第四紀の氷河期

第四紀氷河期は更新世氷河期としても知られ、258万年前（百万年前）に始まり現在も続いている第四紀における氷河期と間氷期が交互に繰り返される期間である。 ^{[1] [2] [3]}地質学者は、現在までのこの期間全体を「氷河期」と表現しているが、一般文化では、この用語は通常、最も最近の氷河期、または一般に更新世を指す。^[4]地球にはまだ極地の氷床があるため、地質学者は、現在は間氷期ではあるものの、第四紀氷河期が継続していると考えている。

第四紀の氷河期に氷床が出現し、氷河期には拡大し、間氷期には縮小しました。最終氷河期の終わり以来、南極とグリーンランドの氷床のみが生き残り、ローレンタイド氷床など、氷河期に形成された他の氷床は完全に溶けました。

第四紀の氷河作用の主な影響は、大陸の陸地侵食と物質の堆積、河川システムの改変、氷河縁から遠く離れた雨水湖の発達を含む数百万の湖の形成、海面の変化、地殻のアイソスタシー調整、洪水、異常な風などです。氷床はアルベド（地球から宇宙に反射される太陽放射エネルギーの比率）を上昇させることで、気候をさらに寒冷化させる大きなフィードバックを生み出しました。これらの影響により、陸地と海洋の環境、および生物群集が形成されました。

第四紀氷河期よりずっと前に、少なくとも 4 つの他の氷河期の間に陸上の氷が出現し、その後消滅しました。第四紀氷河期は、 3390 万年前に始まり現在も続いている後期新生代氷河期の一部であると考えられます。

第四紀の氷河作用の証拠は、科学革命の一環として、18世紀と19世紀に初めて理解されました。過去1世紀にわたる広範な現地観察により、大陸氷河がヨーロッパ、北アメリカ、シベリアの大部分を覆っていたという証拠が得られました。氷河の特徴の地図は、何百人もの地質学者による長年の現地調査の後にまとめられ、ドラムリン、エスカー、モレーン、条線、氷河の流れの場所と方向を地図に示し、氷床の範囲、流れの方向、および融水チャネルのシステムを明らかにしました。科学者はまた、氷の複数回の前進と後退の歴史を解読することができました。世界的な氷河作用の理論が一般に受け入れられる前から、多くの観察者は、氷の前進と後退が1回以上起こったことを認識していました。

地質学者にとって、氷河期は大量の陸上氷の存在によって定義されます。第四紀の氷河期以前には、少なくとも4つの地質時代、すなわち後期古生代（360-260 Ma）、アンデス・サハラ（450-420 Ma）、クライオジェニアン（720-635 Ma）、ヒューロニアン（2,400-2,100 Ma）の間に陸上氷が形成されました。^{[5] [6]}

第四紀氷河期には、陸上の氷の総量、海面、および地球の気温にも周期的な変動がありました。寒冷期（氷河期または氷河期と呼ばれる）には、最大で厚さ 4 km（2.5 マイル）以上の大きな氷床がヨーロッパ、北アメリカ、シベリアの一部を覆いました。氷河期と氷河期の間のより短い温暖な期間は、大陸氷河が後退した時期であり、間氷期と呼ばれます。これらは、未分類で層状化していない氷河残骸の堆積物を隔てる埋没土壌断面、泥炭層、湖や川の堆積物によって証明されています。

当初、氷河期/間氷期サイクルの長さは約41,000年でしたが、約100万年前の中期更新世移行期以降、サイクルの長さは約100,000年に遅くなりました。これは、過去800,000年間の氷床コアとそれ以前の期間の海洋堆積物コアによって最も明確に証明されています。過去740,000年間に8回の氷河期サイクルがありました。^[7]

258万年前に始まる第四紀全体は、少なくとも1つの永久的な大きな氷床、つまり南極の氷床が継続的に存在していたため、氷河期と呼ばれています。各間氷期にグリーンランドのどの程度が氷で覆われていたかについては不確かです。現在、地球は間氷期、つまり11,700年前に始まった完新世にあり、これにより最終氷期の氷床がゆっくりと溶けています。現在世界の陸地表面の約10％を占める残りの氷河は、グリーンランド、南極、および一部の山岳地帯を覆っています。氷河期には、現在の（つまり間氷期の）水文学的システムは世界の広い地域で完全に中断され、他の地域ではかなり変化しました。陸上の氷の量の結果、海面は現在よりも約120メートル（394フィート）低くなりました。

