Co powoduje cykle glacjalno-interglacjalne?
Zmiany w orbicie Ziemi na przestrzeni czasu zmieniły ilość promieniowania słonecznego, które Ziemia otrzymuje w każdym sezonie. Okresy interglacjalne mają tendencję do występowania w czasach bardziej intensywnego letniego promieniowania słonecznego na półkuli północnej. Te cykle glacjalne i interglacjalne zmieniały się i słabły przez cały okres czwartorzędu (ostatnie 2,6 miliona lat). Od środkowego czwartorzędu cykle glacjalno-interglacjalne występują z częstotliwością około 100 000 lat (Lisiecki i Raymo 2005). W szeregu czasowym promieniowania słonecznego cykle tej długości (znane jako „ekscentryczność”) są obecne, ale są słabsze niż cykle trwające około 23 000 lat (nazywane „precesją równonocy”).
Okresy interglacjalne mają tendencję do występowania w okresach szczytowego promieniowania słonecznego w lecie na półkuli północnej. Jednak pełne interglacjały występują tylko mniej więcej co piąty szczyt w cyklu precesji. Pełne wyjaśnienie tej obserwacji jest wciąż aktywnym obszarem badań. Procesy nieliniowe, takie jak dodatnie sprzężenia zwrotne w systemie klimatycznym mogą być również bardzo ważne w określaniu, kiedy występują okresy glacjalne i interglacjalne.
Innym interesującym faktem jest to, że zmiany temperatury na Antarktydzie są w fazie ze zmianami promieniowania słonecznego w wysokich północnych szerokościach geograficznych. Zmiany promieniowania słonecznego w wysokich południowych szerokościach geograficznych w pobliżu Antarktydy są w rzeczywistości poza fazą ze zmianami temperatury, tak że najzimniejszy okres podczas ostatniej epoki lodowcowej wystąpił mniej więcej w czasie, gdy region doświadczał szczytu lokalnego nasłonecznienia. Oznacza to, że wzrost pokrywy lodowej na półkuli północnej ma istotny wpływ na klimat na całym świecie.
Dlaczego okresy lodowcowe kończą się gwałtownie?
Zauważ asymetryczny kształt zapisu temperatury na Antarktydzie (czarna linia), z nagłymi ociepleniami zaznaczonymi na żółto, poprzedzającymi bardziej stopniowe ochłodzenia (Kawamura et al. 2007; Jouzel et al. 2007). Ocieplenie pod koniec okresów lodowcowych ma tendencję do występowania gwałtowniej niż wzrost insolacji słonecznej. Odpowiedzialnych za to jest kilka pozytywnych sprzężeń zwrotnych. Jednym z nich jest sprzężenie zwrotne lód-albedo. Drugie sprzężenie zwrotne dotyczy atmosferycznego CO2. Bezpośrednie pomiary przeszłego CO2 uwięzionego w pęcherzykach rdzenia lodowego pokazują, że ilość atmosferycznego CO2 zmniejszyła się podczas okresów lodowcowych (Kawamura et al. 2007; Siegenthaler et al. 2005; Bereiter et al. 2015), częściowo dlatego, że głęboki ocean zmagazynował więcej CO2 z powodu zmian w mieszaniu oceanicznym lub aktywności biologicznej. Niższy poziom CO2 osłabił efekt cieplarniany atmosfery i pomógł w utrzymaniu niższych temperatur. Ocieplenie pod koniec okresów lodowcowych uwolniło CO2 z oceanu, co wzmocniło efekt cieplarniany atmosfery i przyczyniło się do dalszego ocieplenia.
Kilka ważnych zbiorów danych związanych z cyklami glacjalnymi/interglacjalnymi:
- Berger i Loutre (1991), obliczone przychodzące promieniowanie słoneczne dla ostatnich 5 milionów lat
- Peltier (1994), topografia pokrywy lodowej od ostatniego maksimum glacjalnego
- Lisiecki i Raymo (2005), bentosowe zapisy δ18O używane jako proxy dla globalnej objętości lodu
- Siegenthaler i in. (2005), dwutlenek węgla z rdzenia lodowego EPICA Dome C na Antarktydzie
- Jouzel et al. (2007), izotopy stabilne z rdzenia lodowego EPICA Dome C na Antarktydzie
- Kawamura et al. (2007), izotopy stabilne i gazy śladowe z rdzenia lodowego Dome Fuji
- Bereiter et al. (2015), dwutlenek węgla z rdzenia lodowego EPICA Dome C na Antarktydzie
.