W plejstocenie (2,6 mln – 11,7 tys. lat temu) nastąpiła epoka lodowcowa, która być może trwa do dziś. Zmiany klimatu były drastyczne. W ciągu niespełna jednego miliona lat lądolód kilkakrotnie pokrywał półkulę północną do 50° szerokości geograficznej, a następnie wycofywał się do okolic podbiegunowych.
Plejstocen cechują cykliczne zmiany klimatu, wyrażone następującymi przemiennie okresami zimnymi, zwanymi zlodowaceniami (glacjałami) i ciepłymi – interglacjałami.
Zapis temperatury w osadach morskich
Oscylacje plejstoceńskiego klimatu najpełniej zapisały się w osadach morskich, w których wraz ze zmianami klimatycznymi cyklicznie zmieniał się stosunek zawartości izotopów tlenu O18 i O16. W okresach glacjalnych koncentracja O18 w osadach wzrastała, a w interglacjałach malała. Dziś zapis tych zmian dostarcza naukowcom dokładnych danych o dawnych temperaturach powietrza, poziomie mórz i globalnej objętości lodu.
Plejstoceńska klimatostratygrafia: A – magnetostratygrafia, B - krzywa zmian izotopu tlenu w plejstocenie, C – interglacjały z zapisem pełnej sekwencji zmian roślinności i klimatu
Wczesny plejstocen (2,6 mln – 900 tys. lat temu)
Zmiany klimatu zachodzące w plejstocenie, szczególnie na półkuli północnej, były drastyczne. Już na początku epoki, ok. 2,6 mln lat temu, nastąpiło silne globalne ochłodzenie. Okolice bieguna północnego przykryła czapa lodowcowa, powodując dramatyczne zmiany w zbiorowiskach roślinnych kuli ziemskiej. W wyższych szerokościach geograficznych, między innymi i w Polsce, rozprzestrzeniła się roślinność stepowa i tundrowa, wskazująca, że średnie temperatury lata nie przekraczały 10oC.
Początkowo okresy z panowaniem odpornej na chłody roślinności stepowej i tundrowej występowały naprzemiennie z okresami ciepłymi, w których rozwijały się szerokolistne lasy z wieloma drzewami ciepłolubnymi: Eucommia, Castanea, Carya, Pterocarya. Jednak w efekcie coraz silniejszych ochłodzeń część drzew, między innymi Eucommia, Carya, Tsuga i Sciadopitys całkowicie znikła z obszaru Europy.
Drzewa, które znikły z obszaru Europy ok. 1 mln temu - Eucommia, Carya, Tsuga, Sciadopitys
Wraz z zajęciem ogromnych przestrzeni przez stepotundrę ok. 1 mln temu pojawiła się w Europie i Azji plejstoceńska megafauna - mamuty, nosorożce włochate, niedźwiedzie jaskiniowe, piżmowoły i jelenie olbrzymie, a w Ameryce Północnej mastodonty i tygrysy szablastozębne.
Zamieszkujący Europę mamut włochaty (z lewej) i amerykański mastodont (z prawej). Źródło: Wikimedia Commons
Epoka lodowcowa (900-11,7 tys. lat temu)
Około 900 tys. lat temu nastąpiło tak znaczące oziębienie, że lądolody wkroczyły na teren Ameryki Północnej, Europy oraz Azji na półkuli północnej, a na półkuli południowej objęły Argentynę, Ziemię Ognistą i Tasmanię – rozpoczęła się prawdziwa epoka lodowcowa. Średnia temperatura roczna spadła o 5,5oC na całej kuli ziemskiej w stosunku do średniej temperatury rocznej, która obecnie wynosi 15oC.
Jednak nic nie trwa wiecznie! Klimat wciąż się zmieniał. W ciągu niespełna jednego miliona lat na półkuli północnej lądolód kilkakrotnie nasuwał się aż do 50o, a nawet 40o szerokości geograficznej, a następnie wycofywał do okolic podbiegunowych. Początkowo cykl glacjał/interglacjał trwał 40 tysięcy lat, później 100 tys., przy czym zlodowacenia trwały 70-90 tys. lat, a interglacjały zaledwie kilkanaście tys. lat.
