering activity. The strontium record shows that around the middle Ordovician, weatherability increased leading to an increased consumption of CO2. However, this was balanced by increased volcanic outgassing adding CO2 to the atmosphere. Around 446 million years ago, volcanic activity dropped while rock weathering remained high. This caused CO2 levels to fall below 3000 ppm, initiating cooling. It turns out falling CO2 levels was the cause of late Ordovician glaciation.

So we see that comparisons of present day climate to periods 500 million years ago need to take into account that the sun was less active than now. What about times closer to home? The last time CO2 was similar to current levels was around 3 million years ago, during the Pliocene. Back then, CO2 levels remained at around 365 to 410 ppm for thousands of years. Arctic temperatures were 11 to 16°C warmer (Csank 2011). Global temperatures over this period is estimated to be 3 to 4°C warmer than pre-industrial temperatures. Sea levels were around 25 metres higher than current sea level (Dwyer 2008).

If climate scientists were claiming CO2 was the only driver of climate, then high CO2 during glacial periods would be problematic. But any climate scientist will tell you CO2 is not the only driver of climate . Climatologist Dana Royer says it best : "the geologic record contains a treasure trove of 'alternative Earths' that allow scientists to study how the various components of the Earth system respond to a range of climatic forcings." Past periods of higher CO2 do not contradict the notion that CO2 warms global temperatures. On the contrary, they confirm the close coupling between CO2 and climate.


What is glacial erosion?

Glaciers are sheets of solidly packed ice and snow that cover large areas of land. They are formed in areas where the general temperature is usually below freezing. This can be near the North and South poles, and also on very high ground, such as large mountains. Snow upon snow on the land becomes compacted and turns into ice. Think about when you make a snowball. You gather fluffy snow in your hands and then press it together. The heat and pressure from your hands make some of the snow melt. When you take a hand away, the liquid water freezes again. The fluffy snow has been compacted into a hard snowball.

Glaciers are formed in a similar way, but on a much larger scale. Sunlight melts some of the snow. Then it freezes during the night, or if the temperature drops. More snow falls onto the surface. Eventually, the weight of snow layers upon snow layers, and the melting and freezing, turns the layers into solid ice. If this ice forms at a high elevation, it starts to slowly slip downhill as an ice “river.” It is called a glacier. On flat land this ice is called an ice cap.

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© Bruce Molnia, Terra Photographics

Ice changing the land

Ice can change the surface of the land. When you look around you, you may not see snow or ice that lasts all year long. That’s what it takes to make a glacier. More snow must fall in a region in winter than melts in summer. When this happens, the amount of snow builds up over time. It’s a lot like money in the bank. If you put more in than you take out, your bank account will grow. Glaciers work the same way. When enough snow builds up in an area, the snow on the bottom becomes compacted by the weight above, changing it into ice. You may have simulated this when making an iceball out of snow or crushed ice.

What’s amazing about ice is that it can flow. This means that ice in glaciers can move from one place to another. It’s not easy to comprehend how a solid can actually flow. Think about candy licorice. It’s a solid, but if you pull on both ends, it can be stretched, right? The force applied by your hands can make solid licorice flow. In glaciers, the force applied to ice by the weight of all the ice and snow above it can make it flow. As snow piles up, glacial ice flows sideways and downhill, making the glacier cover larger and larger areas over time. The growth of glaciers continues so long as there is more snow being added to the glacier than removed or melted away.

Maple syrup is a useful way to model of the way the piling up of ice makes it flow. Pour a single small drop of syrup onto a flat plate, and it will just sit there. Try the experiment again, but this time keep pouring out the syrup, and you will find that the weight of the “pile” makes the syrup flow away from the center. Glacial ice does the same thing - it flows under its own weight. Glacial ice can also flow downhill by the force of gravity. Try the syrup test again. Place a small drop on a plate, and nothing happens. But then tilt the plate at an angle, and the drop of syrup will begin to flow downhill under the force of gravity.


Courtesy NASA, Visible Earth

All glaciers are not the same. There are two major types of glaciers. One type, called continental glaciers (or ice sheets) is more like the pile of syrup on the flat plate. They form in polar climates by the build up of vast amounts of snow in a region over time. The Antarctic and Greenland Ice sheets are two current examples of continental glaciers. Valley glaciers are more like the drop of syrup that flows down a sloping plate. They form in areas of high elevation, where snowfall is high and the weather is cold most of the year. Valley glaciers tend to be long and small compared to ice sheets, which are large. The higher elevation region of valley glacier receives more snow than melts. The bottom or downhill end of valley glaciers is just the opposite - there is more melting than adding going on. Overall, if there is more snow being added than is being melted, on either a continental or valley glacier, the glacier will advance or grow.