地球の氷河の歴史は、地球の気候システムの内部変動（例：海流、炭素循環）と、気候システム外の現象による外部要因（例：地球の軌道の変化、火山活動、太陽出力の変化）との相互作用によって生まれたものである。^[8]

地球の軌道の変化が気候を制御する役割を果たしていることは、19世紀後半にジェームズ・クロールによって初めて提唱されました。 ^[9]その後、セルビアの地球物理学者 ミルティン・ミランコビッチがこの理論を詳しく説明し、地球の軌道の不規則性が現在ミランコビッチ・サイクルとして知られている気候サイクルを引き起こす可能性があると計算しました。^[10]これらは、地球の軌道特性のいくつかの種類の周期的な変化の付加的な動作の結果です。

まず、地球の軌道離心率の変化は約 10 万年の周期で発生します。^[11]次に、地球の軸の傾斜は 41,000 年の周期で 22° から 24.5° の間で変化します。^{[11]地球の軸の傾きは}季節の原因であり、傾きが大きいほど、夏と冬の気温のコントラストが大きくなります。第三に、春分点の歳差運動、つまり地球の自転軸の揺れは 26,000 年の周期です。ミランコビッチ理論によると、これらの要因により地球は周期的に寒冷化し、周期の中で最も寒い部分は約 40,000 年ごとに発生します。ミランコビッチ サイクルの主な影響は、季節間のコントラストを変えることであり、地球が受ける年間の太陽熱の量を変えることではありません。その結果、氷が溶ける量は蓄積する量よりも少なくなり、氷河が形成されます。

ミランコビッチは1920年代から1930年代にかけて気候周期の考えを提唱したが、理論を適切に検証できるほど十分に長く詳細な第四紀の気温変化の年表が作成されたのが1970年代になってからだった。^[12]深海コアとその化石の研究は、過去数十万年間の気候の変動がミランコビッチの予測に驚くほど近いことを示している。

ある理論によれば、大気中のCO
₂重要な温室効果ガスである二酸化炭素は、長期的な寒冷化傾向を引き起こし、最終的には北極の大陸氷床の形成につながった。^[13] 地質学的証拠は、中生代中期以降、大気中の_{二酸化炭素}が90％以上減少したことを示している。^[14]アルケノン記録からの二酸化炭素再構築_の分析は、大気中の_{二酸化炭素が}南極の氷河期の前と最中に減少したことを示しており、南極の氷河期の主な原因として大幅な二酸化炭素の減少を裏付けている。_[ ^15]後期鮮新世の二酸化炭素レベルの低下は、地球の寒冷化と北半球の氷河期の始まりに大きく寄与した可能性がある。^{[16] [17]}この大気中の二酸化炭素濃度の低下は、南極海の深層の換気の減少によって生じた可能性がある。^[18]

CO2レベルも、間氷期と氷期の移行に重要な役割を果たしている。CO2含有量が高いと温暖な間氷期に相当し、CO2含有量が低い_と氷期に相当する。しかし、研究によると、CO
₂間氷期から氷期への移行の主な原因ではなく、フィードバックとして作用する可能性がある。この観測されたCO
₂変異は「依然として難しい帰属問題である」^{[19] 。}

長期氷河期の発達において重要な要素は大陸の位置である。^[20]大陸の位置は海洋と大気の循環を制御し、海流が高緯度に熱を運ぶ方法に影響を与える。地質時代の大半を通じて、北極は広く開いた海にあり、主要な海流が衰えることなく動いていたようだ。赤道海水が極地に流れ込み、極地を温めた。これにより、地質時代の大半を通じて穏やかで均一な気候が続いた。

