Doba ledová

Umělecký dojem doby ledové Země na ledovcovém maximu.

Doba ledová je dlouhé období snižování teploty zemského povrchu a atmosféry, které má za následek výskyt nebo expanzi kontinentálních a polárních ledovců a alpských ledovců. Podnebí na Zemi se střídá mezi dobou ledovou a obdobími skleníkovými, během nichž na planetě nejsou žádné ledovce. Země se v současnosti nachází ve čtvrtohorách ledových dob, známých v populární terminologii jako doba ledová. Jednotlivé tepy chladného klimatu v době ledové se nazývají „doby ledové“ (nebo alternativně „ledové“, „ledové“, „ledové“, „ledové“, „ledové“, „stadiony“, „stady“ nebo hovorově „doby ledové“) a občasná teplá období v době ledové se nazývají „interglaciály“ nebo „interstadialy“, přičemž oba klimatické tepy jsou součástí čtvrtohor nebo jiných období v historii Země.

V terminologii glaciologie znamená doba ledová přítomnost rozsáhlých ledových příkrovů na severní i jižní polokouli. Podle této definice se nacházíme v meziledovém období – holocénu. Předpokládá se, že množství plynů zachycujících teplo, které jsou vypouštěny do zemských oceánů a atmosféry, zabrání dalšímu ledovcovému období, které by jinak začalo přibližně za 50 000 let, a pravděpodobně dalším ledovcovým cyklům.

V roce 1742 navštívil Pierre Martel (1706-1767), inženýr a geograf žijící v Ženevě, údolí Chamonix v savojských Alpách. O dva roky později vydal zprávu o své cestě. Oznámil, že obyvatelé tohoto údolí přičítají rozptyl nevyzpytatelných balvanů ledovcům s tím, že se kdysi táhly mnohem dál. Později byla podobná vysvětlení hlášena i z jiných oblastí Alp. V roce 1815 tesař a lovec kamzíků Jean-Pierre Perraudin (1767-1858) vysvětlil nevyzpytatelné balvany ve Val de Bagnes ve švýcarském kantonu Valais jako důsledek ledovců, které se dříve dále rozšiřovaly. Neznámý dřevorubec z Meiringenu v Bernském Oberlandu obhajoval podobnou myšlenku v diskusi se švýcarsko-německým geologem Jeanem de Charpentierem (1786-1855) v roce 1834. Srovnatelná vysvětlení jsou známa také z Val de Ferret ve Valais a Seelandu v západním Švýcarsku a z Goethovy vědecké práce. Podobná vysvětlení lze nalézt i v jiných částech světa. Když bavorský přírodovědec Ernst von Bibra (1806–1878) navštívil v letech 1849–1850 chilské Andy, připisovali domorodci fosilní morény někdejšímu působení ledovců.

Evropští učenci si mezitím začali klást otázku, co způsobilo rozptyl nevyzpytatelného materiálu. Od poloviny 18. století někteří diskutovali o ledu jako dopravním prostředku. Švédský hornický expert Daniel Tilas (1712–1772) byl v roce 1742 první osobou, která navrhla plovoucí mořský led, aby vysvětlila přítomnost nevyzpytatelných balvanů ve skandinávských a pobaltských oblastech. V roce 1795 skotský filozof a gentleman přírodovědec James Hutton (1726–1797) vysvětlil nevyzpytatelné balvany v Alpách působením ledovců. O dvě desetiletí později, v roce 1818, švédský botanik Göran Wahlenberg (1780–1851) publikoval svou teorii zalednění skandinávského poloostrova. Považoval zalednění za regionální jev.

V roce 1829, nezávisle na těchto debatách, švýcarský stavební inženýr Ignaz Venetz (1788-1859) vysvětlil rozptyl nevyzpytatelných balvanů v Alpách, nedalekém pohoří Jura a na Severoněmecké pláni jako důsledek obrovských ledovců. Když četl svůj referát před Schweizerische Naturforschende Gesellschaft, většina vědců zůstávala skeptická. Nakonec Venetz přesvědčil svého přítele Jeana de Charpentiera. De Charpentier přetvořil Venetzův nápad v teorii s zaledněním omezeným na Alpy. Jeho myšlenky připomínaly Wahlenbergovu teorii. Ve skutečnosti oba muži sdíleli stejné vulkanistické, nebo v de Charpentierově případě spíše plutonistické předpoklady o historii Země. V roce 1834 de Charpentier předložil svůj referát před Schweizerische Naturforschende Gesellschaft. Mezitím německý botanik Karl Friedrich Schimper (1803-1867) studoval mechy, které rostly na nevyzpytatelných balvanech v alpské vrchovině v Bavorsku. Začal přemýšlet, odkud se takové masy kamene vzaly. Během léta 1835 podnikl několik výletů do bavorských Alp. Schimper dospěl k závěru, že led musel být dopravním prostředkem pro balvany v alpské vrchovině. V zimě 1835 až 1836 uspořádal několik přednášek v Mnichově. Schimper pak předpokládal, že musely nastat globální časy vyhlazení („Verödungszeiten“) se studeným klimatem a zmrzlou vodou. Schimper strávil letní měsíce roku 1836 v Devens, nedaleko Bexu, ve švýcarských Alpách se svým bývalým univerzitním přítelem Louisem Agassizem (1801-1873) a Jeanem de Charpentierem. Schimper, de Charpentier a možná Venetz přesvědčili Agassize, že nastala doba zalednění. Během zimy 1836/37 Agassiz a Schimper vyvinuli teorii posloupnosti zalednění. Čerpali především z předchozích prací Venetze, de Charpentiera a z jejich vlastní práce v terénu. Agassiz se zdá být již v té době obeznámen s Bernhardiho prací. Na začátku roku 1837 zavedl Schimper pojem „doba ledová“ („Eiszeit“) pro období ledovců. V červenci 1837 představil Agassiz jejich syntézu před výročním zasedáním Schweizerische Naturforschende Gesellschaft v Neuchâtelu. Publikum bylo velmi kritické a někteří se stavěli proti nové teorii, protože odporovala zavedeným názorům na klimatickou historii. Většina současných vědců se domnívala, že Země se od svého zrodu jako roztavená zeměkoule postupně ochlazovala.