It may be difficult to imagine, but the Earth’s climate has changed greatly over time. The Earth has gone through many cycles of warmer and colder average temperatures. Although the overall change in average global temperature may be as little as several degrees C, this is enough to change the amount of snow that falls or melts in a given region in a year. Suppose for example that the Earth goes through a cooling cycle for several thousand years. More snow falls than melts, and glaciers grow over time. In the past one million years, glaciers have advanced and retreated great distances (thousands of kilometers) at least four times. The last advance was enough to cover vast portions of the northern United States with a thick continental glacier.

As glaciers spread out over the surface of the land, (grow), they can change the shape of the land. They scrape away at the surface of the land, erode rock and sediment, carry it from one place to another, and leave it somewhere else. Thus, glaciers cause both erosional and depositional landforms.


Climates of the Past

Throughout much of Earth's geologic history, the global mean temperature was between 8°C and 15°C warmer than it is today with polar areas free of ice. These relatively warm periods were interrupted by cooler periods, referred to as ice ages. A decrease in average global temperature of 5°C may be enough start an ice age. The term “ice age” is misleading –– an “ice age” is actually a long period of climatic cooling, during which continents have repeated glaciations (glacial periods) interspersed with interglacial periods. During a glacial period, continental ice sheets, polar ice sheets and alpine glaciers are present or expand, sometimes covering as much as 30% of the continental landmasses. During an interglacial period, the climate is warmer and glaciers melt and retreat, and ice may cover less than 10% of Earth's land surfaces. During an ice age, climate fluctuates between glacial periods lasting tens of thousands of years and shorter interglacial periods.

Several ice ages have occurred over Earth's geologic history, and there is evidence of at least five major ice ages over the past 4.6 billion years. The following table shows Earth's generalized climatic history.

During the Precambrian and Paleozoic eras, four major ice ages occurred. The Mesozoic era spans from about 245 to 66 million years ago, and it is often called the “age of the dinosaurs.” This era was divided into three periods known as the Triassic, Jurassic, and the Cretaceous periods. During the Mesozoic era, there is no evidence of major glaciation, due in part to the large supercontinent, Pangaea, being located closer to the equatorial region of the planet. Some parts of Pangaea extended toward the South Pole but were still warm. As Pangaea split and the continents moved closer to their current positions, the climate remained warm. About 65 million years ago, there is evidence that a giant asteroid struck Earth. Scientists think that this event caused a mass extinction of the dinosaurs, who had dominated Earth for over 250 millions years, and other life forms.

During the late Paleocene epoch, Earth continued to warm. A huge amount of carbon dioxide flooded the ocean and atmosphere in possibly less than a span of 1,000 years, causing global average temperature to rise 5 to 9°C (9°to 16°F). This event is known as the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM). During this time, the ocean warmed and became more acidic. It is still unknown where all the carbon came from, but one idea is that methane hydrates, which are minerals in the ocean floor sediments, became unstable releasing a huge amount of methane into the water and atmosphere. In Module 2, you learned that methane is a major greenhouse gas.

Approximately 55 million years ago, Earth entered a long cooling trend due mostly to a decrease in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere. (In Module X, you will learn more about other causes of major shifts in climate.)

The most recent ice age began about 2.75 million years ago. This marked the beginning of the Pleistocene epoch. This epoch is characterized by periods of glaciation and warmer periods or interglacial periods. Overall temperature dropped by 4°C (7.2°F) and Earth entered the glacial/interglacial sequence characteristic of the last 2.75 million years. The following figure shows the sequence of glacial and interglacial periods over the past 800,000 years. Therefore, at the present time, Earth is in an interglacial period within the most recent ice age. Often, when you hear someone refer to the ice age, they are referring to the most recent glacial period within the current ice age that began 2.75 million years ago.


Interglacial Periods over the last 800,000 years

You have probably heard that the planet is experiencing a warming trend, but as you have read, climate has fluctuated many times over Earth's long geologic history. So how do you know if this trend is actually happening and if so, how fast is it warming?


Assista o vídeo: Glaciações ao longo da história da terra