CHE COS'è UN'ERA GLACIALE?

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Gli scienziati sanno da tempo che la Terra attraversa cicli di cambiamento climatico. A causa dei cambiamenti nell'orbita terrestre, dei fattori geologici e / o dei cambiamenti nell'emissione solare, la Terra subisce occasionalmente riduzioni significative della sua superficie e delle temperature atmosferiche. Ciò si traduce in periodi di glaciazione a lungo termine o in ciò che è più colloquialmente noto come "era glaciale".

Questi periodi sono caratterizzati dalla crescita e dall'espansione delle calotte glaciali sulla superficie terrestre, che si verificano ogni pochi milioni di anni. Per definizione siamo ancora nell'ultima grande era glaciale - iniziata durante la tarda epoca pliocenica (circa 2,58 milioni di anni fa) - e siamo attualmente in un periodo interglaciale, caratterizzato dal ritiro dei ghiacciai.

Definizione:

Mentre il termine "era glaciale" viene talvolta usato in modo libero per riferirsi a periodi freddi nella storia della Terra, ciò tende a credere alla complessità dei periodi glaciali. La definizione più accurata sarebbe che le ere glaciali sono periodi in cui le calotte glaciali e i ghiacciai si espandono in tutto il pianeta, il che corrisponde a significativi cali delle temperature globali e può durare per milioni di anni.

Durante un'era glaciale, ci sono significative differenze di temperatura tra l'equatore e i poli e anche le temperature a livelli di acque profonde hanno mostrato di scendere. Ciò consente ai grandi ghiacciai (paragonabili ai continenti) di espandersi, coprendo gran parte della superficie del pianeta. Dall'era pre-cambriana (circa 600 milioni di anni fa), le ere glaciali si sono verificate a intervalli di circa 200 milioni di anni.

Storia dello studio:

Il primo scienziato a teorizzare sui periodi glaciali passati fu l'ingegnere e geografo svizzero del XVIII secolo Pierre Martel. Nel 1742, mentre visitava una valle alpina, scrisse della dispersione di grandi rocce in formazioni irregolari, che i locali attribuivano ai ghiacciai che una volta avevano esteso molto di più. Spiegazioni simili iniziarono ad emergere nei decenni successivi per modelli simili di distribuzione del masso in altre parti del suo mondo.

Dalla metà del XVIII secolo in poi, gli studiosi europei iniziarono sempre più a considerare il ghiaccio come mezzo di trasporto di materiale roccioso. Ciò includeva la presenza di massi nelle aree costiere negli Stati baltici e nella penisola scandinava. Tuttavia, fu la geologa danese-norvegese Jens Esmark (1762–1839) che per prima sostenne l'esistenza di una sequenza di ere glaciali mondiali.

Questa teoria fu dettagliata in un documento pubblicato nel 1824, in cui proponeva che i cambiamenti nel clima della Terra (dovuti a cambiamenti nella sua orbita) fossero responsabili. Questo fu seguito nel 1832 dal geologo e professore forestale tedesco Albrecht Reinhard Bernhardi speculando su come una volta le calotte polari potessero arrivare fino alle zone temperate del mondo.

Allo stesso tempo, il botanico tedesco Karl Friedrich Schimper e il biologo svizzero-americano Louis Agassiz iniziarono a sviluppare autonomamente la propria teoria sulla glaciazione globale, che portò a Sciper coniare il termine "era glaciale" nel 1837. Alla fine del XIX secolo, la teoria dell'era glaciale gradualmente cominciò ad ottenere una diffusa accettazione dell'idea che la Terra si raffreddasse gradualmente dal suo stato originale fuso.

Nel XX secolo, il polimero serbo Milutin Milankovic sviluppò il suo concetto di cicli di Milankovic, che collegava i cambiamenti climatici a lungo termine ai cambiamenti periodici dell'orbita terrestre attorno al Sole. Ciò ha offerto una spiegazione dimostrabile per le ere glaciali e ha permesso agli scienziati di fare previsioni su quando potrebbero verificarsi nuovamente cambiamenti significativi nel clima terrestre.

