Os glaciais quaternários , também chamados de congelamentos plioquaternários, são sucessões de pelo menos 17 períodos glaciais (período inicialmente variando de 50 mil anos e, de 1,2 Ma , com periodicidade próxima a 100 mil anos) ocorrendo regularmente por 2,58 milhões de anos (durante Sistema quaternário , último período da era Cenozóica ), e separado por períodos interglaciais (com duração entre 10 e 20.000 anos). Este período é parte de um evento de resfriamento do clima global que já dura mais de 50 Ma e constitui o período mais frio. As idades do gelo são caracterizadas pelo desenvolvimento de mantos de gelo nos continentes, cuja ação muito contribuiu para moldar as paisagens atuais por meio da erosão glacial . Essas alternâncias resultaram em ciclos de extinção seguidos de recolonização de ambientes que, associados à deriva genética , estruturaram profundamente a diversidade genética de cada zona durante sucessivos episódios glaciais.
A fase de formação do manto de gelo do Ártico começou há cerca de 2,7 milhões de anos. Foi seguido por um lento processo de resfriamento global, cujos primórdios já podem ser encontrados no final do Eoceno . 4,6 milhões de anos atrás, o istmo do Panamá começou a fechar, causando a interrupção das correntes oceânicas , o que, entre outras coisas, resultou no aumento da umidade do ar no Ártico e, finalmente, no congelamento do hemisfério norte.
A atual Idade do Gelo é pontuada por curtos períodos de aquecimento. Episódios de frio (glaciações) são caracterizados por uma extensão maciça de geleiras . Com uma duração média de 90.000 anos, eles dominam amplamente os episódios interglaciais (apenas 15.000 anos). Esses interglaciais geralmente se estabelecem rapidamente, enquanto as glaciações são muito progressivas. Assim, a mudança climática raramente é equilibrada: o aquecimento rápido é seguido por um resfriamento lento e duradouro.
O ciclo completo de um interglacial ao seguinte dura, para períodos recentes, pouco mais de 100.000 anos; mas essa estimativa é válida apenas para os últimos 600.000 a 800.000 anos. De 2,7 milhões de anos até cerca de 700.000 anos AP, a duração média de um ciclo era de apenas 40.000 anos. Devemos relacionar isso com períodos quase tão longos de mudança na inclinação da eclíptica (inclinação do eixo da Terra ). O atual ciclo de 100.000 anos está relacionado principalmente a variações na excentricidade da órbita da Terra. Atualmente, não há uma interpretação satisfatória dessa alteração na duração do ciclo.
O atual interglacial designado na escala de tempo geológica como a série do Holoceno , já dura 11.000 anos. No entanto, esses episódios, mais quentes do que os episódios de glaciação, apresentam um clima relativamente frio em escala de tempo geológico: a cobertura de neve ao redor dos pólos e no topo das montanhas ( neve eterna ) permanece permanente. As geleiras não podem, no entanto, ser mantidas em latitudes médias e aí se estabelece o clima temperado de hoje, com invernos particularmente amenos.
Estamos agora procurando as causas do resfriamento geral do planeta desde o Eoceno na própria geologia, as oscilações climáticas menores sendo além disso facilmente explicadas pelas variações periódicas da excentricidade da órbita da Terra ou dos ciclos de atividade do Sol.
A pesquisa sobre as causas do ciclo de glaciação continua sendo um dos ramos fundamentais da paleoclimatologia hoje . Está intimamente ligada aos nomes de James Croll e Milutin Milanković , ambos baseados na hipótese do francês Joseph-Alphonse Adhémar , segundo a qual alterações na geometria da órbita terrestre seriam responsáveis por glaciações periódicas.
As variações da órbita da Terra são consequência da evolução da distribuição das interações gravitacionais no sistema Sol-Terra-Lua . Eles alteram a forma elíptica da órbita da Terra ( excentricidade ) em torno do Sol ao longo de um período de aproximadamente 100.000 anos, bem como uma oscilação do próprio eixo de rotação da Terra (inclinação da eclíptica ) ao longo de um período de aproximadamente 100.000 anos. de 40.000 anos, enquanto o eixo dos equinócios assume a mesma posição na trajetória elíptica quase a cada 25.780 anos ( precessão ). Esses “ ciclos de Milanković ” causam mudanças periódicas na distribuição do fluxo solar na superfície da Terra.
