Edat glacial

De Viquipèdia

Els casquets polars s'expandeixen durant les edats glacials. Aquesta imatge és del casquet antàrtic.
Els casquets polars s'expandeixen durant les edats glacials. Aquesta imatge és del casquet antàrtic.
Variacions en la temperatura, CO2, i pols glacial a Vostok durant els últims 400.000 anys
Variacions en la temperatura, CO2, i pols glacial a Vostok durant els últims 400.000 anys

Una edat glacial és un període de llarga durada en què baixa la temperatura global del clima de la Terra, donant com a resultat una expansió del glaç continental, els casquets polars i les glaceres. Glaciològicament, el terme edat glacial se sol usar per referir-se a un període amb casquets glacials tant a l'hemisferi nord com al sud; segons aquesta definició, encara ens trobem en una edat glacial (perquè encara hi ha casquets polars a Grenlàndia i l'Antàrtida). Més col·loquialment, quan es parla dels últims milions d'anys, s'utilitza edat glacial per referir-se a períodes més freds amb extensos casquets glacials a Nordamèrica i Euràsia: segons aquesta definició, l'edat glacial més recent s'acabà fa 10.000 anys. Aquest article usarà el terme edat glacial en el primer sentit, el glaciològic; el terme glacials pels períodes més freds de les edats de gel; i interglacials pels períodes més càlids.

Taula de continguts

[edita] Orígens de la teoria glaciològica

La idea que en el passat les glaceres han estat més extenses era coneixement popular en algunes regions alpines d'Europa: Imbrie i Imbrie (1979) recullen el testimoni d'un llenyataire que explicà a Jean de Charpentier l'antiga extensió de la glacera suïssa del Grimselpass. La teoria no va ser creada per una única persona. Entre 1825 i 1833, Charpentier reuní evidència per donar suport al concepte. El 1836, Charpentier i Venetz convenceren Louis Agassiz de la seva teoria, i Agassiz la publicà al seu llibre Étude sur les glaciers (estudi sobre les glaceres). Segons Macdougall, Charpentier i Venetz refusaren les idees d'Agassiz, que estengué llur treball, afirmant que la majoria dels continents estaven coberts de glaç en temps remots.

En aquell moment, el que s'estudiava eren els períodes glacials dels últims centenars de milers d'anys, durant l'edat glacial actual. Encara no se sospitava l'existència d'antigues edats de glaç.

[edita] Evidència de les edats glacials

Hi ha tres tipus principals d'evidència de les edats glacials: geològics, químics i paleontològics. L'evidència geològica es troba en diverses formes, com ara roques erosionades, morenes glacials, drumlins, l'excavació de valls i el dipòsit de til·lites o blocs erràtics. Les sèries de glaciacions tendeixen a distorsionar i eliminar l'evidència geològica, fent que sigui difícil d'interpretar. Es va trigar bastant a trobar la teoria actual.

L'evidència química consisteix principalment en variacions en la proporció d'isòtops en roques sedimentàries, nuclis sedimentaris oceànics i, pels períodes glacials més recents, nuclis de glaç. Com que l'aigua amb isòtops més pesants té una temperatura d'evaporació més alta, la seva quantitat es redueix quan les condicions són més fredes. Això permet la construcció d'un registre tèrmic. Tanmateix, aquesta evidència pot estar adulterada per altres factors que canvien la proporció d'isòtops. Per exemple, una extinció en massa incrementa la proporció d'isòtops lleugers als sediments i al glaç perquè els processos biològics tendeixen a preferir els isòtops lleugers, i una reducció en els processos biològics allibera més isòtops lleugers, que poden depositar-se als sediments.

L'evidència paleontològica consisteix en els canvis en la distribució geogràfica dels fòssils - durant un període de glaciació, els organismes adaptats al fred migren cap a latituds inferiors, i els organismes que prefereixen un clima més càlid s'extingeixen o viuen en zones més equatorials. També és difícil interpretar aquests indicis ja que calen: (1) seqüències de sediments que cobreixin un ampli període de temps, diferents latituds i que es puguin corelacionar fàcilment; (2) organismes antics que sobrevisquin durant diversos milions d'anys sense canvis, i dels quals es pugui conèixer el clima preferit, i (3) troballes de fòssils adients, cosa que depèn molt de l'atzar.