Prove per le ere glaciali:

Esistono tre forme di evidenza per la teoria dell'era glaciale, che vanno dal geologico e dal chimico al paleontologico (cioè la documentazione fossile). Ognuno ha i suoi particolari vantaggi e svantaggi e ha aiutato gli scienziati a sviluppare una comprensione generale dell'effetto che le ere glaciali hanno avuto sui dati geologici negli ultimi miliardi di anni.

geologica: Le prove geologiche includono la raschiatura e il graffio delle rocce, le valli scolpite, la formazione di particolari tipi di creste e la deposizione di materiale non consolidato (morene) e grandi rocce in formazioni irregolari. Mentre questo tipo di prova è ciò che ha portato alla teoria dell'era glaciale in primo luogo, rimane di carattere.

Per uno, i successivi periodi di glaciazione hanno effetti diversi su una regione, che tende a distorcere o cancellare le prove geologiche nel tempo. Inoltre, le prove geologiche sono difficili da datare esattamente, causando problemi quando si tratta di ottenere una valutazione accurata della durata dei periodi glaciali e interglaciali.

chimica: Ciò consiste in gran parte nelle variazioni nei rapporti degli isotopi nei fossili scoperti nei campioni di sedimenti e rocce. Per periodi glaciali più recenti, le carote di ghiaccio vengono utilizzate per costruire un record di temperatura globale, in gran parte dalla presenza di isotopi più pesanti (che portano a temperature di evaporazione più elevate). Spesso contengono anche bolle d'aria, che vengono esaminate per valutare la composizione dell'atmosfera al momento.

Le limitazioni derivano da vari fattori, tuttavia. I primi tra questi sono i rapporti isotopici, che possono avere un effetto confondente su una datazione accurata. Ma per quanto riguarda i periodi glaciali e interglaciali più recenti (cioè negli ultimi milioni di anni), i campioni di nucleo di ghiaccio e di sedimento oceanico rimangono la forma di prova più attendibile.

Paleontologico: Questa evidenza consiste in cambiamenti nella distribuzione geografica dei fossili. Fondamentalmente, gli organismi che prosperano in condizioni più calde si estinguono durante i periodi glaciali (o diventano fortemente limitati alle latitudini più basse), mentre gli organismi adattati al freddo prosperano in queste stesse latitudini. Ergo, una ridotta quantità di fossili a latitudini più elevate è un'indicazione della diffusione delle calotte glaciali.

Questa prova può anche essere difficile da interpretare perché richiede che i fossili siano rilevanti per il periodo geologico in esame. Richiede anche che i sedimenti su ampie gamme di latitudini e lunghi periodi di tempo mostrino una chiara correlazione (dovuta ai cambiamenti della crosta terrestre nel tempo). Inoltre, ci sono molti organismi antichi che hanno dimostrato la capacità di sopravvivere ai cambiamenti delle condizioni per milioni di anni.

Di conseguenza, gli scienziati fanno affidamento su un approccio combinato e su molteplici linee di evidenza ove possibile.

Cause dell'età glaciale:

Il consenso scientifico è che diversi fattori contribuiscono all'insorgenza delle ere glaciali. Questi includono i cambiamenti nell'orbita terrestre attorno al Sole, il movimento delle placche tettoniche, le variazioni della produzione solare, i cambiamenti nella composizione atmosferica, l'attività vulcanica e persino l'impatto di grandi meteoriti. Molti di questi sono correlati e il ruolo esatto che ogni ruolo è soggetto a dibattito.

Orbita terrestre: In sostanza, l'orbita terrestre attorno al Sole è soggetta a variazioni cicliche nel tempo, un fenomeno noto anche come cicli di Milankovic (o Milankovitch). Questi sono caratterizzati dal cambiamento delle distanze dal Sole, dalla precessione dell'asse terrestre e dalla variazione dell'inclinazione dell'asse terrestre, il che si traduce in una ridistribuzione della luce solare ricevuta dalla Terra.

Le prove più convincenti per la forzatura orbitale di Milankovic corrispondono strettamente al periodo più recente (e studiato) della storia della Terra (circa negli ultimi 400.000 anni). Durante questo periodo, i tempi dei periodi glaciali e interglaciali sono così vicini ai cambiamenti nei periodi di forzatura orbitale di Milankovic che è la spiegazione più ampiamente accettata per l'ultima era glaciale.

Placche tettoniche:La documentazione geologica mostra un'apparente correlazione tra l'inizio delle ere glaciali e le posizioni dei continenti terrestri. Durante questi periodi, si trovavano in posizioni che interrompevano o bloccavano il flusso di acqua calda ai poli, permettendo così la formazione di strati di ghiaccio.

