สมัยไพลสโตซีน

ระยะช่วง

สมัยไพลสโตซีนได้นิยามว่าเป็นระยะช่วง 2.588 ล้านปี (±.005) จนถึง 11,700 ปีก่อนสมัยปัจจุบัน และบางครั้งที่สุดกำหนดเป็น 10,000 ปีโดยการหาอายุจากคาร์บอนกัมมันตรังสี (carbon-14) ซึ่งรวมช่วงเวลาเกิดธารน้ำแข็งซ้ำ ๆ กันล่าสุดรวมทั้งระยะเวลาที่เรียกว่า Younger Dryas ซึ่งไปสุดที่ 11,654 ปีก่อนปัจจุบัน
ในปี 2552 สหภาพธรณีวิทยาสากล (IUGS) ยอมรับการเปลี่ยนแปลงช่วงธรณีกาลของสมัยไพลสโตซีน โดยเปลี่ยนระยะเริ่มต้นจาก 1.806 ล้านปีไปที่ 2.588 ล้านปีก่อนสมัยปัจจุบัน และยอมรับช่วงอายุหิน Gelasian ว่าเป็นช่วงเริ่มต้นของสมัยไพลสโตซีน กำหนดโดย GSSP (Global Boundary Stratotype Section and Point) ที่ Monte San Nicola ในเกาะซิซิลี แต่ IUGS ยังไม่ได้กำหนดช่วงต่อระหว่างสมัยไพลสโตซีน/สมัยโฮโลซีน คือช่วงที่สุดของสมัยไพลสโตซีน ตัวกำหนดคือ type section และ GSSP ที่เสนอ ก็คือ แกนน้ำแข็งของ North Greenland Ice Core Project ที่มีพิกัดโลกอยู่ที่ 75° 06' N 42° 18' W. ส่วนตัวกำหนดชั้นหินด้านล่างของ สมัยไพลสโตซีนกำหนดโดยลำดับชั้นสนามแม่เหล็กบรรพกาลเป็นฐานของ chronozone Matuyama (C2r), isotopic stage 103 สูงจากจุดนี้จะเห็นซากดึกดำบรรพ์ที่ได้เปลี่ยนเป็นแคลเซียมแล้วของสาหร่ายพันธุ์ Discoaster pentaradiatus และ Discoaster surculus ที่ได้สูญพันธุ์ไปหมดแล้ว
สมัยไพลสโตซีนรวมการเกิดขึ้นของยุคน้ำแข็งที่เกิดซ้ำ ๆ เร็ว ๆ นี้ และจริง ๆ แล้ว คำว่า Plio-Pleistocene ได้ใช้หมายถึงยุคน้ำแข็งยุคสุดท้าย แต่ว่าการเปลี่ยนนิยามของคำว่า ควอเทอร์นารี โดยย้ายจุดเริ่มต้นย้อนกลับไปในธรณีกาลที่ 2.58 ล้านปีก่อน มีผลเป็นการรวมยุคน้ำแข็งต่าง ๆ ที่เพิ่งผ่านมาเข้าในสมัยไพลสโตซีนด้วย

ภูมิศาสตร์และภูมิอากาศบรรพกาล

ทวีปต่าง ๆ ในปัจจุบันอยู่ใกล้ตำแหน่งนี้ตั้งแต่สมัยไพลสโตซีนแล้ว คือ แผ่นธรณีภาคที่เป็นฐานของทวีปต่าง ๆ ไม่น่าจะเคลื่อนเกินกว่า 100 กม. ตั้งแต่จุดเริ่มต้นของสมัยปัจจุบัน
ตามข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ ภูมิอากาศโดยทั่วไปของสมัยไพลสโตซีนอาจกล่าวได้ว่าเป็นเอลนีโญแบบต่อเนื่อง โดยมีลมค้าในมหาสมุทรแปซิฟิกตอนใต้ที่อ่อนกำลังลงหรือกำลังพัดไปทางทิศตะวันออก มีอากาศร้อนที่กำลังลอยขึ้นใกล้กับประเทศเปรู มีน้ำทะเลอุ่นที่กำลังกระจายไปจากมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกและจากมหาสมุทรอินเดียไปทางทิศตะวันออก และมีลักษณะของเอลนีโญแบบอื่น ๆ อีก

วงจร

ผลของปัจจัยต่าง ๆ ต่อเหตุการณ์ที่พื้นผิวโลกมีลักษณะเป็นวงจรรวมทั้งภูมิอากาศ กระแสน้ำมหาสมุทร กระแสลม และอุณหภูมิ เป็นต้น ความเป็นวงจรหรือเป็นรูปคลื่นเหล่านี้ มีเหตุจากการเคลื่อนไหวเป็นวงจรแบบต่าง ๆ ของโลก ซึ่งในที่สุดก็จะดึงให้ปัจจัยต่าง ๆ มีความเป็นไปที่สอดคล้องกับตนเอง และการเกิดธารน้ำแข็งแบบเป็นวงจรของสมัยไพลสโตซีนก็ได้รับอิทธิพลเช่นเดียวกัน