Malgrat les dificultats, les anàlisis de nuclis de glaç i de sediments oceànics mostren clarament l'alternança de glacials i interglacials durant els últims milions d'anys. També confirmen la relació entre les edats glacials i fenòmens de l'escorça continental com ara les morenes glacials, els drumlins i els blocs erràtics. Per això se solen acceptar els fenòmens de l'escorça continental com a bona evidència d'edats glacials anteriors quan es troben en capes creades molt abans que la finestra de temps que permeten estudiar els nuclis de glaç i els sediments marins.

[edita] Les grans edats glacials

Hi ha hagut almenys quatre grans edats glacials en el passat. A part d'aquests períodes, sembla que la Terra sempre ha estat lliure de glaç fins i tot a les latituds més altes.

L'edat glacial hipotètica més antiga, la Huroniana, tingué lloc entre fa 2.700 i 2.300 milions d'anys, a principis de l' Proterozoic.

L'edat glacial ben documentada més antiga, i probablement la més severa dels últims mil milions d'anys, tingué lloc entre fa 850 i 630 milions d'anys (el període Cryogenià), i podria haver produït una Terra bola de neu, en què el globus sencer estava cobert de glaç. Va acabar molt ràpidament a mesura que el vapor d'aigua tornava a l'atmosfera terrestre. S'ha suggerit que el final d'aquesta edat glacial va desencadenar l'explosió cambriana, tot i que aquesta teoria és recent i controvertida.

Els registres sedimentaris mostren les seqüències alternants de glacials i interglacials en els últims milions d'anys
Els registres sedimentaris mostren les seqüències alternants de glacials i interglacials en els últims milions d'anys

Una edat glacial menor, l'Andeana-Sahariana, tingué lloc entre fa 460 i 430 milions d'anys, durant l'Ordovicià superior i el Silurià. Hi hagué intervals amb extensos casquets polars entre fa 350 i 260 milions d'anys, durant el Carbonífer i Permià inferior, relacionats amb l'edat glacial Karoo.

L'edat glacial actual començà fa 40 milions d'anys amb l'expansió d'una capa de glaç a l'Antàrtida. S'intensificà a finals del Pliocè, fa 3 milions d'anys, amb l'extensió de capes de glaç a l'hemisferi nord, i continuà durant el Plistocè. Des d'aleshores, el món ha passat cicles de glaciació amb l'avenç i retrocés de les capes de glaç durant milers d'anys. El període glacial més recent s'acabà fa uns deu mil anys.

Les edats glacials també es poden subdividir segons l'àmbit geogràfic i el temps; per exemple, els noms Riss (fa 180.000 - 130.000 anys) i Würm (fa 70.000 - 10.000 anys) es refereixen específicament a glaciacions de la regió alpina. Cal remarcar que l'extensió màxima del glaç no es manté durant tot el període. Desafortunadament, l'acció erosionants de cada glaciació tendeix a eliminar la majoria de l'evidència de capes de glaç anteriors quasi completament, excepte en regions en què la capa més recent no arriba a l'expansió màxima. És possible que s'ignorin períodes glacials més antics, especialment del Precambrià, a causa de l'escassetat de roques de latituds altes dels períodes més antics.

[edita] Glacials i interglacials

El patró dels canvis en la temperatura i el volum de glaç relacionats amb els glacials i interglacials recents
El patró dels canvis en la temperatura i el volum de glaç relacionats amb els glacials i interglacials recents

Dins de les edats glacials (o almenys dins de l'última), hi ha períodes més temperats i més severs. Els més freds s'anomenen "períodes glacials", i els més càlids, "interglacials".