しかし、新生代には、北米大陸プレートと南米大陸プレートがユーラシアプレートから西に移動しました。これは、大西洋が南北に走る海域の発達と連動し、北極は北極海の小さな、ほぼ陸地に囲まれた海盆に位置しました。ドレーク海峡は3,390万年前（始新世から漸新世への移行期）に開通し、南極と南アメリカが切り離されました。その後、南極周極海流がそこを流れ、南極を暖かい海から隔離し、巨大な氷床の形成を引き起こしました。約365万年から350万年前に北大西洋海流（NAC）が弱まったことで、北極海が冷却されて淡水化し、北極の海氷の発達が促進され、鮮新世後の大陸氷河形成の条件が整いました。^{[21]約260万年前、} MIS104の間に北大西洋東部で起こった渦鞭毛藻の嚢子ターンオーバーは、この時期に北大西洋が大きく南に移動し、北大西洋の高緯度海域への熱輸送が減少して北海と北西ヨーロッパが急激に寒冷化した証拠として挙げられている。^[22]パナマ地峡は約260万年前にプレート収束縁で発達し、海洋循環をさらに分離し、極域外で太平洋と大西洋を結んでいた最後の海峡を閉じた。^[23]これにより極方向への塩分と熱の輸送が増加し、北大西洋の熱塩循環が強化され、北極緯度に十分な水分が供給され、北半球の氷河期が開始された。^{[24] [25]約274万年前のナノ化石}Coccolithus pelagicusの生物地理学の変化は、この氷河期の開始を反映していると考えられている。^[26]しかし、モデルシミュレーションでは、温暖化条件下では氷床の端での融解が増加するため、氷の体積が減少することを示唆している。^[27]

エルニーニョ現象は鮮新世初期から中期にかけて恒久的に発生していた。東太平洋赤道域の気温上昇により水蒸気温室効果が高まり、反射率の高い層雲に覆われた面積が減少し、地球のアルベドが減少した。エルニーニョ現象が惑星波を通じて伝播したことにより、極地が温暖化し、北半球の氷河期の開始が遅れた可能性がある。したがって、約300万年前に東太平洋赤道域に冷たい表層水が出現したことで、地球の寒冷化が促進され、ミランコビッチサイクルに対する地球の気候の反応が変化した可能性がある。^[28]

大陸表面の隆起は、多くの場合山脈の形成として、第四紀の氷河期を引き起こす一因となったと考えられている。地球上の陸地の大部分が熱帯地方から徐々に移動し、さらに新生代後期に山脈の形成が増加したことで、高高度および高緯度の土地が増え、氷河の形成に有利となった。 ^[29]たとえば、グリーンランドの氷床は、西グリーンランドと東グリーンランドの台地がそれぞれ1000万年前と500万年前に隆起したことに関連して形成された。これらの山脈は受動的な大陸縁辺部を構成している。^[30]ロッキー山脈とグリーンランド西海岸の隆起は、ジェット気流の偏向と地表高度の上昇による降雪量の増加により気候を冷却したと推測されている。^{[31]コンピューターモデルは、このような隆起が}山岳性降水量の増加と地表温度の低下を通じて氷河期を可能にしたであろうことを示している。^[30]アンデス山脈については、約100万年前に主山脈が谷氷河の発達を可能にする高さまで隆起したことが知られています。 ^[32]

大陸にこれほど多くの氷が存在したことは、地球の水文学システムのほぼすべての側面に重大な影響を及ぼしました。最も顕著なのは、流水ではなく氷河の浸食と堆積によって形成された壮大な山の風景やその他の大陸の風景です。数百万平方キロメートルに及ぶまったく新しい風景が、地質学的に見て比較的短い期間に形成されました。さらに、広大な氷河氷塊は、氷河の縁をはるかに越えて地球に影響を及ぼしました。直接的または間接的に、氷河作用の影響は世界のあらゆる場所で感じられました。

第四紀の氷河期は、他のすべての地質学的プロセスを合わせたよりも多くの湖を生み出しました。その理由は、大陸氷河が氷河期前の排水システムを完全に破壊したためです。氷河が移動した表面は氷によって削られ、浸食され、岩盤に多くの閉鎖された排水されない窪みが残りました。これらの窪みは水で満たされ、湖になりました。

