Nejsem si úplně jistý, zda se otázka ptá na ledovou, ledovou dobu nebo sněhovou Zemi, a zda jde o začátek nebo konec ledové doby. Pokusím se zasáhnout všechny tři.

Ledové a Milankovitchovy cykly

Doba ledová je dlouhé rozpětí času, které je poznamenáno časovými obdobími, během nichž led zasahuje daleko od pólů, proložené obdobími, během nichž led ustupuje (ale nikdy úplně nezmizí). Časová období, během nichž led pokrývá velkou část Země, se nazývají ledovce; období, během nichž led ustupuje, aby pokryl pouze oblasti na dalekém severu a dalekém jihu, se nazývají interglaciály. Žijeme v podmínkách doby ledové, právě teď. Na Antarktidě a v Grónsku je stále led. Jsme také v interglaciálním období v té větší době ledové. Současná doba ledová začala zhruba před 33 miliony let, zatímco současný interglacial začal zhruba před 11 700 lety.

Milankovitchovy cykly určují, zda je Země v ledovcovém nebo interglaciálním období. Pro vznik a šíření ledu jsou vhodné podmínky, když precese staví léto severní polokoule blízko aphelionu a zima blízko perihelionu a když jsou jak šikmost, tak výstřednost nízká. Země v současné době splňuje první z těchto podmínek, ale šikmost a výstřednost jsou příliš vysoké. Díky tomu jsou léta na severní polokouli trochu příliš teplá, naše zimy příliš chladné.

Milankovitchovy cykly] poskytují několik odpovědí na otázku „kam jde energie?“ V dobách, kdy jsou podmínky pro zalednění zralé, se energie na severní polokouli šíří rovnoměrněji po celý rok než časy, které zalednění nepřispívají. Léta jsou mírnější, což znamená, že nahromaděný sníh se tolik neroztaje. Zimy jsou mírnější, což znamená více sněhu.

Jakmile se led stane všudypřítomným, další odpovědí na otázku „Kam jde energie“ je vesmír. Led a sníh jsou bílé. Jejich přítomnost snižuje množství slunečního záření absorbovaného Zemí.

První článek uvedený níže Hays et al. je klíčová práce, která dostala do popředí koncept Milankovitchových cyklů. Druhý článek Abe-Ouchiho a kol. pojednává o nedávné simulaci klimatu, která úspěšně obnovuje mnoho hlavních rysů nejnovějších zalednění. A co je nejdůležitější, zdá se, že tento článek vyřešil 100 000 let trvající záhadu a ukazuje, proč deglaciace funguje tak rychle.

Hays, JD, Imbrie, J., & Shackleton, NJ (1976, Prosinec). „Variace na oběžné dráze Země: kardiostimulátor ledových dob.“ Americká asociace pro pokrok ve vědě.

Abe-Ouchi, A., Saito, F., Kawamura, K., Raymo, ME, Okuno, JI, Takahashi, K., & Blatter, H. (2013). „100 000 let ledovcových cyklů řízených slunečním zářením a hystereze objemu ledového plátu.“ Příroda , 500 (7461), 190-193.

Icehouse Earth vs. Greenhouse Earth

Zdá se, že se klima Země přepínalo mezi dva klimatické extrémy pro většinu existence Země, jeden, kde je chladno a pravděpodobně se vytvoří led, a druhý, kde led na celém světě chybí, snad s výjimkou pólů. Dinosauři se potulovali po Arktidě a Antarktidě, když byla Země v jedné ze svých skleníkových fází. Země byla po většinu své existence ve skleníkové fázi.

Milankovitchovy cykly nezpůsobují zalednění během skleníkových období Země. Doby ledové nastávají, když je Země v ledovcové fázi. Zdá se, že k rozlišení fází skleníku a skleníku jsou polohy a orientace kontinentů. Kontinent umístěný nad pólem pomáhá ochladit klima. Orientace na kontinenty, aby směrovaly cirkulaci oceánu způsobem, který udržuje oceán v pohodě, také pomáhá ochladit klima.