Aby toto odmítnutí překonal, pustil se Agassiz do geologické práce v terénu. V roce 1840 vydal svou knihu Study on Glaciers („Études sur les Glaciers“). De Charpentiera to vyvedlo z míry, protože také připravoval knihu o zalednění Alp. De Charpentier měl pocit, že Agassiz mu měl dát přednost, protože to byl on, kdo Agassize zasvětil do hloubkového výzkumu ledovců. Kromě toho Agassiz v důsledku osobních hádek vynechal ve své knize jakoukoliv zmínku o Schimperovi.

Dohromady to trvalo několik desetiletí, než byla teorie doby ledové vědci plně přijata. K tomu došlo v mezinárodním měřítku v druhé polovině 70. let 19. století po práci Jamese Crolla, včetně publikace Klima a čas v Jejich geologických vztazích v roce 1875, která poskytla věrohodné vysvětlení příčin doby ledové.

Geologické důkazy o době ledové se objevují v různých podobách, včetně prohledávání a škrábání hornin, ledovcových morén, bubínků, řezání údolí a ukládání tillit nebo tillit a ledovcových nevyzpytatelností. Postupné zalednění má tendenci geologické důkazy zkreslovat a mazat, což ztěžuje jejich interpretaci. Navíc bylo obtížné tyto důkazy přesně datovat; první teorie předpokládaly, že ledovce jsou ve srovnání s dlouhými meziledovci krátké. Nástup sedimentů a ledových jader odhalil skutečnou situaci: ledovce jsou dlouhé, meziledovce krátké. Trvalo nějakou dobu, než byla vypracována současná teorie.

Chemické důkazy spočívají především ve změnách poměrů izotopů ve fosiliích přítomných v sedimentech a sedimentárních horninách a v jádrech oceánských sedimentů. Pro poslední ledovcová období poskytují ledovcová jádra klimatické zastoupení ze svého ledu a atmosférické vzorky ze zahrnutých vzduchových bublin. Protože voda obsahující těžší izotopy má vyšší teplotu vypařování, její podíl se s chladnějšími podmínkami snižuje. To umožňuje sestavit teplotní záznam. Tento důkaz však může být zmaten jinými faktory zaznamenanými izotopovými poměry.

Paleontologický důkaz spočívá ve změnách geografického rozmístění fosilií. Během ledovcového období se organismy adaptované na chlad šíří do nižších zeměpisných šířek a organismy, které dávají přednost teplejším podmínkám, vyhynou nebo jsou vtlačeny do nižších zeměpisných šířek. Tento důkaz je rovněž obtížně interpretovatelný, protože vyžaduje 1) sekvence sedimentů pokrývající dlouhou dobu, v širokém rozsahu zeměpisných šířek a které jsou snadno korelovatelné; 2) prastaré organismy, které přežívají beze změny několik milionů let a jejichž teplotní preference jsou snadno diagnostikovatelné; a 3) nález příslušných fosilií.

Navzdory obtížím analýza jader ledu a oceánských sedimentů ukázala období ledovců a meziledovců za posledních několik milionů let. Ty také potvrzují souvislost mezi dobou ledovou a jevy kontinentální kůry, jako jsou ledovcové morény, bubny a ledovcové nepravidelnosti. Proto jsou jevy kontinentální kůry přijímány jako dobrý důkaz dřívějších dob ledových, když se nacházejí ve vrstvách vytvořených mnohem dříve, než je časové rozmezí, pro které jsou k dispozici ledová jádra a oceánské sedimenty.

Časová osa ledovců, zobrazená modře.

V historii Země existovalo nejméně pět velkých dob ledových (huronská, kryogenní, andsko-saharská, pozdní paleozoická a poslední čtvrtohorní doba ledová). Mimo tyto doby se zdá, že Země byla bez ledu i ve vysokých zeměpisných šířkách; taková období jsou známá jako skleníková období.

Mapa doby ledové severního Německa a jeho severních sousedů. Červená: maximální hranice Weichselského ledovce; žlutá: Saalský ledovec na maximu (stádium Drenthe); modrá: Elsterský ledovec na maximu zalednění.

Skály z nejranější dobře zavedené doby ledové, nazývané Huronské, se vytvořily přibližně před 2,4 až 2,1 Ga (miliardami let) během raného Proterozoic Eon. Několik stovek kilometrů Huronské superskupiny je vystaveno 10-100 km severně od severního břehu jezera Huron táhnoucího se od Sault Ste. Marie až po Sudbury, severovýchodně od jezera Huron, s obřími vrstvami nyní lithizovaných ložisek, kapkovitých kamenů, varvin, výběžků a prohledávaných suterénních hornin. Korelační huronská ložiska byla nalezena poblíž Marquette v Michiganu a korelace byla provedena s paleoproterozoickými ledovcovými ložisky ze západní Austrálie. Huronská doba ledová byla způsobena odstraněním atmosférického metanu, skleníkového plynu, během Velké okysličovací události.