วงจรมิแลนโกวิช

ธารน้ำแข็งในสมัยไพลสโตซีนเกิดเป็นวงจรของยุคน้ำแข็ง (glacial) สลับช่วงคั่นยุคน้ำแข็ง (interglacial) และยุคน้ำแข็งน้อย (stadial) สลับช่วงคั่นยุคน้ำแข็งน้อย (interstadial) ปัจจัยการทำงานของวงจรภูมิอากาศเชื่อว่าเป็นแบบวงจรมิแลนโกวิช (Milankovitch cycles) ซึ่งเป็นความแตกต่างของการแผ่รังสีดวงทิตย์มาสู่เขตต่าง ๆ ของโลก ที่มีความผันเปลี่ยนอย่างเป็นวงจรเพราะเหตุของวงจรการเคลื่อนย้ายของโลก
แต่ว่า วงจรมิแลนโกวิชไม่ใช่เป็นปัจจัยเดียวที่ทำให้เกิดความแตกต่างในภูมิอากาศ เพราะไม่สามารถอธิบายแนวโน้มระยะยาวของการเย็นลงของภูมิอากาศในช่วง Plio-Pleistocene หรือความต่าง ๆ ของแกนน้ำแข็งกรีนแลนด์ (Greenland Ice Cores) ในช่วงเป็นพัน ๆ ปีได้ วงจรมิแลนโกวิชสามารถใช้อธิบายเหตุการณ์เกิดธารน้ำแข็งเป็นคาบ ๆ ที่ 100,000 40,000 และ 20,000 ปีได้ดี ซึ่งเข้ากับข้อมูลการเปลี่ยนแปลงทางภูมิอากาศที่พบในแกนน้ำแข็ง (ในไอโซโทปของออกซิเจน) ช่วงคั่นน้ำแข็งที่กำลังเป็นไปในปัจจุบัน (ที่รู้จักกันว่าสมัยโฮโลซีน หรือ Postglacial หรือ Present Interglacial) เทียบกับช่วงคั่นน้ำแข็งครั้งก่อน ซึ่งเริ่มขึ้นเมื่อ 130,000 ปีก่อน (ที่รู้จักกันว่า ช่วงคั่นน้ำแข็ง Eemian) บอกเป็นนัยว่า ยุคน้ำแข็งครั้งต่อไปอาจจะเริ่มอีกประมาณ 3,000 ปี

วงจรอัตราของไอโซโทปออกซิเจน

ในการวิเคราะห์อัตราไอโซโทปของออกซิเจน ความต่าง ๆ ของอัตรามวล ¹⁸O ต่อ ¹⁶O (ซึ่งเป็นไอโซไทปของออกซิเจน) ที่พบในแคลไซต์ในแกนตัวอย่าง (core sample) ที่ได้ในทะเล วัดโดยใช้สเปกโทรมิเตอร์วัดมวล สามารถใช้วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงทางอุณหภูมิของน้ำทะเลและโดยปริยาย การเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศโลก โดยน้ำทะเลที่เย็นจะมีผลเป็นอัตรา ¹⁸O ที่สูงกว่า
ส่วนเทคนิคที่เพิ่งมี ใช้ตัวอย่างแกนน้ำแข็ง แม้ว่าจะมี ¹⁸O ที่น้อยกว่าน้ำทะเล แต่หิมะที่ตกลงบนธารน้ำแข็งในแต่ละปีก็ยังมีอัตรา ¹⁸O ต่อ ¹⁶O ที่ก็ยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเฉลี่ยของแต่ละปี ตามหลักฐานที่ว่านี้ โลกมีระยะการเปลี่ยนแปลง 102 ระยะ (Marine isotope stage) เริ่มตั้งแต่ 2.588 ล้านปีก่อนซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของช่วง Gelasian ของสมัยไพลสโตซีนต้น โดยระยะแรก ๆ มักจะตื้น (คือมีการเปลี่ยนแปลงน้อย) และบ่อยครั้ง แต่ว่าระยะหลัง ๆ มักจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงและห่างกันมากกว่า
โดยธรรมเนียมแล้ว ระยะต่าง ๆ จะมีการกำหนดโดยตัวเลขถอยหลังจากสมัยโฮโลซีน เริ่มตั้งแต่ MIS1 ยุคน้ำแข็งจะมีตัวเลขคู่ ส่วนช่วงคั่นยุคน้ำแข็งจะมีตัวเลขคี่ ยุคน้ำแข็งเริ่มที่ MIS2-4 ในช่วง 85,000 - 11,000 ปีก่อน และยุคน้ำแข็งที่หนาวที่สุดก็คือช่วง 2, 6, 12, และ 16 ส่วนช่วงคั่นยุคน้ำแข็งที่อุ่นที่สุดก็คือ 1, 5, 9 และ 11

สิ่งทับถม

ตะกอนสัตว์บกสมัยไพลสโตซีนมักจะพบในสิ่งทับถมที่เกิดจากการพัดพาของฝน เช่นดินก้นทะเลสาบ ตะกอนในที่ลาด ตะกอนหินผสม (loess) และพบในวัสดุจำนวนมากที่เคลื่อนย้ายโดยธารน้ำแข็ง นอกจากนั้นแล้วยังพบแม้ว่าจะไม่บ่อยนักในตะกอนในถ้ำ ตะกอนทราเวอร์ทีน (ตะกอนหินปูนจากน้ำพุ) และตะกอนภูเขาไฟ (รวมทั้งหินหลอมเหลวและขี้เถ้า) ส่วนตะกอนสัตว์น้ำมักจะพบในแอ่งทะเลตื้น ๆ โดยมาก (แม้จะมีข้อยกเว้นที่สำคัญ) ในเขตภายในไม่กี่สิบกิโลจากฝั่งทะเลปัจจุบัน แต่ในที่ที่ธรณียังมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง เช่น ในฝั่งทะเลรัฐแคลิฟอร์เนียใต้ ตะกอนสัตว์น้ำอาจอยู่ในที่สูงเป็นร้อย ๆ เมตร