Els glacials es caracteritzen per climes més freds i càlids a la major part de la terra, així com per grans masses de glaç que s'expandeixen des dels pols per terra i mar. Les glaceres a les muntanyes arriben a altituds més baixes degut a una cota de neu més baixa. El nivell del mar baixa a causa de l'aigua atrapada al glaç. Hi ha proves que les glaciacions distorsionen els patrons de circulació oceànica. Com que la Terra té grans zones glaçades a l'Àrtic i l'Antàrtida, ens trobem en un mínim glacial. Aquests períodes s'anomenen "interglacials". L'actual és l'Holocè.

Es creia que els períodes interglacials solen durar uns 12.000 anys, però l'evidència revel·lada per l'estudi de nuclis de glaç sembla contradir això. Hi ha qui argumenta que poden durar fins a 28.000 anys.

Els canvis deguts a la variació orbital suggereixen que la propera edat glacial començarà d'aquí a 50.000 anys, malgrat l'escalfament global provocat per l'ésser humà. Però els canvis provocats pels gasos d'efecte hivernacle haurien de compensar la variació orbital mentre que es continuïn usant combustibles fòssils.

[edita] La retroalimentació positiva i negativa de les edats glacials

Cada període glacial està subjecte a una retroalimentació positiva que el fa més sever i una retroalimentació negativa que en mitiga els efectes i que (en tots els casos fins ara) acaba per posar-hi fi.

[edita] Processos que fan més severa l'edat glacial

El gel i la neu augmenten l'albedo, és a dir, fan que reflecteixi més llum solar i n'absorbeixi menys. Per tant, quan baixa la temperatura de l'aire, s'expandeixen les capes de glaç i neu, i això continua fins que s'assoleix un equilibri. La reducció dels boscos que provoca l'expansió del glaç també increment l'albedo.

Una altra teoria suggereix que un oceà Àrtic sense glaç provoca més precipitacions en forma de neu a les latituds altes. Quan l'oceà Àrtic està cobert de glaç a baixa temperatura, hi ha pova evaporació o sublimació, i això fa que les regions polars siguin bastant seques quant a les precipitacions, més o menys com els deserts. Aquestes escasses precipitacions permeten que la neu s'evapori durant l'estiu. Quan no hi ha glaç, l'oceà absorbeix energia solar durant els llargs dies estivals, i s'evapora més aigua. Amb més precipitacions, una part de la neu no s'evapora durant l'estiu, així que el gel glacial es forma a latituds inferiors, reduint les temperatures per mitjà de l'augment de l'albedo (les prediccions actuals indiquen que l'escalfament global eliminarà el glaç de l'oceà Àrtic d'aquí a 50 anys). L'aigua fresca adicional que arriba al nord de l'oceà Atlàntic durant un cicle més càlid també pot reduir la circulació termohalina (vegeu interrupció de la circulació termohalina). Una tal reducció (mitigant els efectes del corrent del Golf) també refredaria el nord d'Europa, cosa que conduiria a més neu. També s'ha suggerit que, durant una llarga edat glacial, les glaceres poden travessar el Golf de Sant Llorenç, arribant fins el nord de l'Atlàntic i blocant el corrent del Golf.

[edita] Processos que mitiguen l'edat glacial

Les capes glacials que es formen durant les glaciacions erosionen la terra que tenen a sota. Després d'un temps, això envia la terra per sota del nivell del mar, reduint l'espai en què es poden formar capes de glaç. Això mitiga la retroalimentació de l'albedo, tal com la reducció en el nivell del mar que acompanya la formació de les capes de glaç.

Un altre factor és que l'aridesa provocada pel màxim glacial redueix les precipitacions, fent més difícil que es mantingui la glaciació. El retrocés glacial provocat per aquest o qualsevol altre procés pot ser amplificat per processos similars.