Inspirado nas ideias do meteorologista alemão Vladimir P. Köppen , Milutin Milanković formulou em 1941 ( Der Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitproblem ) a hipótese segundo a qual ocorrem glaciações sempre que a radiação solar recebida em altas latitudes do hemisfério norte está um mínimo. De acordo com Köppen, de fato, o frescor dos verões conta mais do que o frio dos invernos na formação das geleiras. Milanković procurou, portanto, a causa das glaciações nas regiões onde os verões são mais frescos, nomeadamente nas altas latitudes do hemisfério norte.
Para alguns, variações nos parâmetros da órbita terrestre (ciclos de Milankovitch) podem ter sido um fator desencadeante do fenômeno, mas sua ação foi certamente amplificada por vários fatores. Assim, os processos tectônicos e sua ação sobre as correntes marinhas têm sido apontados como uma das causas do início do congelamento da Antártica e do Hemisfério Norte. Além disso, o conteúdo de CO 2 da atmosfera, que está acoplado às oscilações térmicas do globo, teria desempenhado um papel ativo, como evidenciado por vários estudos realizados nos núcleos de gelo de 800.000 anos retirados da Antártica e do Estados Unidos, Groenlândia. Dessa forma, a queda na concentração de gases de efeito estufa na atmosfera, como o dióxido de carbono (além do metano e do óxido nitroso ) explicam cerca de um terço da queda de temperatura que levou às glaciações, e até a metade segundo recente estudar. Outros processos de feedback positivo, como a amplificação do albedo por calotas polares ou o desaparecimento da cobertura vegetal, bem como a variabilidade da umidade atmosférica, têm mantido o fenômeno. As chamadas variações “estadiais” (resfriamento efêmero durante uma era interglacial) e “interestadiais” são explicadas pelo acoplamento com a circulação termohalina .
Houve duas dúzias de oscilações climáticas durante a última era do gelo , durante a qual a temperatura do Atlântico Norte subiu para 12 ° C por apenas uma década. Esses “ eventos Dansgaard-Oeschger ” parecem ocorrer a cada 1.470 anos, periodicidade que tentamos explicar pela concomitância de dois ciclos solares : o de 87 anos e o de 210 anos, visto que 1.470 é o primeiro múltiplo comum. 210 e 86,5 . Durante o atual período interglacial, esses eventos Dansgaard-Oeschger ainda não ocorreram porque as pequenas variações na atividade solar não têm sido suficientes para alterar significativamente a estabilidade das correntes marítimas do Atlântico desde 10.000 anos.
Inicialmente, a datação das glaciações quaternárias baseava-se na localização dos depósitos correspondentes. Eles se distinguiam pela estrutura de camadas alternadas de sedimentos interglaciais com morenas glaciais. Mas a comparação e busca de correspondências entre os depósitos identificados em áreas remotas revelou muitas dificuldades. Assim, ainda não temos certezas sobre a concomitância dos depósitos da glaciação Saale (que afetou o norte da Alemanha) e os da glaciação Riss , no espaço alpino . É por isso que as diferentes regiões da Terra mantêm sua própria divisão estratigráfica quaternária.
Estas diferentes denominações regionais, onde os próprios especialistas têm dificuldade em identificar, confundem o grande público. É assim que o último avanço da geleira, que atingiu o pico há mais de 20.000 anos, é chamado de " glaciação Würm " na França e em outros países alpinos, "glaciação Devensien" nas Ilhas Britânicas , " Glaciação Vístula " na Alemanha e no norte da Europa, "Glaciação Valdai ”Na Rússia e, finalmente,“ Wisconsin Glaciation ”na América do Norte. A diversidade também existe para outras eras glaciais e interglaciais.
Outra dificuldade em datar depósitos glaciais continentais é que a estratificação não é um processo contínuo. Fases intensas de sedimentação (como durante a progressão do manto de gelo ) sucedem fases sem sedimentação, ou mesmo fases de erosão. No norte da Alemanha, por exemplo, não há local onde haja uma alternância completa de sedimentos das três fases principais da glaciação e aluvião dos episódios interglaciais. A verificação cruzada pode, portanto, ser feita apenas por comparação com regiões remotas, o que pode levar a erros de avaliação.
A subdivisão adotada internacionalmente para as glaciações quaternárias é baseada nas propriedades dos depósitos sedimentares marinhos. Esses sedimentos oferecem a interessante característica de serem depositados regularmente em bolsas preservadas, o que permite a deposição de sedimentos tanto nos períodos quentes quanto nos frios.