Questo a sua volta ha aumentato l'albedo della Terra, riducendo la quantità di energia solare assorbita dall'atmosfera e dalla crosta terrestri. Ciò ha provocato un circuito di feedback positivo, in cui l'avanzamento delle calotte glaciali ha ulteriormente aumentato l'albedo terrestre e ha permesso un maggiore raffreddamento e più glaciazione. Ciò continuerebbe fino a quando l'insorgenza di un effetto serra non concluderà il periodo di glaciazione.

Sulla base delle ere glaciali passate, sono state identificate tre configurazioni che potrebbero portare a un'era glaciale - un continente seduto in cima al polo terrestre (come fa oggi l'Antartide); un mare polare bloccato a terra (come lo è oggi l'Oceano Artico); e un super continente che copre la maggior parte dell'equatore (come fece Rodinia durante il periodo criogenico).

Inoltre, alcuni scienziati ritengono che la catena montuosa dell'Himalaya - che si è formata 70 milioni di anni fa - abbia avuto un ruolo importante nell'ultima era glaciale. Aumentando le precipitazioni totali della Terra, ha anche aumentato la velocità con cui la CO² è stata rimossa dall'atmosfera (diminuendo così l'effetto serra). La sua esistenza ha anche parallelamente la diminuzione a lungo termine della temperatura media della Terra negli ultimi 40 milioni di anni.

Composizione atmosferica: Vi sono prove che i livelli di gas serra diminuiscono con l'avanzamento delle calotte glaciali e aumentano con la loro ritirata. Secondo l'ipotesi di "Snowball Earth" - in cui il ghiaccio copriva completamente o quasi il pianeta almeno una volta in passato - l'era glaciale del tardo proterozoico era terminata da un aumento dei livelli di CO² nell'atmosfera, che era attribuito al vulcanico eruzioni.

Tuttavia, ci sono quelli che suggeriscono che un aumento dei livelli di anidride carbonica potrebbe essere servito da meccanismo di feedback, piuttosto che dalla causa. Ad esempio, nel 2009, un team internazionale di scienziati ha prodotto uno studio - intitolato "L'ultimo massimo glaciale" - che indicava che un aumento dell'irradiazione solare (cioè l'energia assorbita dal sole) ha fornito il cambiamento iniziale, mentre i gas serra hanno rappresentato il entità del cambiamento.

Grandi epoche glaciali:

Gli scienziati hanno determinato che almeno cinque grandi ere glaciali hanno avuto luogo nella storia della Terra. Questi includono l'era glaciale huroniana, criogenica, andina-sahariana, karoo e del Qauternary. L'era glaciale huroniana è datata al primo Eone protzerozoico, circa 2,4-2,1 miliardi di anni fa, sulla base di prove geologiche osservate a nord e nord-est del lago Huron (e correlate ai depositi trovati nel Michigan e nell'Australia occidentale).

L'era glaciale criogenica è durata da circa 850 a 630 milioni di anni fa ed è stata forse la più grave della storia della Terra. Si ritiene che durante questo periodo le calotte glaciali raggiungessero l'equatore, portando così a uno scenario di "Snowball Earth". Si ritiene inoltre che si sia concluso a causa di un improvviso aumento dell'attività vulcanica che ha innescato un effetto serra, anche se (come notato) questo è oggetto di dibattito.

L'era glaciale andina-sahariana ebbe luogo durante il tardo Ordoviciano e il periodo Siluriano (circa 460-420 milioni di anni fa). Come suggerisce il nome, le prove qui si basano su campioni geologici tratti dalla catena montuosa Tassili n'Ajjer nel Sahara occidentale e correlati da prove ottenute dalla catena montuosa andina in Sud America (così come dalla penisola arabica e dal sud Bacino amazzonico).

L'era glaciale del Karoo è attribuita all'evoluzione delle piante terrestri durante l'inizio del periodo devoniano (circa 360-260 milioni di anni fa) che ha causato un aumento a lungo termine dei livelli planetari di ossigeno e una riduzione dei livelli di CO² - portando a livello globale raffreddamento. Prende il nome da depositi sedimentari scoperti nella regione del Karoo in Sudafrica, con prove correlate trovate in Argentina.

L'attuale era glaciale, nota come glaciazione pliocenica-quaternaria, iniziò circa 2,58 milioni di anni fa durante il tardo pliocenico, quando iniziò la diffusione delle calotte glaciali nell'emisfero settentrionale. Da allora, il mondo ha vissuto diversi periodi glaciali e interglaciali, in cui le calotte glaciali avanzano e si ritirano su scale temporali da 40.000 a 100.000 anni.