Další dobře zdokumentovaná doba ledová, a pravděpodobně nejzávažnější za poslední miliardu let, nastala před 720 až 630 miliony let (kryogenní období) a mohla vzniknout Sněhová koule Země, v níž ledovcové ledovce dosáhly rovníku, pravděpodobně ukončená hromaděním skleníkových plynů, jako je CO2 produkovaný sopkami. „Přítomnost ledu na kontinentech a ledovcového obalu na oceánech by zabránila jak křemičitému zvětrávání, tak fotosyntéze, což jsou v současnosti dvě hlavní jímky CO2.“ Bylo naznačeno, že konec této doby ledové byl zodpovědný za následnou ediakarskou a kambrijskou explozi, i když tento model je nedávný a kontroverzní.

Andsko-saharská oblast vznikla před 460 až 420 miliony let, v období pozdního ordoviku a siluru.

Záznamy sedimentů ukazují kolísavé sekvence glaciálů a interglaciálů během posledních několika milionů let.

Vývoj suchozemských rostlin na počátku devonského období způsobil dlouhodobý nárůst hladiny planetárního kyslíku a snížení hladiny CO2, což mělo za následek pozdní paleozoický ledovec. Jeho dřívější název, ledovec Karoo, byl pojmenován podle ledovcových polí nalezených v oblasti Karoo v Jižní Africe. V Jižní Africe se v období karbonu a časného permu vyskytovaly rozsáhlé polární ledovcové čepičky v intervalech před 360 až 260 miliony let. Korelace jsou známy z Argentiny, také ve středu starověkého superkontinentu Gondwanaland.

Čtvrtohorní doba ledová / Čtvrtohorní doba ledová začala asi před 2,58 miliony let na začátku čtvrtohorního období, kdy začalo šíření ledových příkrovů na severní polokouli. Od té doby svět zažil cykly ledování s ledovými příkrovy postupujícími a ustupujícími na časových stupnicích 40 000 a 100 000 let nazývaných ledovcová období, ledovcové nebo ledovcové pokroky a meziledovcová období, meziledovcové nebo ledovcové ústupy. Země je v současnosti v meziledovcovém a poslední ledovcové období skončilo asi před 10 000 lety. Jediné, co zbylo z kontinentálních ledových příkrovů, jsou grónské a antarktické ledové příkrovy a menší ledovce jako na Baffinově ostrově.

Definice čtvrtohory jako začátku 2,58 Ma je založena na vzniku arktického ledového příkrovu. Antarktický ledový příkrov se začal tvořit dříve, asi na 34 Ma, v polovině-Cenozoic (eocén-oligocén hranice). Termín pozdní Cenozoic doba ledová se používá pro zahrnutí této rané fáze.

Doba ledová může být dále rozdělena podle místa a času; například názvy Riss (180 000–130 000 let bp) a Würm (70 000–10 000 let bp) odkazují specificky na zalednění v alpské oblasti. Maximální rozsah ledu není udržován po celý interval. Čistící účinek každého zalednění má tendenci odstranit většinu důkazů o předchozích ledových plochách téměř úplně, s výjimkou oblastí, kde pozdější ledová plocha nedosáhne plného pokrytí.

Glaciály a interglaciály

Ukazuje průběh teplotních a objemových změn ledu spojených s nedávnými glaciály a interglaciály

V době ledové (nebo alespoň v rámci té současné) dochází k mírnějším a závažnějším obdobím. Chladnějším obdobím se říká ledovcová období, teplejším obdobím interglaciály, jako je Eemian Stage.

Ledovce se vyznačují chladnějším a sušším klimatem na většině zemského povrchu a velkými pevninskými a mořskými ledovci, které se rozprostírají směrem ven z pólů. Horské ledovce v jinak neprostupných oblastech dosahují nižších nadmořských výšek v důsledku nižší sněhové hranice. Hladina moří klesá v důsledku odstraňování velkých objemů vody nad hladinou moře v ledovcích. Existují důkazy, že proudy oceánské cirkulace jsou narušeny ledovci. Vzhledem k tomu, že Země má významné kontinentální zalednění v Arktidě a Antarktidě, nacházíme se v současnosti v ledovcovém minimu zalednění. Takové období mezi maximy ledovců je známo jako interglaciál. Ledovce a interglaciály se také kryly se změnami oběžné dráhy Země zvanými Milankovitchovy cykly.

Země je v meziledovém období známém jako holocén už asi 11 700 let a článek v Nature z roku 2004 tvrdí, že by mohla být nejvíce podobná předchozímu meziledovci, který trval 28 000 let. Předpokládané změny v orbitálním působení naznačují, že příští doba ledová by měla začít nejméně za 50 000 let, kvůli Milankovičovým cyklům. Navíc se odhaduje, že antropogenní působení ze zvýšených skleníkových plynů potenciálně převáží orbitální působení Milankovičových cyklů po stovky tisíc let.

Pozitivní a negativní zpětná vazba v ledových obdobích

Každé ledovcové období podléhá pozitivní zpětné vazbě, která ho ještě zhoršuje, a negativní zpětné vazbě, která ho zmírňuje a (zatím ve všech případech) nakonec ukončí.