[edita] Causes de les edats glacials

Les causes de les edats glacials encara són un tema controvertit tant per les edats de glaç en si com pels cicles glacial-interglacial. Hi ha consens en què diversos factors són importants: la composició de l'atmosfera; els canvis en l'òrbita de la Terra al voltant del Sol (els cicles de Milankovitch (i possiblement l'òrbita del Sol al voltant del centre de la galàxia); la moció de les plaques tectòniques i el seu efecte sobre la situació relativa i la quantitat d'escorça oceànica i terrestre a la superfície de la Terra; variacions en l'activitat solar; la dinàmica orbital del sistema Terra-Lluna; i l'impacte de meteorits de grans dimensions o les erupcions volcàniques.

Alguns d'aquests factors tenen una relació de causa-efecte. Per exemple, els canvis en la composició de l'atmosfera de la Terra (especialment la concentració de gasos d'efecte hivernacle) poden alterar el clima, mentre que el canvi climàtic pot canviar la composició de l'atmosfera.

[edita] Canvis en l'atmosfera terrestre

El canvi més important és el de la quantitat de gasos d'efecte hivernacle a l'atmosfera. Hi ha indicis que el nivell de gasos d'efecte hivernacle cau al principi de les edats glacials i augmenta durant el retrocés dels casquets glacials, però és difícil establir causa i efecte. El nivell de gasos d'efecte hivernacle també podria haver estat alterat per altres factors proposats com a causa de les edats glacials, com ara el moviment dels continents o el vulcanisme.

La teoria de la "Terra bola de neu" afirma que la severa glaciació de finals del Proterozoic arribà a la seva fi a causa d'un augment del nivell de CO2 a l'atmosfera, i alguns dels que donen suport a la teoria argumenten que la Terra bola de neu fou causada per una reducció del CO2 a l'atmosfera. Aquesta hipòtesi preveu futures "Terres bola de neu".

William Ruddiman ha proposat la hipòtesi de l'antropocè antic, segons la qual l'antropocè, el nom donat per alguns al període més recent de la història de la Terra, en què les activitats dels humans començaren a tenir un impacte global significatiu en el clima i els ecosistemes de la Terra, no començà al segle XVIII amb la Revolució Industrial, sinó que data de fa 8.000 anys, a causa de les intenses activitats agrícoles dels humans antics. Fou aleshores que la concentració de gasos d'efecte hivernacle aturà els cicles de Milankovitch. Rudiman afirma que els gasos d'efecte hivernacle generats per l'agricultura impediren el començament d'una nova edat glacial. Altres aspectes importants que contribuïren al clima de l'antiguitat són els corrents oceànics, que canvien segons la posició dels continents i altres factors. Poden refredar el clima (contribuint a la glaciació de l'Antàrtida) o escalfar-lo (fent que les Illes Britàniques tinguin un clima temperat en lloc de boreal).

[edita] Posició dels supercontinents

El registre geològic sembla indicar que les edats glacials comencen quan els continents es troben en una posició que bloqueja o redueix el flux d'aigua càlida de l'equador als pols, permetent la formació de casquets glacials. Les capes de gel augmenten l'albedo de la Terra, reduint l'absorció de radiació solar. Aquesta minva de l'absorció de radiació refreda l'atmosfera; aquest refredament fa crèixer els casquets de glaç, augmentant l'albedo encara més. Aquest cicle continua fins que la reducció en l'erosió causa un augment de l'efecte hivernacle.

Es coneixen tres configuracions de la posició dels continents que bloquegin o redueixin el flux d'aigua càlida de l'equador als pols:

  • Quan un continent es troba a un pol, com l'Antàrtida actualment
  • Quan un mar polar es troba quasi totalment envoltat de masses de terra, com l'oceà Àrtic
  • Un supercontinent cobreix la majoria de l'equador, com Rodínia al període Cryogenià

Com que la Terra té actualment un continent al pol sud i un oceà quasi totalment envoltat de terra al pol nord, els geòlegs creuen que la Terra continuarà sofrint períodes glacials al futur (geològicament) pròxim.