Země přešla ze svého skleníkového režimu do svého skleníkového režimu asi před 33 miliony let. To je pravda, když se v oceánu staly dvě klíčové události. Do té doby byla Antarktida stále spojena s Austrálií i Jižní Amerikou. Oddělení od Tasmánie vytvořilo Tasmánskou bránu, zatímco odloučení od Jižní Ameriky vytvořilo Drakův průchod. To znamenalo zrod velmi chladného Jižního oceánu, to znamenalo nahromadění ledu na Antarktidě a to znamenalo konec eocénu.

Bijl, PK, Bendle, JA, Bohaty, SM, Pross, J., Schouten, S., Tauxe, L., ... & Yamane, M. (2013). „Chlazení eocénu souvisí s časným tokem přes Tasmánskou bránu.“ Proceedings of the National Academy of Sciences , 110 (24), 9645-9650.

Exon, N., Kennett, J., & Malone „M. Leg 189 Shipboard Scientific Party (2000). „Otevření tasmánské brány vyvolalo globální kenozoické paleoklimatické a paleoceanografické změny: výsledky etapy 189.“ JOIDES J , 26 (2), 11-18.

Snowball Earth and the Faint Young Sun Paradox

Epizody Snowball Earth nebyly průměrná doba ledová. Led se obvykle nepřiblíží tropům, a to ani v nejhorších dobách ledových. Snowball Earth znamená právě to; sníh a led zasáhly dobře do tropů a mohly se rozšířit až k rovníku.

Problém se sněhovou koulí Země nevysvětluje, kam veškerá energie šla. Skutečným problémem je vysvětlit, proč starověká Země nebyla ve stavu trvalé sněhové koule Země, počínaje krátce poté, co Země vyzařovala počáteční teplo z formování Země.

Sluneční konstanta není zcela konstantní. I když se z roku na rok, nebo dokonce století na století, vůbec nemění, během miliard let se hodně mění. Mladé hvězdy třídy G produkují podstatně méně energie než hvězdy středního věku třídy G, které zase produkují podstatně méně energie než hvězdy starší třídy G. Když bylo naše Slunce mladé, produkovalo jen asi 75% energie než nyní.

Zdroj obrázku: http://en.wikipedia.org /wiki/File:Solar_evolution_(English).svg.

Podle všeho měla být Země úplně pokryta ledem. Mladé Slunce neprodukovalo dostatek energie na podporu otevřených oceánů. Očividně tomu tak nebylo. Existuje spousta geologických důkazů, že Země měla otevřené oceány, i když byla Země docela mladá.

Tento čtyřicetiletý hlavolam, který poprvé vznesli Carl Sagan a George Mullen, je slabé mladé Slunce paradox. Z paradoxu existuje řada navržených způsobů, jak se vymanit z paradoxu, ale žádný z nich není zcela v souladu s geologickými důkazy.

Jedno zjevné východisko je, že raná atmosféra Země byla velmi odlišná od našeho dusíkatého kyslíku atmosféru a obsahoval podstatně více skleníkových plynů. O množství skleníkových plynů potřebných k odvrácení permanentní sněhové koule Země je velmi diskutováno, a to od minima po extrémní množství. Dalším východiskem je redukované albedo kvůli výrazně menším počátkům kontinentů a nedostatku života. Mladá Země by byla většinou oceánem a oceánská voda je spíše temná (pokud není pokryta ledem). Nedostatek života znamená žádná jádra kondenzace biogenních mraků, což znamená méně mraků.

Goldblatt, C., & Zahnle, K. J. (2011). „Zůstává paradox slabého mladého Slunce.“ Nature , 474 (7349), E1-E1.

Kienert, H., Feulner, G., & Petoukhov, V. (2012). „Problém slabého mladého Slunce je vážnější kvůli zpětné vazbě led-albedo a vyšší rychlosti rotace rané Země.“ Geophysical Research Letters , 39 (23).

Rosing, M. T., Bird, D. K., Sleep, N. H., & Bjerrum, C. J. (2010). „Žádný paradox klimatu pod slabým ranním Sluncem.“ Nature , 464 (7289), 744-747.