Pozitivní procesy zpětné vazby

Led a sníh zvyšují albedo Země, tj. způsobují, že odráží více sluneční energie a absorbuje méně. Tudíž, když teplota vzduchu klesá, led a sněhová pole rostou, a to trvá, dokud konkurence s negativním mechanismem zpětné vazby nedonutí systém k rovnováze. Také úbytek lesů způsobený rozpínáním ledu zvyšuje albedo.

Jiná teorie navržená Ewingem a Donnem v roce 1956 předpokládala, že Arktický oceán bez ledu vede ke zvýšenému sněžení ve vysokých zeměpisných šířkách. Když led pokrývá Arktický oceán při nízkých teplotách, dochází k malému odpařování nebo sublimaci a polární oblasti jsou z hlediska srážek poměrně suché, což je srovnatelné s množstvím, které se vyskytuje v pouštích střední zeměpisné šířky. Tyto nízké srážky umožňují, aby sněžení ve vysokých zeměpisných šířkách během léta tálo. Arktický oceán bez ledu absorbuje během dlouhých letních dnů sluneční záření a odpařuje více vody do arktické atmosféry. Při vyšších srážkách nemusí část tohoto sněhu během léta roztát, a tak se ledovcový led může tvořit v nižších nadmořských výškách a jižnějších zeměpisných šířkách, což snižuje teploty nad pevninou zvýšeným albedem, jak je uvedeno výše. Kromě toho za této hypotézy nedostatek oceánského ledovce umožňuje zvýšenou výměnu vod mezi Arktickým a Severním Atlantickým oceánem, což ohřívá Arktický oceán a ochlazuje severní Atlantik. (Současné předpokládané důsledky globálního oteplování zahrnují do značné míry nezamrzající Severní ledový oceán v horizontu 5–20 let, viz zmenšování Arktidy.) Dodatečná sladká voda proudící do severního Atlantiku během oteplovacího cyklu může také snížit globální cirkulaci vody v oceánu. Takové omezení (snížením účinků Golfského proudu) by mělo ochlazující účinek na severní Evropu, což by následně vedlo k větší zadržování sněhu v nízkých zeměpisných šířkách během léta. Bylo také naznačeno, že během rozsáhlého ledovce se mohou ledovce pohybovat zálivem Svatého Vavřince a zasahovat do severního Atlantického oceánu dostatečně daleko, aby zablokovaly Golfský proud.

Negativní procesy zpětné vazby

Ledové příkrovy, které vznikají během zalednění, způsobují erozi pevniny pod nimi. Po určité době se tak sníží hladina pevniny nad hladinou moře a tím se zmenší prostor, na kterém se mohou ledové příkrovy tvořit. To zmírňuje zpětnou vazbu albeda, stejně jako snížení hladiny moře, které tvorbu ledových příkrovů doprovází.

Dalším faktorem je zvýšená vyprahlost vyskytující se u ledovcových maxima, která snižuje srážky dostupné k udržení zalednění. Ledovcový ústup vyvolaný tímto nebo jakýmkoli jiným procesem může být zesílen podobnými inverzními pozitivními zpětnými vazbami jako u ledovcových pokroků.

Podle výzkumu publikovaného v časopise Nature Geoscience lidské emise oxidu uhličitého (CO2) odloží příští dobu ledovou. Výzkumníci použili údaje o oběžné dráze Země k nalezení historického teplého meziledovcového období, které se nejvíce podobá tomu současnému, a z toho předpověděli, že příští doba ledová obvykle začne do 1500 let. Dále říkají, že emise byly tak vysoké, že tomu tak nebude.

Příčiny doby ledové nejsou zcela objasněny ani pro rozsáhlé doby ledové, ani pro menší příliv a odliv ledovcových a meziledových období v době ledové. Panuje shoda, že je důležité několik faktorů: složení atmosféry, jako jsou koncentrace oxidu uhličitého a metanu (specifické úrovně dříve zmíněných plynů jsou nyní patrné u nových vzorků ledovcového jádra z EPICA Dome C v Antarktidě za posledních 800 000 let); změny oběžné dráhy Země kolem Slunce známé jako Milankovitchovy cykly; pohyb tektonických desek vedoucí ke změnám relativního umístění a množství kontinentální a oceánské kůry na zemském povrchu, které ovlivňují větrné a mořské proudy; změny slunečního výkonu; orbitální dynamika systému Země-Měsíc; dopad relativně velkých meteoritů a vulkanismus včetně erupcí supervulkánů.[citace nutná]

Některé z těchto faktorů se navzájem ovlivňují. Například změny složení atmosféry Země (zejména koncentrace skleníkových plynů) mohou změnit klima, zatímco změna klimatu sama může změnit složení atmosféry (například změnou rychlosti, s jakou se vlivem povětrnostních podmínek odstraňuje CO2).

Maureen Raymová, William Ruddiman a další navrhují, že Tibetská a Coloradská náhorní plošina jsou nesmírnými „čističi“ CO2 s kapacitou odstranit z globální atmosféry dostatek CO2, aby byly významným kauzálním faktorem 40milionového trendu Cenozoického ochlazování. Dále tvrdí, že přibližně polovina jejich zdvihu (a kapacity „drhnutí“ CO2) nastala v posledních 10 milionech let.