Alguns científics opinen que els Himalaies són un factor clau en l'edat glacial actual, ja que aquestes muntanyes incrementaren les precipitacions totals de la Terra, i per tant el ritme al qual el CO2 és eliminat de l'atmosfera, reduint l'efecte hivernacle. La formació dels Himalaies començà fa uns 70 milions d'anys, quan la placa indoaustraliana col·lidí amb la placa eurasiàtica, i encara continuen elevant-se uns 5 mm per any perquè la placa indoaustraliana es mou a un ritme de 67 mm per any. La història dels Himalaies encaixa generalment amb la reducció a llarg terme de la temperatura mitjana global des de mitjans de l'Eocè, fa 40 milions d'anys.

[edita] Variacions de l'òrbita de la Terra (cicles de Milankovitch)

Els cicles de Milankovitch són una sèrie de variacions cícliques en les característiques de l'òrbita de la Terra al voltant del Sol. Cada cicle té una durada diferent, de manera que a vegades els seus efectes es complementen i a vegades es cancel·len mútament.

És altament improbable que els cicles de Milankotivch puguin iniciar o posar fi a una edat glacial:

  • Fins i tot quan els seus efectes es combinen, no són suficients
  • Les ocasions en què els efectes es complementen o es cancel·len són molt més regulars i freqüents que les edats glacials

En canvi, hi ha indicis importants que els cicles de Milankovitch afecten l'alternança de períodes glacials i interglacials dins de les edats de gel. L'edat glacial actual és la més estudiada i la més ben entesa, especialment els últims 400.000 anys, ja que aquest és el període que cobreixen els nuclis de gel, que mostren la composició atmosfèrica, la temperatura i el volum de gel. En aquest període, la correspondència dels períodes glacials i interglacials amb els períodes de variació orbital és tan clara que se sol acceptar el paper que juga la variació de l'òrbita. Els efectes combinats de la distància canviant al Sol i les variacions en l'eix de la Terra i en la seva inclinació redistribueixen la llum solar que rep la Terra. Els més importants són els canvis en la inclinació de l'eix de la Terra, que afecten la intensitat de les estacions. Per exemple, la insolació a 65º de latitud nord al juliol pot variar fins un 25% ((de 400 W/m2 a 500 W/m2). Es creu que les capes de glaç avancen quan els estius es tornen massa freds per desfer tota la neu acumulada durant l'hivern anterior. Alguns creuen que les variacions orbitals no són suficients com per desencadenar una glaciació, però hi ha altres factors que poden contribuir-hi.

Mentre que la teoria de Milankovitch prediu que els canvis cíclics de l'òrbita poden quedar grabats al registre glacial, calen explicacions afegides per explicar quins cicles juguen el paper més important en l'alternança glacial-interglacial. De fet, durant els últims 800.000 anys, el període de temps d'alternança glacial-interglacial ha estat de 100.000 anys, cosa que es correspon amb els canvis en l'excentricitat i inclinació orbitals. Però aquesta és de llarg la freqüència més reduïda de les tres predites per Milankovitch. Durant el període entre fa 3 i 0,8 milions d'anys, el patró dominant de glaciació es corresponia amb el període de 41.000 anys dels canvis en la obliqüitat de la Terra (la inclinació del seu eix). Les raons del domini d'una freqüència sobre una altra encara no es comprenen bé i estan sent estudiades, però és probable que la resposta estigui relacionada amb algun tipus de ressonància al sistema climàtic terrestre.

L'explicació "tradicional" no arriba a explicar el domini del cicle de 100.000 anys durant els últims vuit cicles. Richard A. Muller, Gordon J. MacDonald i altres han indicat que aquests càlculs són aptes per un model bidimensional de l'òrbita terrestre, però que l'òrbita tridimensional també té un cicle de variació de l'obliqüitat que dura 100.000 anys. Han proposat que aquestes variacions de l'obliqüitat poden conduir a variacions en la insolació, ja que la Terra entra i surt de masses de pols que hi ha al sistema solar. Tot i que posa en joc un mecanisme diferent al del concepte tradicional, els períodes predits al llarg dels últims 400.000 anys són pràcticament els mateixos. La teoria de Muller i MacDonald ha estat qüestionada al seu torn per Rial.