Samozřejmě to není „absurdní“, a když se podíváte na údaje o energetickém rozpočtu míčového parku, uvidíte proč:

Za prvé, nemyslím si, že by někdo tvrdil, že Země je úplně zamrzlý. Spíše scénář „rozbředlý na rovníku“. Předpokládejme ale pro argumenty průměrnou tloušťku 1 km ledu (tj. Pravděpodobně přehánění, ačkoli polární led by byl silnější).

Aktuální tepelný rozpočet najdete zde.

Příslušné údaje:

Tok geotermálního tepla (vertikálně skrz horninu, primárně z radioaktivního rozpadu &ovým chlazením) je ~ $ 0,084 \ \ mathrm {W / m ^ 2} $.

Solární vstup: $ 340 \ mathrm {W / m ^ 2} $ Asi čtvrtina z toho se odráží zpět, ale to se bude lišit podle podmínek (např. ledová pokrývka, mraky atd.). Nepředpokládejte žádný odraz. (ano, přítomnost ledu by způsobila odraz - ale může také snížit oblačnost kvůli sníženému odpařování?).

Poznámka: geotermální energie je ve srovnání se slunečním tokem malá, takže ji budeme ignorovat.

Ten 1 km ledu = 1 000 m ³ ledu (na metr čtvereční).

Předpokládejme, že proces tavení by také zahrnoval zvýšení o 10 ° C kromě latentního tepla z tavení (tj. ano, roztavíme vodu, ale také trochu zvýšíme její teplotu).

Celková požadovaná energie (za $ \ mathrm {m ^ 3} $) = (teplota zvýšení \ krát Tepelná kapacita vody + Latentní teplo tání) × objem.

Takže pokud připojíme naše čísla, bylo by to:

$$ (10 \ krát 4,2 + 334) \ krát 10 ^ 6 \ krát 1000 $$$$ = 3,8 \ krát 10 ^ {11} \ \ mathrm {Joules} $$

Tepelný tok pro stejnou oblast je $ 340 \ \ mathrm { J / s} $ Takže čas na potřebnou energii k roztavení ledu = 3,8 $ \ krát 10 ^ {11} / 340 = 35 \ \ mathrm {let} $.

Mohli byste se dohadovat o mých odhadech míčového parku. Například by došlo k většímu odrazu albeda k roztavení ledu (= trvá déle). A možná nebudete muset nutně tolik zvyšovat teplotu vody (=> trvá to méně času) a velká část Země by neměla 1 km ledu (=> trvá to méně času). Ale to vám dá míčový park „ano, je to možné“.

Upravit: Otázku jsem četl trochu rychle - výše ukazuje, že je „snadné“ dostat se z ledové planety na planeta bez ledu. Ale obrácený je také pravdivý. Množství energie, které udržuje Zemi bez ledu, lze snadno přidat / odečíst v časovém měřítku několika století, a to pouze ze slunečních a atmosférických účinků.

To, čeho se zatím nikdo nedotkl, a aktuální odpovědi pokrývají hodně terénu, je variabilita solárního vstupu.

I KDYŽ množství energie vyzařované Zemí zůstává stejné ( a pravděpodobně by to bylo zhruba), solární vstup je vysoce variabilní a je hlavním faktorem při určování celkového energetického rozpočtu planety.
I malá změna může mít dalekosáhlé důsledky. Pokud tedy sluneční výkon poklesne pouze o několik procent (a to je dobře v jeho variabilitě i během 11letého cyklu slunečních skvrn), teploty na Zemi se s tím budou houpat (za ten krátký cyklus, který je do značné míry zprůměrován změnami oceánských proudů ). Pokud takový „pokles“ trvá déle, pomyslete několik století, dostanete „malou dobu ledovou“, jak jsme se právě objevili v 19. století (a podle některých zpráv může být na pokraji sklouznutí do dalšího, protože slunce je opět zdánlivě spíše neaktivní).
A slunce má delší cykly, takový cyklus s nízkou aktivitou trvající několik tisíc let může dobře uvrhnout Zemi do celé doby ledové. A jak ledové pokrývky rostou, odraz se zvyšuje, planeta zahřívá méně energie, méně mraků. Dokud slunce znovu nevstoupí do fáze vysoké aktivity, zůstane planeta (relativně) chladná.
Jak již bylo řečeno, je nepravděpodobné, že by celá planeta zmizela pod pokrývkou ledu. Například poslední velká doba ledová sestupovala například přibližně k zeměpisné šířce delty Rýna v Evropě.