Změny v zemské atmosféře

Existují důkazy, že hladina skleníkových plynů klesala na počátku doby ledové a stoupala během ústupu ledových příkrovů, ale je obtížné určit příčinu a následek (viz poznámky výše o roli zvětrávání). Hladina skleníkových plynů mohla být ovlivněna také jinými faktory, které byly navrženy jako příčiny doby ledové, jako je pohyb kontinentů a vulkanismus.

Hypotéza Snowball Earth tvrdí, že silné zamrzání v pozdním Proterozoicu bylo ukončeno zvýšením hladin CO2 v atmosféře, především ze sopek, a někteří příznivci Snowball Earth tvrdí, že to bylo způsobeno především snížením atmosférického CO2. Hypotéza také varuje před budoucími Snowball Earths.

V roce 2009 byl předložen další důkaz, že změny ve sluneční insolaci jsou prvotním spouštěčem pro oteplení Země po době ledové, přičemž sekundární faktory, jako je nárůst skleníkových plynů, se podílejí na velikosti změny.

Existují značné důkazy, že během velmi nedávného období posledních 100-1000 let prudký nárůst lidské činnosti, zejména spalování fosilních paliv, způsobil souběžný prudký a zrychlující nárůst atmosférických skleníkových plynů, které zachycují sluneční teplo. Shodná teorie vědecké obce je, že výsledný skleníkový efekt je hlavní příčinou nárůstu globálního oteplování, ke kterému došlo ve stejném období, a hlavním přispěvatelem k urychlenému tání zbývajících ledovců a polárního ledu. Šetření z roku 2012 zjistilo, že dinosauři uvolňovali metan trávením v podobném množství jako lidstvo při současném uvolňování metanu, který „mohl být klíčovým faktorem“ pro velmi teplé klima před 150 miliony let.

William Ruddiman navrhl raně antropocénní hypotézu, podle níž antropocénní éra, jak někteří lidé nazývají posledním obdobím v historii Země, kdy činnost lidského druhu začala mít významný globální dopad na zemské klima a ekosystémy, nezačala v 18. století s nástupem průmyslové éry, ale sahá až do doby před 8000 lety, kvůli intenzivní zemědělské činnosti našich raných agrárních předků. V té době se koncentrace skleníkových plynů v atmosféře zastavily podle periodického vzorce Milankovičových cyklů. Ve své hypotéze o opožděném zalednění Ruddiman uvádí, že počínající ledovec by pravděpodobně začal před několika tisíci lety, ale příchod tohoto plánovaného ledovce byl odražen činností raných zemědělců.

Na zasedání Americké geofyzikální unie (17. prosince 2008) vědci podrobně doložili kontroverzní myšlenku, že zavedení velkoplošného rýžového zemědělství v Asii spolu s rozsáhlým odlesňováním v Evropě začalo měnit světové klima tím, že v posledních 1000 letech pumpovalo do atmosféry značné množství skleníkových plynů. Teplejší atmosféra zase zahřívala oceány, což z nich činilo mnohem méně efektivní skladiště oxidu uhličitého a posilovalo globální oteplování, které možná předcházelo nástupu nové doby ledové.

Pozice kontinentů

Zdá se, že geologické záznamy ukazují, že doba ledová začíná, když jsou kontinenty v polohách, které blokují nebo omezují tok teplé vody z rovníku k pólům, a tím umožňují vznik ledových příkrovů. Ledové příkrovy zvyšují odrazivost Země a tím snižují absorpci slunečního záření. Při menším množství absorbovaného záření se atmosféra ochlazuje; ochlazení umožňuje růst ledových příkrovů, což dále zvyšuje odrazivost v pozitivní zpětnovazební smyčce. Doba ledová pokračuje, dokud snížení povětrnostních podmínek nezpůsobí zvýšení skleníkového efektu.

Vzhledem k tomu, že dnešní Země má kontinent nad jižním pólem a téměř vnitrozemský oceán nad severním pólem, geologové věří, že Země bude i nadále zažívat ledovcová období v geologicky blízké budoucnosti.

Někteří vědci se domnívají, že Himálaje jsou hlavním faktorem současné doby ledové, protože tyto hory zvýšily celkové množství srážek na Zemi, a tím i rychlost, jakou je oxid uhličitý vyplavován z atmosféry, což snižuje skleníkový efekt. Vznik Himálaje začal asi před 70 miliony let, když se Indoaustralská deska srazila s Euroasijskou deskou, a Himálaje stále rostou asi o 5 mm za rok, protože Indoaustralská deska se stále pohybuje rychlostí 67 mm za rok. Historie Himálaje zhruba odpovídá dlouhodobému poklesu průměrné teploty na Zemi od poloviny eocénu, tedy před 40 miliony let.

Kolísání mořských proudů

Dalším významným příspěvkem ke starověkým klimatickým režimům je proměnlivost mořských proudů, které jsou modifikovány polohou kontinentu, výškou hladiny moře a slaností, jakož i dalšími faktory. Mají schopnost ochlazovat (např. napomáhají tvorbě antarktického ledu) a schopnost ohřívat se (např. dávají Britským ostrovům mírné oproti boreálnímu klimatu). Uzavření Panamské šíje asi před 3 miliony let mohlo předznamenat současné období silného zalednění nad Severní Amerikou ukončením výměny vody mezi tropickým Atlantickým a Tichým oceánem.

