Jääkausien syyt
Jääkausien syyt ovat niitä tekijöitä, jotka muuttavan maapallon ilmastoa niin että syntyy suuria mannerjäätiköitä. Nykynäkemyksen mukaan jääkausien alkuperä on mantereiden, merivirtojen, ilmakehän ja maan akselin sekä radan pitkällä aikavälillä tapahtuvissa muutoksissa. Nämä muuttavat Maan eri alueiden ilmastoja ja luovat ajoittain otolliset olot suurille jäätiköille.
Kysymys jääkausien syistä voidaan jakaa kahteen osaan: Pitkällä aikavälillä Maan ilmastoon ja samalla jääkausiin vaikuttavat nykytutkijoiden mukaan lähinnä ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden muutos ja mannerliikunnoista johtuva merivirtojen ja merenpinnan korkeuden muutos. Esimerkiksi jäättömällä liitukaudella päiväntasaajan lähellä kiertävät merivirrat lämmittivät maata ja ilmakehässä oli paljon kasvihuoneilmiön kautta lämmittävää hiilidioksidia. Mutta viimeisen kolmen miljoonan vuoden aikana merivirtojen kierto edistää Maan kylmenemistä, samoin korkeat vuorijonot ja ennen teollistumista ollut alhainen hiilidioksidipitoisuus ilmakehässä. Lyhyt­jaksoisemmat kuten pleistoseenin aikaiset ilmaston vaihtelut sen sijaan johtuvat nykyisen käsityksen mukaan pää­asiassa Maan radan ja akseli­kallistuman jaksollisista muutoksista eli Milankovićin jaksoista..
Tulivuorenpurkaukset aiheuttavat lähinnä ajoittaisia kylmenemisiä, ja nykyisellä maailmankaudella Auringon säteilyn muutosten vaikutuksella ei ole jääkausien kannalta niitä synnyttävä vaan pikemminkin syventävä vaikutus.
Nykyään eletään kolme miljoonaa vuotta sitten alkanutta pleistoseenin jääkausijaksoa, jonka kuluessa maan radan, akselikallistuman ja akselin suunnan jaksolliset vaihtelut muuttavat Maan ilmastoa. Mannerliikuntojen ajatelleen muokanneen Maan historiassa ajoittain Maan Milankovićin jaksojen aiheuttamille suurille ilmastonmuutoksille sopiviksi.
Niinpä Panamankannaksen syntymisen uskotaan ajaneen Maan kylmään jääkausitilaan muuttamalla merivirtoja. Pohjoiseen menevä Golf-virta voimistui. Golfvirtaan liittyvä termohaliinikierto muuttui valtameren pinnan suolaisuuden muuttuessa. Pohjoiseen kulki lisää jäätiköiksi sitoutuvaa kosteutta. .
Mannerliikuntoihin liittyvät vuoristojen ja ylänköjen nousut jäähdyttävät maata. Kalliovuorten ja Tiibetin ylängön kohoamisen ajatellaan luoneen osaltaan edellytykset suurille jäätiköitymiselle. Kolmas tekijä on ilmakehän hiilidioksidimäärän aleneminen. Sekin lienee kytköksissä mannerliikuntojen aiheuttamiin ilmasto- ja kasvillisuusmuutoksiin.
Viimeksi kuluneiden kolmen miljoonan vuoden eli pleistoseenikauden aikana ovat lämpimämmät ja kylmemmät kaudet vaihdelleet keskimäärin sadantuhannen vuoden välein. Keskeisimpänä syynä tähän pidetään Maan akselikallistuman ja radan jaksollisia vaihteluja eli Milankovićin jaksoja.