W czasie maksymalnego rozprzestrzenienia się lądolodu średnia temperatura roczna mogła spaść nawet o 9-10oC, a warunki klimatu arktycznego zapanowały na ponad 1/3 obszaru półkuli północnej. Cykl glacjał/interglacjał obejmował około 80-120 tys. lat.
Współczesny (czarny) i maksymalny (szary) zasięg pokrywy lodowej na półkuli północnej w czasie epoki lodowcowej. Według J. Ehlers & P.L. Gibbard: The extent and chronology of Cenozoic global glaciation. Quaternary International, 164-165, 6-20. Źródło: Wikimedia Commons
Nasunięcia lądolodu na obszar Polski następowały kilkakrotnie (8 razy) i każde ze zlodowaceń jak również dzielące je interglacjały mają swoją nazwę.
Stratygrafia plejstocenu Polski
Plejstocen glacjalny rozpoczęło zlodowacenie narwi, którego zasięg nie obejmował całej Polski. Podczas zlodowaceń san 1 i san 2 lądolód objął całą Polskę i dotarł do Karpat i Sudetów. Zasięg pozostałych zlodowaceń był mniejszy.
Zasięgi zlodowaceń w Polsce
W epoce lodowcowej klimat cieplejszy niż dziś?
Okresy zlodowaceń przedzielały silne ocieplenia, zwane interglacjałami. Na początku epoki lodowcowej interglacjały były bimodalne (np. interglacjał augustowski i ferdynadowski), to znaczy obejmowały zarówno okresy ciepłe z rozwiniętymi lasami liściastymi, jak i okresy zimne z przewagą roślinności stepotundry.
W interglacjałach holsztyńskim i eemskim klimat był zdecydowanie cieplejszy niż dziś. Na obszarze Europy środkowej pojawiły się lasy liściaste, a w nich rośliny wymagające cieplejszych warunków do życia – w interglacjale eemskim, takie jak ostrokrzew, bukszpan i dzika winorośl, a w interglacjale holsztyńskim również skrzydłorzech. Podczas interglacjału holsztyńskiego średnia temperatura lata mogła dochodzić do 20oC (dziś 17-19oC), a zimy ok. 0oC (dziś –1 - –3oC). Natomiast w czasie optimum klimatycznego interglacjału eemskiego średnie temperatury lata wynosiły w Europie zachodniej i środkowej co najmniej 18oC, a podczas zimy nie spadały poniżej –1,5oC.
Zmiany globalnej temperatury w ciągu ostatnich 420 000 lat, zrekonstruowane na podstawie wyników badań rdzeni lodowych ze stacji Vostok w Antarktyce (wg Petit i in., 2001). Za poziom zerowy przyjęto współczesną temperaturę globalną, która wynosi ok. 15oC (według NASA). Źródło: Climate4you
Przyczyny plejstoceńskich zmian klimatycznych
Za główną przyczynę fluktuacji klimatu w plejstocenie uważa się obecnie periodyczne zmiany nasłonecznienia Ziemi związane z cyklami Milankovicia, który wykazał (1941), że gwałtowne zmiany klimatu należy wiązać z trzema cyklami astronomicznymi.
zmianą kształtu orbity Ziemi - cykl ~100 tys. lat.
zmianą nachylenia osi Ziemi do płaszczyzny ekliptyki (skośność) – cykl ~ 41 tys. lat
zmianą położenia osi Ziemi w wyniku precesji - cykl ~ 26 tys. lat.
Cykle Milankovica w ciągu ostatniego miliona lat
Kolejnym powodem znacznego ochłodzenia w rejonie północnego Atlantyku było osłabienie lub zatrzymanie ciepłego prądu oceanicznego, który dziś ogrzewa Europę i znaczną część wybrzeża Ameryki Północnej.
Ilość gazów cieplarnianych w atmosferze (dwutlenku węgla i metanu) była plejstocenie zmienna. Jak wykazują badania rdzeni lodowych, wzrost ilości dwutlenku węgla i metanu następował w interglacjałach, a spadek w okresach zimnych.
Zawartość atmosferycznego dwutlenku węgla i metanu w pęcherzykach powietrza uwięzionych w rdzeniu lodowym z wiercenia Dome C na Antarktydzie
dr Hanna Winter
Państwowy Instytut Geologiczny