Um recurso notável para datar os diferentes estágios da Idade do Gelo é o comportamento dos isótopos de oxigênio estáveis 16 O e 18 O fixados em microrganismos de coral ( foraminíferos ). Como o isótopo 16 O é mais leve que 18 O, ele está presente em maior proporção nos depósitos sedimentares, o que resulta em uma composição isotópica particular de oxigênio . O aprisionamento do isótopo leve 16 O nas geleiras continentais durante as glaciações carregou o oceano com isótopos pesados durante esses períodos (efeito de congelamento). Foi assim que se desenvolveu uma disciplina específica, a estratigrafia de sedimentos marinhos .
A Idade do Gelo foi dividida em 103 estágios isotópicos de oxigênio . Períodos de aquecimento (interstadial ou interglacial) são atribuídos a um número ímpar e os episódios de congelamento são numerados por pares. Assim, o interglacial contemporâneo é classificado como estádio isotópico de oxigênio 1 (abreviado OIS 1 de acordo com a denominação internacional de isótopo de oxigênio estágio 1 ), e o pico da última glaciação como OIS 2. Em antecipação à descoberta de novas variações isotópicas subsequentes à adoção de nesta classificação, foi planejado intercalá-los com letras com sufixo após o número: por exemplo. “OIS 5e” para o interglacial Eem.
MagnetoestratigrafiaOutra forma muito comum de subdividir o Quaternário é detectar variações e reversões no campo magnético da Terra. Duas reversões claras do campo magnético ocorreram no Quaternário, uma 780.000 anos atrás, e a outra 2.580.000 anos atrás (o termo "inversão" não deve ser tomado literalmente aqui, mas como uma diminuição gradual no campo magnético em um pólo, e seu aumento correlativo no outro). Houve outras fases de reversão do campo magnético ao longo de grandes eras, como 1,77 milhão de anos atrás. Quando encontramos indícios de uma dessas inversões, por exemplo na orientação das rochas magnéticas dos depósitos glaciais, torna-se possível datar esses depósitos. Este método é adequado para sedimentos continentais e marinhos . É assim que a datação do início das glaciações é universalmente reconhecida pelos pesquisadores: localiza-se na grande reversão do campo magnético localizada no Plioceno - Limite Quaternário , há 2,59 milhões de anos, e concorda bem com os primeiros avanços das geleiras. no hemisfério norte.
Na Europa central , as glaciações recebem o nome de rios cujos leitos geralmente marcam a extensão máxima do manto de gelo. Enquanto no sul da Alemanha as geleiras se estendiam dos picos alpinos, no norte da Alemanha eram uma extensão da calota de gelo escandinava . Com exceção da última glaciação (da qual ainda não é certo), a extensão das geleiras no Arco Alpino e no norte da Alemanha progrediu de forma absolutamente sincronizada . Portanto, os valores apresentados hoje estão sujeitos a revisões no futuro em função de novos avanços científicos.
Área alpina (extensão máxima) |
Alemanha do Norte (extensão máxima) |
Período (em milhares de anos BP) |
OIS |
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- | Glaciação de Brüggen ( Brüggen ) | Aproximadamente. 2200 | ? |
Glaciação Biber ( Biberbach ) | - | Aproximadamente. 1900–1800 ou 1500–1300 | OIS 68-66 ou OIS 50-40 |
- | Glaciação Eburon ( Éburonne ) | Aproximadamente. 1400 | ? |
Glaciação Donau ( Danúbio ) | - | Aproximadamente. 1000-950 | OIS 28-26 |
- | Ménape glacial ( menápios ) | 640-540 | ? |
Glaciação Günz ( Günz ) | - | 800-600 | OIS 20-16 |
Glaciação Mindel ( Mindel ) | - | 475-370 | OIS 12 |
- | Glaciação Elster ( Elster Blanc ) | 400-320 | OIS 10 |
Glaciação de Riss ( Riss ) | glaciação do Saale ( Saale ) | 350-120 (Riß), 300-130 (Saale) | OIS 10-6 (Riß), MIS 8-6 (Saale) |
Würm glaciação ( Würm ) | glaciação do Vístula ( Vístula ) | 115-10 | OIS 2-4 |
Subdivisões litoestratigráficas | Equivalente alpino | Equivalente nórdico | Clima | Cronologia isotópica | Biozona de mamíferos |
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Tubantiana | Würmien | Weichseliano | Resfriado | SIO 4-2 ou SIO 5d-2 | MNQ 26 |
Emian | Riss-Würm Interglacial | Emian | Quente | WIS 5º | MNQ 25 |
Drenthien | Saalien | Riss Glaciation | Resfriado | SIO 10-6 ou SIO 8-6 | MNQ 22-24 |