Analýzy naznačují, že kolísání mořských proudů může dostatečně vysvětlit nedávné ledovcové oscilace. Během posledního ledovcového období kolísala hladina moře o 20-30 m, jak byla voda izolována, především v ledových příkrovech severní polokoule. Když se led nashromáždil a hladina moře dostatečně poklesla, snížil se průtok Beringovou úžinou (úzká úžina mezi Sibiří a Aljaškou je dnes hluboká asi 50 m), což mělo za následek zvýšený průtok ze severního Atlantiku. Tím se v Atlantiku narovnala termohalinová cirkulace a zvýšil se přenos tepla do Arktidy, což roztálo polární ledovou akumulaci a snížilo další kontinentální ledové příkrovy. Uvolnění vody opět zvýšilo hladinu moře a obnovilo přísun chladnější vody z Pacifiku s průvodním posunem k akumulaci ledu na severní polokouli.

Zvedání Tibetské náhorní plošiny a okolních horských oblastí nad sněhovou čárou

Geologická teorie Matthiase Kuhleho o vývoji doby ledové byla naznačena existencí ledového příkrovu pokrývajícího Tibetskou plošinu v době ledové (Last Glacial Maximum?). Podle Kuhleho vedlo deskovo-tektonické pozvednutí Tibetu za hranici sněhu k povrchu c. 2 400 000 čtverečních kilometrů (930 000 sq mi) měnící se z holé země na led s o 70% větším albedem. Odraz energie do vesmíru vyústil v globální ochlazení, které spustilo pleistocénní dobu ledovou. Protože se tato vysočina nachází v subtropické zeměpisné šířce se 4 až 5násobkem insolace oblastí s vysokou zeměpisnou šířkou, to, co by bylo nejsilnější tepelnou plochou Země, se změnilo v ochlazující plochu.

Kuhle vysvětluje meziledová období stotisíciletým cyklem radiačních změn způsobených kolísáním oběžné dráhy Země. Toto poměrně nevýznamné oteplení v kombinaci s poklesem severských vnitrozemských ledových oblastí a Tibetu v důsledku váhy ledového zatížení, které na sebe navazuje, vedlo k opakovanému úplnému rozmrazení vnitrozemských ledových oblastí.

Změny oběžné dráhy Země (Milankovitchovy cykly)

Milankovičovy cykly jsou souborem cyklických odchylek v charakteristikách oběžné dráhy Země kolem Slunce. Každý cyklus má jinou délku, takže v některých chvílích se jejich účinky navzájem posilují a jindy se (částečně) ruší.

Minulost a budoucnost denní průměrné insolace na vrcholu atmosféry v den letního slunovratu, na 65 N zeměpisné šířky.

Existují přesvědčivé důkazy, že Milankovičovy cykly ovlivňují výskyt ledovcových a meziledových období v době ledové. Současná doba ledová je nejvíce studovaná a nejlépe pochopitelná, zejména posledních 400 000 let, protože to je období pokryté ledovými jádry, která zaznamenávají složení atmosféry a proxies pro teplotu a objem ledu. V tomto období je shoda ledovcových/meziledovcových frekvencí s Milankovićovými orbitálními silovými periodami tak blízká, že orbitální silové periody jsou obecně přijímány. Kombinované účinky měnící se vzdálenosti ke Slunci, precese zemské osy a měnícího se sklonu zemské osy přerozdělují sluneční světlo, které Země přijímá. Zvláštní význam mají změny sklonu zemské osy, které ovlivňují intenzitu ročních období. Například množství slunečního přílivu v červenci při 65 stupních severní šířky se liší až o 22% (od 450 W/m² do 550 W/m²). Všeobecně se má za to, že ledové příkrovy postupují, když se v létě ochladí natolik, že neroztají všechny nahromaděné sněhové srážky z předchozí zimy. Někteří se domnívají, že síla orbitálního působení je příliš malá na to, aby vyvolala zalednění, ale zpětnovazební mechanismy jako CO2 mohou tento nesoulad vysvětlit.

Zatímco Milankovičovo působení předpovídá, že cyklické změny v orbitálních prvcích Země mohou být vyjádřeny v záznamu o zalednění, jsou nutná dodatečná vysvětlení, aby se vysvětlilo, které cykly jsou pozorovány jako nejdůležitější v načasování glaciálních a interglaciálních období. Zejména během posledních 800 000 let bylo dominantní období glaciální a interglaciální oscilace 100 000 let, což odpovídá změnám v excentricitě oběžné dráhy Země a sklonu oběžné dráhy. Přesto je to zdaleka nejslabší ze tří frekvencí předpovídaných Milankovičem. Během období před 3,0-0,8 miliony let dominantní vzorec zalednění odpovídal 41 000 let trvajícímu období změn v šikmosti Země (náklonu osy). Důvody dominance jedné frekvence oproti jiné jsou špatně pochopeny a aktivní oblast současného výzkumu, ale odpověď se pravděpodobně vztahuje k nějaké formě rezonance v klimatickém systému Země. Poslední práce naznačují, že 100K roční cyklus dominuje díky zvýšení jižního pólu mořského ledu zvyšující celkovou sluneční odrazivost.

„Tradiční“ Milankovičovo vysvětlení se snaží vysvětlit dominanci stotisíciletého cyklu v posledních 8 cyklech. Richard A. Muller, Gordon J. F. MacDonald a další poukázali na to, že tyto výpočty jsou pro dvourozměrnou oběžnou dráhu Země, ale trojrozměrná oběžná dráha má také stotisíciletý cyklus sklonu oběžné dráhy. Navrhli, že tyto změny sklonu oběžné dráhy vedou ke změnám v insolaci, jak se Země pohybuje dovnitř a ven ze známých pásem prachu ve sluneční soustavě. Ačkoli se jedná o jiný mechanismus než tradiční pohled, „předpokládaná“ období za posledních 400 tisíc let jsou téměř stejná. Mullerovu a MacDonaldovu teorii zase zpochybnil José Antonio Rial.