Jednou z příčin zalednění na Zemi je prach ze sopečné činnosti, tj. už jste slyšeli termín sopečná nebo jaderná zima.

Během zalednění se kontinentální desky s mílí nebo dvěma vrstvami ledu na sobě obrovsky zvyšují a vlastně se potopit. Když vidíme skálu, vidíme tvrdý kamenný předmět, ale ta skála v zemi pod velkým tlakem není „skála“ pevná, je to spíše jako arašídové máslo, je měkká a poddajná. Takto se kontinentální desky mohou ponořit pod tíhu míle nebo dvou tlustých ledových desek.

Nejen, že kontinentální desky mají váhu tlačící dolů na toto arašídové máslo jako kámen pod námi, oceány také mají váhu a také tlačí desky pod nimi dolů do tohoto arašídového másla jako kamene.

Během ledovcových maxim klesly hladiny oceánu až o 400 stop, takže to, co je v současné době 400 stop pod vodou, byla suchá země během posledního glaciálního maxima. Tato ztráta 400 stop vody napříč všemi oceány Země výrazně snižuje váhu oceánských podlah. Stejná voda se promění ve sníh a sbírá se jako led na kontinentálních deskách, což dodává kontinentálním deskám stejnou váhu. Oceánské desky se tedy zvedají, zatímco kontinentální klesají.

Během interglaciálních období získáte odlehčení kontinentálních desek a oceánské desky zesílí s návratem vysokých hladin oceánské vody, tj. globálního vzestupu hladiny moře, jaký nyní zažíváme. Kontinentální desky stoupají a oceánské klesají. Tato reakce není okamžitá, opět, pokud si představíte arašídové máslo, když položíte desku na několik palců arašídového másla a přidáte váhu na desku, nějakou dobu trvá, než arašídové máslo vyklouzne po stranách, stejně jako kontinentální talíře a měkký kámen, na kterém sedí. Trvá tisíce let, než se kontinentální desky odrazí do své původní výšky. Během tohoto odskočení kontinentálních desek a odhození oceánských desek se pomalu začíná zvyšovat vulkanická aktivita. Nakonec je jen otázkou času, než se dočkáte další velké sopečné erupce způsobené pohybem talíře, který produkuje velké množství popela v atmosféře, to pokračuje znovu a znovu se zvýšenou úrovní vulkanické aktivity. Tento popel odráží světlo zpět do vesmíru, než je schopen dosáhnout a ohřát povrch, čímž snižuje průměrné globální teploty.

Toto rozhodně není jediný mechanismus, který řídí glaciální maximum a meziglaciální období, ale funguje ve shodě s výše uvedenými písemnými odpověďmi na vaši otázku. Normální podmínkou pro naši planetu během lidské existence jsou podmínky ledovcového maxima, to, co nyní prožíváme v „interglaciálním“ období, existuje jen asi 20% času někde v průměru asi 20 000 let na 100 000 let. Toto je druhé interglaciální období za posledních 100 tisíc let. V příštím předchozím meziglaciálním období jste se vrátili zpět na 120 až 130 tisíc let.

, navrhuji, aby „sněhovou kouli Země“ přiblížil prach z obrovského meteoritu (největšího na Zemi známého) dopadajícího na Austrálii (viz http://charles_w.tripod.com/antipode .html) usazování na ledu a jeho roztavení vlivem holého ohřívání půdy (viz http://charles_w.tripod.com/climate.html) a tím iniciace kambrie. Prach hnojící oceán pravděpodobně tehdy značně přispěl k výbuchu života. Tomuto zahájení pravděpodobně výrazně pomohlo následné uvolnění metanového plynu z metanového ledu pod oceánským dnem a prach z vulkanických erupcí z Bahamských ostrovů, které se nacházejí na protilehlém (protilehlé straně koule) výše uvedeného nárazu. Úzká korelace sopek na Marsu s dopady meteoritů na jejich antipody poskytuje podpůrné důkazy o takovém jevu.

. S pozdravem Charles Weber