William Ruddiman suggereix un model que explica el cicle de 100.000 anys per mitjà de l'efecte modulant de l'excentricitat sobre la precessió, combinat amb l'efecte dels gasos d'efecte hivernacle. Peter Huybers proposa encara una altra teoria, argumentant que el cicle dominant sempre ha estat el de 41.000 anys, però que la Terra té actualment un comportament climàtic en què només té lloc una edat glacial cada dos o tres cicles. Això implicaria que el període de 100.000 anys no és més que una il·lusió creada fent la mitjana de cicles que duren 80.000 i 120.000 anys. Aquesta teoria es correspon amb les incerteses de les datacions, però no ha rebut gaire suport.

[edita] Variacions en l'activitat solar

Hi ha almenys dos tipus de variació en l'activitat solar

  • A molt llarg terme, els astrofísics creuen que el sol allibera un 10% més d'energia cada 109 anys. D'aquí a mil milions d'anys, el 10% afegit serà suficient com per causar un efecte hivernacle irreversible a la Terra - l'augment de la temperatura produeix més vapor, el vapor funciona com a un gas d'efecte hivernacle molt més potent que el CO2, la temperatura augmenta, es produeix més vapor, etc.
  • Variacions a curt terme. Com que el Sol és immens, els efectes dels seus desequilibris interns i els processos de retroalimentació negativa triguen molt de temps a propagar-se, de manera que aquests processos es potencien i produeixen encara més desequilibris. En aquest context, "molt de temps" vol dir milers o milions d'anys.

L'augment a llarg termini de l'alliberament d'energia solar no pot ser la causa de les edats glacials.

Les variacions a curt termini més ben conegudes són els cicles de les taques solars, especialment el mínim de Maunder, que està relacionat amb la part més freda de la petita edat de glaç. Com els cicles de Milankovitch, els efectes dels cicles de les taques solars són massa febles i freqüents per explicar el començament i la fi de les edats glacials però és molt probable que siguin la raó dels canvis de temperatura dins de les edats glacials.

[edita] Vulcanisme

Els episodis volcànics més grans coneguts, les erupcions que crearen les trappes siberianes i del Decan i que jugaren un paper important en extincions en massa, no tenen res a veure amb les edats glacials. A primera vista, sembla que això vulgui dir que el vulcanisme no pot produir edats glacials.

Però el 70% de la superfície de la Terra està cobert d'aigua, i la teoria de les plaques tectòniques prediu que la totalitat de l'escorça oceànica de la Terra es renova cada 200 milions d'anys. Per tant, és impossible trobar indicis de trappes submarins o d'altres grans episodis volcànics de més de 200 milions d'anys d'antiguitat, i els indicis d'episodis volcànics més antics possiblement ja han estat esborrats. En altres paraules, que no s'hagin trobat proves d'altres esdeveniments volcànics a gran escala no significa que no hagin tingut lloc.

En teoria, és possible que els volcans submarins poguessin posar fi a una edat glacial, creant un escalfament global. Una explicació proposada del màxim tèrmic del Paleocè-Eocè és que els volcans submarins alliberaren metà atrapat en clatrats, causant un gran i ràpid increment de l'efecte hivernacle. No sembla haver-hi indicis geològics d'aquestes erupcions en aquest període, però això no implica que no tingueren lloc.

És més difícil veure quin paper podria tenir el vulcanisme en començar una edat glacial, ja que els efectes refredants haurien de ser més forts i a més llarg termini que els efectes escalfants. Això exigiria pols i núvols d'aerosols que romanguessin a l'atmosfera superior, blocant la llum solar durant milers d'anys, cosa que sembla molt improbable. Els volcans submarins no podrien produir aquest efecte ja que la pols i els aerosols serien absorbits per la mar abans que arribessin a l'atmosfera.

[edita] Vegeu també