Milankovićin jaksot ovat maan radan soikeudessa ja akselin suunnassa tapahtuvia hitaita, jaksollisia vaihteluja, jotka johtuvat Auringon, Kuun ja muiden taivaankappaleiden Maahan aiheuttamista pienistä vetovoimahäiriöistä. Jääkausi päättyi, kun Maan akselikallistuma pieneni ja prekessio käänsi Maan olemaan lähellä Aurinkoa keskikesällä. Jäätiköt seuraavat Milankovićin jaksoja viiveellä, 41 000 vuoden jaksoa 10 000 vuoden viiveellä ja 23 000 vuoden jaksoa 6 000 vuoden viiveellä. Milankovićin teoriassa on silti yhä monia puutteita ja epätäsmällisyyksiä. Se ei selitä kaikkia ilmastonvaihteluja. Teoria ei selitä, miksi hieman alle miljoona vuotta sitten 100 000 vuoden jakso alkoi hallita ilmastonvaihteluja. Milankovićin jaksot eivät yksinään selitä jääkausien tarvitsemia suuria lämpötilanvaihteluja.
Jääkausien aikana merivesi on vielä syksyllä lämmin, jolloin mantereet alkavat jäähtyä. Tämä synnyttää talvella runsaita lumisateita, koska lämmin merivesi haihduttaa kosteutta ilmaan. Niiden uskotaan kytkevän kylmimmiksi ajaksi Pohjois-Atlantin ja Jäämeren rajalla syvävettä tuottavan Golf-virtaan liittyvän termohaliinikierron värähtelevään tai huomattavasti heikentyneeseen tilaan, mikä viilentää jäätiköitymisen alkaessa äkkiä joitain pohjoisia alueita. Nykyäänhän termohaliinikiertoon kuuluva Golf-virta lämmittää esimerkiksi vuoristoisen Skandinavian rannikoita mikä estää laajan jäätiköitymisen siellä.
Suuri sulavan lumen määrä salpaa tiettyinä aikoina termohaliinikierron, johon liittyvä Golf-virta lämmittää pohjoisia leveyksiä. Jäätiköitymisen aiheuttamat muutokset ilmakehässä leijuvassa pölyssä, vedenpinnan yllä olevassa vaikuttavat osaltaan ilmastoon. Näin syntyy mutkikas vuorovaikutusjärjestelmä. Järjestelmän eri komponentit reagoivat esimerkiksi auringon säteilymuutoksiin eri tavoin ja eri nopeuksilla.
Jääkaudella tapahtuva laaja jäätiköityminen edellyttää huomattavaa ilmaston kylmenemistä, varsinkin kesällä, sekä kohtuullisia lumisateita talvella. Kylmeneminen muuttaa jäätiköiden tasapainoa niin, että jäätiköt kasvavat suuriksi. Lumi ja jää sulavat yli nollassa asteessa, edellyttäen että lämmintä kestää kyllin kauan. Näin ollen kylmä kesä, jolloin lämpötila ei nouse yli nollan asteen, synnyttää jäätikköilmaston.
Uutta jäätikköä syntyy tiivistymällä syvälle vajoavasta lumesta. Jäätikkö kasvaa, jos lumisateet ovat kyllin voimakkaita estämään jäätikön kulumisen muun muassa sulamisen ja jäävuoriksi lohkeilun kautta. Jääkautta edistää suuri lumen sademäärä talvella, ja alhainen lämpötila kesällä. Merien lähellä on monesti runsaasti kosteutta talvisiin voimakkaisiin lumisateisiin. niinpä mannerjäätiköt alkavat laajeta merien läheltä. Jäätiköitymistä edistää lauha, lumisateinen talvi ja viileä kesä. Kuiville alueille syntyy jäätikön sijasta pelkkä ikirouta. Jäätikön tase on positiivinen lumirajan yllä. Jäätikkö pyrkii useimmiten häviämään valumalla lumirajan alle, mikä näkyy erityisen selvästi vuorijäätiköissä ja Islannissa. Kosteus ja kohtalainen kylmyys alentavat lumirajaa ja luovat mantereille jäätiköitä. Niinpä mannerjäätiköiden alueella lumiraja on maanpinnan tasossa tai hyvin alhaalla.