Jiný pracovník, William Ruddiman, navrhl model, který vysvětluje 100tisíciletý cyklus modulačním účinkem excentricity (slabý 100tisíciletý cyklus) na precesi (26tisíciletý cyklus) v kombinaci s zpětnou vazbou skleníkových plynů v cyklech 41 tisíc a 26 tisíc let. Další teorii předložil Peter Huybers, který tvrdil, že 41tisíciletý cyklus byl vždy dominantní, ale že Země vstoupila do režimu klimatického chování, kdy pouze druhý nebo třetí cyklus spouští dobu ledovou. To by znamenalo, že 100tisíciletá periodicita je ve skutečnosti iluze vytvořená společným průměrováním cyklů trvajících 80 tisíc a 120 tisíc let. Tato teorie je v souladu s jednoduchým empirickým vícestavovým modelem navrženým Didierem Paillardem. Paillard naznačuje, že pozdní pleistocénní ledovcové cykly
lze chápat jako skoky mezi třemi kvazi-stabilními klimatickými stavy. Skoky jsou vyvolány orbitálním působením, zatímco v raném pleistocénu byly 41 000 leté ledovcové cykly výsledkem skoků mezi pouze dvěma klimatickými stavy. Dynamický
model vysvětlující toto chování navrhl Peter Ditlevsen. To je na podporu tvrzení, že pozdní pleistocénní ledovcové cykly nejsou způsobeny slabým 100 000 letým excentrickým cyklem, ale nelineární reakcí především na 41 000 letý cyklus šikmosti.

Změny v energetickém výkonu Slunce

Existují nejméně dva typy odchylek v energetickém výkonu Slunce

Dlouhodobý nárůst výkonu Slunce nemůže být příčinou doby ledové.

Sopečné erupce mohly přispět k počátku a/nebo konci doby ledové. V době paleoklimace byla hladina oxidu uhličitého dvakrát až třikrát vyšší než dnes. Sopky a pohyby kontinentálních desek přispěly k vysokému množství CO2 v atmosféře. Oxid uhličitý ze sopek pravděpodobně přispěl k obdobím s nejvyššími celkovými teplotami. Jedním z možných vysvětlení paleocénního a eocénního termálního maxima je, že podmořské sopky uvolňovaly metan z klatrátů a tím způsobily velký a rychlý nárůst skleníkového efektu. Zdá se, že neexistují žádné geologické důkazy pro takové erupce ve správný čas, ale to nedokazuje, že se nestaly.

Poslední glaciální a interglaciální fáze

Během poslední doby ledové došlo k zalednění severní polokoule. Vytvoření 3 až 4 kilometry silných ledových příkrovů způsobilo snížení hladiny moře asi o 120 metrů.

Současné geologické období, čtvrtohor, které začalo asi před 2,6 miliony let a zasahuje až do současnosti, je poznamenáno teplými a studenými epizodami, studenými fázemi zvanými glaciály (čtvrtohorní doba ledová) trvajícími asi 100 000 let a které jsou pak přerušeny teplejšími meziledovci, které trvaly asi 10 000 až 15 000 let. Poslední studená epizoda poslední doby ledové skončila asi před 10 000 lety. Země je v současné době v meziledovém období čtvrtohoru, zvaném holocén.

Ledovcová stadia v Severní Americe

Hlavní ledovcová stádia současné doby ledové v Severní Americe jsou zalednění Illinoian, Eemian a Wisconsin. Používání Nebraskan, Afton, Kansan a Yarmouthian etapy k členění doby ledové v Severní Americe byl přerušen Quaternary geologové a geomorfologové. Tyto etapy byly všechny sloučeny do Pre-Illinoian v 80. letech.

Během posledního severoamerického zalednění, během druhé části Posledního ledovcového maxima (před 26 000 až 13 300 lety), se ledové příkrovy rozšířily až na 45. rovnoběžku severně. Tyto příkrovy byly 3 až 4 kilometry (1,9 až 2,5 mil) silné.

Etapy vývoje proglaciálních jezer v oblasti současných severoamerických Velkých jezer.

Toto wisconsinské zalednění zanechalo rozsáhlé dopady na severoamerickou krajinu. Velká jezera a Finger Lakes byla vytesána ledem prohlubujícím stará údolí. Většina jezer v Minnesotě a Wisconsinu byla vydlabána ledovci a později vyplněna ledovcovými tajícími vodami. Starý odvodňovací systém řeky Teays byl radikálně změněn a z velké části přetvořen na odvodňovací systém řeky Ohio. Ostatní řeky byly přehrazeny a odkloněny do nových kanálů, jako jsou Niagarské vodopády, které vytvořily dramatický vodopád a rokli, když vodní tok narazil na vápencový sráz. Další podobný vodopád, v současném Clark Reservation State Park poblíž Syracuse v New Yorku, je nyní suchý.