Needien | Mindel-Riss interglacial | Holsteiniano | Quente | WIS 11 | MNQ 22 |
Taxandriano | Glaciação de Mindel | Elstérien (ou "Günz II" ) | Resfriado | SIO 10 ou SIO 12 | MNQ 22 |
Cromeriano | Interglacial de Günz I e II | Cromeriano | Quente | WIS 22-13 | MNQ 21 |
Menapian | Glaciação de Günz | Menapian e Bavelian | Resfriado | SIO 31-23 e SIO 22-16 | MNQ 20 |
Waalien | Donau-Günz interglacial | Waalien | Quente | MNQ 19 | |
- | Glaciação Donau | Eburoniano | Resfriado | WIS 28-26 | |
Tiglien | Biber-Donau interglacial | Tiglien | Quente | ||
Amstélien (nl) | Glaciação Biber | Pretigliano | Resfriado | SIO 68-66 ou SIO 50-40 | MNQ 18 |
Durante as recentes eras glaciais, o manto de gelo e os campos de neve se expandiram consideravelmente, cobrindo cerca de 32% da massa terrestre do globo, especialmente no hemisfério norte: era uma grande parte da Europa , da Ásia e da América do Norte . Atualmente, apenas 10% da área terrestre ainda está coberta por geleiras.
Os vestígios de geleiras, devido à erosão glacial, ainda são evidentes, sejam eles locais de grandes dimensões (por exemplo, o Planalto do Lago Mecklenburg , os vales glaciais de Brandemburgo) ou de dimensões modestas tendo surpreendentemente resistido às formas. Erosão subsequente (por exemplo , morenas , ombros, pedras fofas). Assim, por exemplo, nos Alpes Marítimos, encontramos locais de testemunhos glaciais que podem ser datados de OIS 16 e 12.
Durante as glaciações quaternárias, a extensão das camadas de gelo da Antártica era muito mais estável do que a do Ártico. Por um lado, presume-se que o congelamento da terra e as plataformas continentais levemente inclinadas no hemisfério norte foram mais intensos do que no oceano Antártico. Por outro lado, como o continente Antártico já está profundamente congelado, a camada de gelo pode se estender até a superfície apenas muito pouco. A extensão atual da geleira está ligada à queda do nível do mar.
Ao longo do atual período interglacial ( Holoceno ), o manto de gelo encolheu consideravelmente. Após um avanço final durante a fase de gelo em direção ao final do Younger Dryas , o recuo foi rápido no início do Holoceno, com o desaparecimento de várias geleiras, notadamente na Islândia e na península escandinava. Isso vale para o auge do período interglacial (Holoceno), há pouco mais de 7.000 anos. Naquela época, as geleiras alpinas eram muito menores do que eram no início do XX ° século . Se vários pesquisadores admitem que as geleiras dos Alpes ou da Escandinávia são vestígios da última glaciação, outros estimam que só apareceram durante os últimos 6.000 anos, vários deles não tendo atingido sua extensão máxima do que alguns séculos atrás.
A formação de calotas polares continentais fixou grandes quantidades de água. No auge da última idade do gelo, o nível do mar estava de 120 a 130 m mais baixo . Isso foi acompanhado pelo surgimento de várias penínsulas. Mares fechados e mares interiores, como o Mar do Norte , estão praticamente secos. O surgimento do Estreito de Bering , que ligava o Nordeste Asiático à América do Norte, revelou-se de importância decisiva para a evolução dos seres vivos: permitiu trocas faunísticas e florísticas entre os dois mundos e o primeiro povoamento da América (segundo teoria recebida o XX th século ).
Essas glaciações levam a uma retomada da erosão dos cursos d'água devido à queda do nível de base, que tem o efeito de desestabilizar seu perfil de equilíbrio e ocasionar o aprofundamento das formações geológicas. Dependendo dessa erosão, todos os cursos d'água mostram o afloramento de formações geológicas cada vez mais profundas (e, portanto, antigas) de montante a jusante. À medida que o mar sobe após cada fase da glaciação, “a erosão diminui e a sedimentação prevalece. Uma sucessão de aluviões (antigos a recentes) é então depositada no fundo do vale, formando terraços fluviais durante a retomada da erosão. Dentro destes depósitos aluviais alternam níveis mais ou menos turfosos de cascalhos, areias e / ou argilas dependendo da dinâmica de transporte, a sedimentação torna-se cada vez mais fina à medida que a velocidade do fluxo diminui ” .