Laaja jäätiköityminen alkaa, kun tähtitieteellisten syiden, muun muassa Maan akselikallistuman, akselin suunnan ja radan muutokset aiheuttavat pohjoiselle pallonpuoliskolle leudot, runsaslumiset talvet ja kylmät kesät. Maan akselikallistuman muutos muuttaa eri leveysasteille tulevaa insolaatiota, lämmittävää Auringon säteilyä. Eteläisen pallonpuoliskon viileneminen ei aiheuta jääkautta, koska jo jäätyneen Etelämantereen ympäristö on meren peitossa. Sinne syntyy vain vuodenajoiltaan vaihtelevaa merijäätä, joka lohkeilee jäälautoiksi ja vuoriksi. Mannerten jäätiköityminen vaatii myös kosteutta.
2–3 kilometriä paksun jääkentän synty vie noin 100 000 vuotta. Hyvin suuri talven kylmyys hidastaa jäätikön kasvua, koska lumisade hidastuu, mutta lunta sataa jonkin verran vielä keskilämpötilan ollessa −30 °C. Nykyään esimerkiksi jäätiköityneen Grönlannin yllä sataa talvella paljon ja kesällä vain kohtalaisesti. Mutta jäättömässä Siperiassa sataa kesällä paljon ja talvella vähän. Jää sulaa keskimäärin 3 metrin vuosivauhtia, jos kesällä nousee lämpötila yli 0 asteen.
Nollasulaminen 0 asteessa vastaa suunnilleen vuoden keskilämpötilaa −10 °C. Jään sulamisnopeus paksuuden suhteen riippuu jyrkästi lämpötilasta. Jos vuoden keskilämpötila on −10 °C:n sijasta −5 °C, jäätä sulaa noin metri vuodessa. Näin jäätiköt ovat herkkiä kesälämpötilojen muutoksille.
Maapallon lämpötilassa tapahtuu mm. 1 500 vuoden jaksolla säännöllisiä muutoksia, joita Milankovićin teoria ei selitä. Jääkaudella olleita suunnilleen tämän jaksoisia muutoksia kutsutaan Dansgaard-Oeschgerin tapahtumiksi. Esimerkiksi jääkauden lopussa tapahtuva jäätikön perääntymisen ajoittainen pysähtyminen ja Salpausselkien saattaa selittyä termohaliinikiertoon liittyvillä Golf-virran muutoksilla, jotka johtuvat joko valtamerten sisäisistä syistä tai ulkoisista jaksoista. Termohaliinikierrolla on tutkijoiden mukaan kaksi tasapainotilaa, joista pohjoiseen menevä Golf-virta tuottaa pohjoiseen lämmintä ja etelään jäävä Golf-virta kylmää. Jokin tekijä aiheutti näiden tilojen vaihtelun viime jääkaudella. Manaben ja Stoufferin vuonna 1988 tekemän GCM-tietokonemallinnuksen mukaan nämä merivirtojen muutokset muuttavat ilman lämpötiloja Pohjoismaissa noin 3–6 °C. Kylmä Dryas II ja lämmin Allerød selittynevät myös tällä tavoin.
Nämä "lyhytjaksoiset" muutokset voivat liittyä Auringon aktiivisuuteen tai Kuun maahan aiheuttamiin häiriöihin. Plioseenikautisista kerrostumista, jolloin Maa oli lämmin eikä termohaliinikierto liene värähdellyt, on löydetty jaksot suunnilleen 1 500, 2 500 ja 10 000 vuotta.
Auringonpilkuissa tapahtuu muutoksia, joilla selittyvät lämmin kausi 1100–1250 jaa. ja pieni jääkausi 1300–1900. Pieni jääkausi, joka oli syvimmillään 1700-luvulla, johtui mahdollisesti muutoksista auringon aktiivisuudessa eli auringonpilkkujen määrästä. Pienen jääkauden aikana muutoin sulana pysyvä Thames-joki jäätyi.
Vuonna 2015 esitettiin ajatus, jonka mukaan Maan radan muutokset ehkä vaikuttavat tulivuoritoimintaan. Tämä vaikuttaisi kasvihuonekaasuihin ja Maan lämpötilaan 100 000 vuoden jaksoissa.