氷河の縁に沿って非常に大きな湖が形成された。北米とヨーロッパの氷は、最大積雪の中心付近で約 3,000 メートル (10,000 フィート) の厚さがあったが、氷河の縁に向かって薄くなっていった。氷の重さによって地殻が沈下し、最も厚い氷の積もりの下で最も大きくなった。氷が溶けると、地殻の反発が遅れ、氷に向かって地域的な傾斜が生じた。この傾斜によって数千年にわたって続いた盆地が形成された。これらの盆地は湖になったり、海に侵食されたりした。バルト海^{[33] [34]}と北米の五大湖^[35]は主にこのようにして形成された。^{[疑わしい–議論する]}

カナダ楯状地、スウェーデン、フィンランドの多数の湖は、少なくとも部分的には氷河による風化した 岩盤の選択的な浸食によって形成されたと考えられています。^{[36] [37]}

氷河作用を引き起こす気候条件は、大規模な氷床から遠く離れた乾燥地域や半乾燥地域に間接的な影響を及ぼした。氷河に水を供給する降水量の増加により、主要河川や断続的な小川の流出量も増加し、大規模な雨水湖の成長と発達をもたらした。雨水湖のほとんどは、海につながる排水システムを確立するのに十分な雨が降らない、比較的乾燥した地域で発生した。代わりに、小川の流出水は閉鎖された盆地に流れ込み、プラヤ湖を形成した。降雨量が増加すると、プラヤ湖は拡大して溢れた。雨水湖は氷河期に最も広大であった。間氷期には雨が少なくなり、雨水湖は縮小して小さな塩原を形成した。

第四紀の氷河期におけるリソスフェアの主要なアイソスタシー調整は、大陸を沈下させた氷の重みによって引き起こされました。カナダでは、ハドソン湾周辺の広い地域が（現代の）海面より下に沈み、ヨーロッパのバルト海周辺の地域も同様でした。氷が溶けて以来、陸地はこれらの沈下から回復し続けています。これらのアイソスタシー運動の一部は、約9,000年前にスカンジナビアで大地震を引き起こしました。これらの地震は、プレートテクトニクスとは関係がないという点で独特です。

研究により、隆起は2つの異なる段階で起こったことがわかっています。氷河期の終焉に続く最初の隆起は急速で（「弾性」と呼ばれます）、氷が降ろされるときに起こりました。この「弾性」段階の後、隆起は「ゆっくりとした粘性流」によって進行するため、その後は隆起率は指数関数的に減少しました。今日、典型的な隆起率は、隆起率が年間2.54 cm（1インチ以上）である北米、特にアラスカの地域を除いて、年間1 cm以下です。^[38]北ヨーロッパでは、これはBIFROST GPSネットワークによって取得されたGPSデータによって明確に示されています。 ^[39]研究によると、隆起は少なくともあと1万年は続くとされています。氷河期の終焉からの総隆起は、地域の氷の負荷に依存し、隆起の中心付近では数百メートルになる可能性があります。

大陸の大部分に氷が存在したことで、大気循環のパターンが大きく変化しました。氷河原から吹き出す濃い冷たい空気が豊富なため、氷河縁辺付近の風は強く、持続的でした。これらの風は、氷河によって運ばれた大量のゆるく細かい粒子の堆積物を巻き上げ、運びました。この塵は黄土(風で運ばれたシルト) として蓄積し、ミズーリ川流域、中央ヨーロッパ、中国北部 の大半に不規則な毛布を形成しました。

第四紀初期には、砂丘は多くの地域でより広範囲に広がり、活発に活動していた。良い例としては、ネブラスカ州のサンドヒルズ地域が挙げられ、その面積は約60,000 km ² (23,166平方マイル) に及ぶ。^[40]この地域は更新世には大規模で活発な砂丘地帯であったが、今日では草に覆われてほぼ安定している。^{[41] [42]}

厚い氷河は、いくつかの重要な地域で海底に達するほど重く、海水の通路を遮断して海流に影響を与えました。これらの直接的な影響に加えて、海流は地球全体の熱伝達に寄与するため、フィードバック効果も引き起こしました。

第四紀の氷河によって堆積したモレーンとティルは、貴重な金の砂金鉱床の形成に貢献しました。これはチリの最南端の例であり、第四紀のモレーンの再加工により沖合に金が集中しました。^[43]