Durante as glaciações, como resultado de temperaturas mais baixas, a precipitação era geralmente muito mais baixa do que durante os períodos quentes; mas, na realidade, essa avaliação mascara contrastes regionais muito significativos. Enquanto as latitudes polares e médias experimentaram um clima bastante seco, os trópicos podem experimentar em alguns lugares um clima úmido. Os desertos tropicais eram áridos e as terras tropicais úmidas eram pequenas. Mas a quantidade de água que pode ser mobilizada como chuva nas latitudes altas e médias foi maior durante as eras glaciais do que hoje, porque a queda nas temperaturas e a redução da cobertura vegetal reduziram a absorção de água na mesma proporção.
O último máximo glacial (LGM) ocorreu há 21.000 anos. A temperatura média global era cerca de 5 a 6 K mais baixa do que hoje. Sabemos, pelo gás fixado no gelo polar, que a concentração atmosférica de CO 2 (dióxido de carbono) durante os 800.000 anos anteriores ao ano de 1750 variou entre 180 ppm nos períodos frios (glaciações) e 300 ppm nos períodos quentes (interglaciais); desde o ano de 1750 essa concentração aumentou em 40% em relação aos níveis anteriores à Revolução Industrial (278 ppm de CO 2 antes da Revolução Industrial e 390,5 ppm em 2011) - e em 150% no metano , outro gás de forte efeito estufa ( 722 ppb de CH 4 em 1750 e 1803 ppb em 2011).
Nos estágios posteriores de cada glaciação, a temperatura da Terra aumentou como resultado do aumento natural da radiação solar e, em reação a esse aquecimento inicial, a atmosfera carregou-se com gás CO 2 e metano. Essa concentração leva alguns séculos. O fenômeno é reversível, ou seja, cada glaciação é acompanhada por uma queda no teor de gases de efeito estufa. O aumento da temperatura praticamente dita a taxa de concentração do gás de efeito estufa: as curvas de variação do CO 2 atmosférico e do teor de metano são praticamente paralelas à curva de temperatura durante esse processo. Essa correspondência de variações cronológicas é unívoca e não apresenta nenhuma descontinuidade ou cúspide, de modo que, para este período geológico, a interação Sol-temperatura no solo terrestre parece ter um papel preponderante.
Uma teoria diferente sugeria que a liberação de gases de efeito estufa levaria por um processo de feedback a uma desaceleração no aquecimento seguida por uma nova fase de liberação de gases de efeito estufa, até que um estado estacionário fosse alcançado. Finalmente alcançado, e o clima, bem como os gases de efeito estufa a concentração teria permanecido relativamente estável durante os períodos interglaciais. Este mecanismo natural de aquecimento poderia então ter explicado o atual aquecimento global , porque o aumento do conteúdo de gases de efeito estufa na atmosfera, hoje ligado à atividade antropogênica, é considerado como um relançamento da temperatura.
No entanto, essa teoria é enfraquecida por observações convergentes que mostram que o aumento no conteúdo de dióxido de carbono da atmosfera segue, às vezes por várias centenas ou mesmo milhares de anos, o aumento da temperatura. Isso se deve ao processo de desgaseificação dos oceanos, sob o efeito da temperatura, o que certamente poderia alimentar loops de feedback positivo, mas os estudos sobre este último ponto são insuficientes no momento.
Finalmente, de acordo com vários pesquisadores, a radiação solar desempenha apenas um papel secundário na atual fase de aquecimento.
As variações climáticas do Cenozóico marcaram de forma decisiva a evolução da vida. As alternâncias de resfriamento e aquecimento confinaram as espécies vivas a habitats específicos. Incontáveis espécies vegetais e animais tiveram que abandonar seu território ou se extinguiram.
Muitas espécies características desse período, principalmente a Megafauna, estão hoje extintas como mamutes , mastodontes , saiga , tigre dente-de-sabre , leão das cavernas, urso das cavernas etc., sem contar o Homo heidelbergensis , ancestral do homem de Neandertal . Depois de muitas controvérsias sobre a origem supostamente climática dessas extinções, agora está comprovado que o homem, por meio da caça, teve um impacto decisivo, senão exclusivo, em sua extinção entre -50.000 e -10.000.