Oblast od Long Islandu po Nantucket ve státě Massachusetts byla vytvořena z ledovcového dna a množství jezer na kanadském štítu v severní Kanadě lze téměř zcela připsat působení ledu. Jak led ustupoval a kamenný prach vysychal, vítr nesl materiál stovky kilometrů a v údolí Missouri vytvořil ložiska spraše o tloušťce mnoha desítek stop. Po ledovcovém odrazu pokračuje přetváření Velkých jezer a dalších oblastí dříve pod tíhou ledových příkrovů.

Oblast Driftless Area, část západního a jihozápadního Wisconsinu spolu s částmi přilehlé Minnesoty, Iowy a Illinois, nebyla pokryta ledovci.

Poslední doba ledová v semiaridních Andách kolem Aconcaguy a Tupungata

V polovyprahlých Andách došlo během doby ledové ke zvláště zajímavé klimatické změně. Vedle očekávaného ochlazení ve srovnání se současným klimatem zde došlo k výrazné změně srážek. Výzkumy v aktuálně polovyprahlém subtropickém masivu Aconcagua (6 962 m) tedy ukázaly nečekaně rozsáhlé ledovcové zalednění typu „síť ledových proudů“.[80] Související údolní ledovce o délce přesahující 100 km tekly na východní straně této části And při 32–34°S a 69–71°W až do výšky 2 060 m a na západní straně lufu ještě zřetelně hlouběji.[80][81] Tam, kde současné ledovce dosahují délky sotva 10 km, probíhá sněhová čára (ELA) ve výšce 4 600 m a v té době byla snížena na 3 200 m asl, tj. asi 1 400 m. Z toho vyplývá, že – vedle každoročního poklesu teploty o cca c. 8,4°C – zde došlo k nárůstu srážek. Proto byl v době ledové vlhký klimatický pás, který se dnes nachází o několik stupňů zeměpisné šířky dále k S, posunut mnohem dále k N.[80]

Skandinávie vykazuje některé z typických účinků ledové doby ledové, jako jsou fjordy a jezera.

Přestože poslední doba ledová skončila před více než 8000 lety, její účinky lze pocítit dodnes. Pohybující se led například vymodeloval krajinu v Kanadě (viz Kanadské arktické souostroví), Grónsku, severní Eurasii a Antarktidě. Nevyzpytatelné balvany, till, drumliny, eskery, fjordy, kotlová jezera, morény, cirky, rohy atd. jsou typické rysy, které po sobě zanechaly ledovce.

Hmotnost ledových příkrovů byla tak velká, že deformovaly zemskou kůru a plášť. Poté, co ledové příkrovy roztály, se země pokrytá ledem odrazila ode dna. Vzhledem k vysoké viskozitě zemského pláště je tok hornin z pláště, který řídí proces odrazu, velmi pomalý – v blízkosti středu plochy odrazu dnes rychlostí asi 1 cm/rok.

Během zalednění byla z oceánů odčerpávána voda, která ve vysokých zeměpisných šířkách tvořila led, a tak globální hladina moře klesla asi o 110 metrů, čímž se odhalily kontinentální šelfy a vytvořily pevninské mosty mezi pevninskými masami, aby zvířata mohla migrovat. Během deglacace se roztátá ledová voda vrátila do oceánů, což způsobilo zvýšení hladiny moře. Tento proces může způsobit náhlé posuny v pobřežních oblastech a hydratačních systémech, které vyústily v nově podmořské oblasti, rozvíjející se země, zhroucené ledové přehrady, což mělo za následek zasolení jezer, nové ledové přehrady vytvářející rozsáhlé oblasti sladké vody a celkovou změnu regionálních povětrnostních modelů ve velkém, ale dočasném měřítku. Může dokonce způsobit dočasné reglaciace. Tento typ chaotického vzoru rychle se měnící pevniny, ledu, slané vody a sladké vody byl navržen jako pravděpodobný model pro Pobaltí a Skandinávii, stejně jako pro velkou část střední Severní Ameriky na konci posledního ledovcového maxima, přičemž současného pobřeží bylo dosaženo až v posledních několika tisíciletích prehistorie. Také vliv nadmořské výšky na Skandinávii zaplavil rozlehlou kontinentální planinu, která existovala pod velkou částí dnešního Severního moře a spojovala Britské ostrovy s kontinentální Evropou.[82]

Přerozdělení ledové vody na povrchu Země a proudění hornin v plášti způsobuje změny v gravitačním poli a také změny v rozložení momentu setrvačnosti Země. Tyto změny momentu setrvačnosti mají za následek změnu úhlové rychlosti, osy a kolísání rotace Země.

Hmotnost přerozdělené povrchové hmoty zatížila litosféru, způsobila její ohnutí a také vyvolala stres uvnitř Země. Přítomnost ledovců obecně potlačila pohyb zlomů dole.[83][84][85] Během deglacace dochází u zlomů ke zrychlenému skluzu, který vyvolává zemětřesení. Zemětřesení vyvolaná v blízkosti okraje ledu mohou zase urychlit otelení ledu a mohou mít na svědomí Heinrichovy události.[86] Jak se v blízkosti okraje ledu odstraňuje více ledu, vyvolává se více vnitrodeskových zemětřesení a tato pozitivní zpětná vazba může vysvětlit rychlé zhroucení ledových příkrovů.

V Evropě způsobila ledovcová eroze a izostatické propadání se pod tíhou ledu Baltské moře, které bylo před dobou ledovou celou pevninou odvodněno řekou Eridanos.

Hypotetický splašený skleníkový stav

Tropické teploty mohou dosáhnout pólů

Globální klima v době ledové

Zemský povrch zcela nebo téměř zmrzlý