氷河作用は地球の歴史上稀な出来事であるが、^[44]後期古生代（3億～2億年前）と後期先カンブリア時代（すなわち新原生代、8億～6億年前）には広範囲に氷河作用があったという証拠がある。^[45] 2～300万年前に始まった現在の氷河期以前は、地球の気候は典型的には長期間にわたり穏やかで均一であった。この気候史は、化石植物や動物の種類、地層記録に保存されている堆積物の特性から推測できる。^[46]しかし、広範囲に氷河堆積物があり、地質学的記録のさまざまな部分に古代の大規模な氷河作用の期間がいくつか記録されている。このような証拠は、現在の第四紀氷河作用の前に大規模な氷河作用があったことを示唆している。

カルー氷河期と呼ばれる第四紀以前の氷河作用の最もよく記録された記録の1つは、南アフリカ、インド、南アメリカ、南極、オーストラリアの後期古生代岩石で発見されています。これらの地域では古代の氷河堆積物の露出が多数あります。さらに古い氷河堆積物の堆積物は、南アメリカを除くすべての大陸に存在します。これらは、後期先カンブリア時代にさらに2回の広範囲にわたる氷河作用が発生し、クライオジェニアン期にスノーボールアースが形成されたことを示しています。^[47]

最終氷期極大期に続く約2万年前からの温暖化傾向により、海面は約121メートル（397フィート）上昇した。この温暖化傾向は約6000年前に収まり、海面は新石器時代以降比較的安定している。現在の間氷期（完新世気候最適期）は、数百年続く数多くの寒波に中断された以前の間氷期と比較して安定しており、温暖である。この安定性により、新石器革命、ひいては人類の文明が可能になった可能性がある。^[48]

軌道モデルに基づくと、約6,000年前に始まった寒冷化傾向は、今後23,000年間続くと予想されます。^[49]しかし、地球の軌道パラメータのわずかな変化は、人間の関与がなくても、今後50,000年間は別の氷河期が来ないことを示している 可能性があります。 ^{[50]現在の寒冷化傾向は、約60,000年後に}間氷期（より温暖な時期）によって中断され、次の氷河期の最大期に達するのは約100,000年後になる可能性があります。^[51]

過去の推定では間氷期の期間は約1万年とされていたため、1970年代には次の氷河期が差し迫っているのではないかとの懸念もあった。しかし、太陽の周りを回る地球の軌道の離心率のわずかな変化から、間氷期はさらに約5万年続くと示唆されている。^[52]太陽出力の周期的変動に基づく他のモデルでは、次の氷河期の開始時期を今から約1万年後と予測している。^{[53]さらに、}人間の影響により、すでに異常に長い温暖期がさらに延長される可能性があると現在では考えられている。次の氷河期極大期のタイムラインの予測は、地球上のCO
₂大気中のCO
₂750 ppm （現在417 ppm ）の濃度では、現在の間氷期があと5万年続くと推定されています。 [ ^{55 ]}しかし、最近の研究では、地球の海洋と大気に放出される熱を閉じ込めるガスの量が、そうでなければ約5万年後に始まるであろう次の氷河期（氷河期）と、おそらくさらなる氷河サイクルを防ぐだろうと結論付けられています。^{[56] [57]}

ウィクショナリーの氷河の辞書定義

• 氷河と氷河作用
• モンタナ州北部におけるミズーリ川の更新世氷河作用と分流 2012-04-15 にWayback Machineでアーカイブ
• Clark, Peter U.; Bartlein, Patrick J. (1995). 「米国西部における後期更新世の氷河作用と北大西洋ハインリッヒ現象との相関関係」.地質学. 23 (4): 483– 6. Bibcode :1995Geo....23..483C. doi :10.1130/0091-7613(1995)023<0483:COLPGI>2.3.CO;2.
• ピエロウ、EC（2008年）。『氷河期後：氷河期北米への生命の復活』シカゴ大学出版局。ISBN 978-0-226-66809-3。
• アラスカの氷河と氷原
• ウェイバックマシンで更新世の氷河期（2012年2月7日アーカイブ）（過去200万年）
• IPCC の古気候(pdf) 2013-03-19 にWayback Machineでアーカイブ

原因

• 気候変動の天文学的理論
• ミルティン・ミランコビッチとミランコビッチ・サイクル