La Terra è attualmente in un periodo interglaciale e l'ultimo periodo glaciale è terminato circa 10.000 anni fa. Ciò che rimane delle calotte glaciali continentali che una volta si estendevano in tutto il mondo sono ora limitate alla Groenlandia e all'Antartico, così come ai ghiacciai più piccoli - come quello che copre l'isola di Baffin.

Cambiamenti climatici antropogenici:

L'esatto ruolo svolto da tutti i meccanismi a cui sono attribuite le ere glaciali - vale a dire forzatura orbitale, forzatura solare, attività geologica e vulcanica - non è ancora del tutto chiaro. Tuttavia, dato il ruolo dell'anidride carbonica e di altre emissioni di gas a effetto serra, negli ultimi decenni vi è stata una grande preoccupazione per gli effetti a lungo termine dell'attività umana sul pianeta.

Ad esempio, in almeno due grandi ere glaciali, l'era glaciale criogenica e il Karoo, si ritiene che gli aumenti e le diminuzioni dei gas serra atmosferici abbiano avuto un ruolo importante. In tutti gli altri casi, in cui si ritiene che la forzatura orbitale sia la causa principale della fine dell'era glaciale, l'aumento delle emissioni di gas a effetto serra era ancora responsabile del feedback negativo che ha portato a aumenti della temperatura ancora maggiori.

L'aggiunta di CO2 da parte delle attività umane ha anche svolto un ruolo diretto nei cambiamenti climatici in atto in tutto il mondo. Attualmente, la combustione di combustibili fossili da parte degli esseri umani costituisce la più grande fonte di emissioni di anidride carbonica (circa il 90%) in tutto il mondo, che è uno dei principali gas a effetto serra che consente la forzatura delle radiazioni (nota anche come effetto serra).

Nel 2013, la National Oceanic and Atmospher Administration ha annunciato che i livelli di CO² nell'atmosfera superiore hanno raggiunto per la prima volta 400 parti per milione (ppm) dall'inizio delle misurazioni nel XIX secolo. Sulla base dell'attuale tasso di crescita delle emissioni, la NASA stima che i livelli di carbonio potrebbero raggiungere tra 550 e 800 ppm nel prossimo secolo.

Se il primo scenario fosse il caso, la NASA prevede un aumento di 2,5 ° C (4,5 ° F) delle temperature globali medie, il che sarebbe sostenibile. Tuttavia, se quest'ultimo scenario dovesse dimostrarsi il caso, le temperature globali aumenteranno in media di 4,5 ° C (8 ° F), il che renderebbe la vita insostenibile per molte parti del pianeta. Per questo motivo, si stanno cercando alternative per lo sviluppo e l'adozione commerciale diffusa.

Inoltre, secondo uno studio di ricerca del 2012 pubblicato in Nature Geoscience- intitolato "Determinare la lunghezza naturale dell'attuale interglaciale" - si prevede che anche le emissioni umane di CO² rimandino alla prossima era glaciale. Utilizzando i dati sull'orbita terrestre per calcolare la durata dei periodi interglaciali, il team di ricerca ha concluso che il prossimo ghiaccio (previsto per 1500 anni) richiederebbe che i livelli di CO² atmosferici rimangano al di sotto di circa 240 ppm.

Imparare di più sulle ere glaciali più lunghe e sui periodi glaciali più brevi che hanno avuto luogo nel passato della Terra è un passo importante verso la comprensione dei cambiamenti climatici della Terra nel tempo. Ciò è particolarmente importante in quanto gli scienziati cercano di determinare quanta parte dei moderni cambiamenti climatici è prodotta dall'uomo e quali possibili contromisure possono essere sviluppate.

Abbiamo scritto molti articoli sulla rivista L'era glaciale per lo spazio. Il nuovo studio rivela la piccola era glaciale guidata dal vulcanismo, un asteroide assassino ha spinto il pianeta in un'era glaciale? C'era una Terra slushball? E Marte sta uscendo da un'era glaciale?

Se desideri maggiori informazioni sulla Terra, consulta la Guida di esplorazione del sistema solare della NASA sulla Terra. Ed ecco un link all'Osservatorio della Terra della NASA.

Abbiamo anche registrato un episodio di Cast di astronomia tutto sul pianeta Terra. Ascolta qui, Episodio 51: Earth ed Episodio 308: Climate Change.

Fonte: