Jääkausi
Jääkausi on kausi, jolloin maapallolla on suuria mannerjäätiköitä. Jäätiköiden laajeneminen johtuu ilmaston viilenemisestä. Laajetessaan ja vetäytyessään jäätiköt ovat muokanneet maaperää huomattavasti.
Nykyinen jääkausiaika alkoi 2,6 miljoonaa vuotta sitten, ja sen aikana on ollut useita jäätiköitymiskausia ja lauhoja välikausia. Viimeisin jääkausi oli Veiksel-jääkausi 11 500–115 000 vuotta sitten, ja nyt eletään jääkausien välistä lauhaa välikautta eli interglasiaalia. Seuraavan jääkauden alkamiseen on arviolta ainakin 50 000 vuotta aikaa, ihmisen aiheuttamien kasvihuonepäästöjen vaikutuksen johdosta ehkä jopa yli 100 000 vuotta.
Maapallolla on ollut kymmeniä tai satoja jääkausia. Niiden lukumäärä riippuu osaksi siitä, lasketaanko peräkkäiset, lauhojen kausien erottamat jääkaudet samaksi vai eri jääkausiksi.
Lauhaa välikautta, jolloin jää sulaa kokonaan, kutsutaan interglasiaaliksi. Silloin lämpötila on suunnilleen nykyisen kaltainen tai lämpimämpi. Jos jää sulaa vain suurimmaksi osaksi, kyseessä on interstadiaali, jonka aikana lämpötila on nykyistä viileämpi. Siirtyminen kylmään vaiheeseen on tapahtunut tavallisesti vähitellen, usean tuhannen vuoden kuluessa. Joissain harvinaisissa tapauksissa ilmasto on saattanut muuttua äkillisesti.
Varhaisin tunnettu jääkausi vallitsi prekambrikaudella yli 570 miljoonaa vuotta sitten. Jääkaudet ryhmittyvät jääkausijaksoihin, jotka kestävät kymmeniä miljoonia vuosia ja esiintyvät kymmenien tai satojen miljoonien vuosien välein.
Nykyinen jääkausiaika alkoi 2,6 miljoonaa vuotta sitten. 2,4 miljoonaa vuotta sitten oli Grönlannissa jo laaja jäätikkö sekä mantereilla vuoristojäätiköitä. Jääkausiaika on koostunut suunnilleen yhtä pitkistä kylmistä ja lauhoista kausista. Nykyisin eletään keskimääräistä selvästi lämpimämpää jaksoa. Ääripäitä eli laajoja jäätiköitymisaikoja ja keskimääräistä selvästi lämpimämpiä jaksoja jääkausiajalla on ollut suhteellisen vähän.
Jääkausiajan varhaiset vaiheet tunnetaan huonosti, ja yli 130 000 vuotta vanhojen tapahtumien ajoituksista on erilaisia käsityksiä. Varhaisia jäätiköitymisiä olivat esimerkiksi Menap ja Elster. Holstein-interglasiaali alkoi 420 000 vuotta sitten ja Saale-jääkausi 375 000 vuotta sitten. Viimeisintä jääkautta edeltänyt, nykyistä ilmastoa useita asteita lämpimämpi Eem-interglasiaali oli 130 000–115 000 vuotta sitten.
Viimeisin jääkausi oli Veiksel-jääkausi. Varhais-Veiksel 1 alkoi 115 000 vuotta sitten, ja nopea jäätiköityminen alkoi 75 000 vuotta sitten. Ilmasto lauhtui noin 60 000 vuotta sitten. Ensimmäistä huippua kylmempi aika alkoi 25 000 vuotta sitten, ja jäätikkö oli laajimmillaan noin 19 000–22 000 vuotta sitten. Ilmasto lämpeni nopeasti 19 000 vuotta sitten, ja muutamassa sadassa vuodessa jäätiköstä suli kymmenys. Sulaminen eteni nopeasti, mutta sen keskeytti kaksi kylmää kautta, varhainen dryaskausi ja 12 000 vuotta sitten alkanut laajempi nuorempi dryas, joka kesti 1000 vuotta.
Veikseliä edeltävältä ajalta on maailmalta löydetty merkkejä 3–10 jääkaudesta ja merenpohjan kerrostumissa on todisteita 20 jääkaudesta.
Seuraavan jääkauden tulisi luonnostaan alkaa noin 50 000 vuoden päästä. Potsdamin ilmastontutukimuksen instituutin mukaan ihmisen aiheuttamien kasvihuonepäästöjen johdosta seuraava jääkausi voi kuitenkin lykkäytyä ainakin 100 000 vuoden päähän.
Maan ilmasto vaihtelee eri pituisilla jaksoilla eri syistä. Satojen ja kymmenien miljoonien vuosien pituiset vaihtelut ovat ensisijaisesti mannerliikuntojen aiheuttamia. Toinen mahdollinen aiheuttaja on vuoristojen ja niihin liittyvien jäätikköjen synty ja häviäminen. Jääkausien mittakaavassa eli kymmenen ja sadan tuhannen vuoden välein tapahtuvat muutokset liittyvät maapallon kiertoradan jaksollisiin muutoksiin.
Syitä Maan ilmaston muuttumiseen jääkaudella oli monia. Perussyyt ovat Maan radan ja akselikallistuman muutokset ja mannerliikuntojen aiheuttamat merivirtamuutokset. Siihen, että pleistoseenikaudella jääkausia on esiintynyt toistuvasti, on ilmeisesti suurelta osin vaikuttanut tertiäärikauden lopulla tapahtuneet laajat vuorenpoimutukset. Tällöin meri vetäytyi pois laajoilta matalilta rannikkoalueilta, ja lämpötila alenee, koska maa heijastaa takaisin avaruuteen suuremman osan auringonsäteilystä kuin vesi. Lisäksi vuoristoissa ilmanlämpötila on yleensäkin alempi kuin merenpinnan tasolla.. Samaan tapaan olivat aikaisemmin kivihiilikauden vuorenpoimuttumisia seurannut permikauden laajat jäätiköitymiset.
Pohjoisen pallonpuoliskon ilmastonmuutosten on selitetty johtuvan Maan radan soikeuden ja akselin suunnan jaksollisista muutoksista, niin sanotuista Milankovićin jaksoista.. Maan radan ja akselikallistuman jaksolliset muutokset johtuvat muiden taivaankappaleiden aiheuttamista häiriöistä. Ne eivät tosin vaikuta Maan saaman auringonsäteilyn kokonaismäärään, ainoastaan sen jakautumiseen Maan eri alueiden kesken, mutta voivat silti johtaa pohjoisilla seuduilla kesien huomattavaan kylmenemiseen ja sitä kautta jäätiköitymisiin.
Toisaalta jääkaudet vaativat tietyillä tavoin kulkevia merivirtoja ja sopivanlaista termohaliinikiertoa. Maassa on lämmintä silloin, kun merivirrat kuljettavat lämmintä vettä päiväntasaajalta korkeammille leveysasteille. Myös mannerliikunnot vaikuttavat merivirtoihin ja jäätikköjen muodostumiseen. Panaman kannaksen on ajateltu ollen merkittävässä roolissa edellisen jäätiköitymisen alkamisessa.
Vuonna 2015 esitettiin ajatus, jonka mukaan Maan radan muutokset ehkä vaikuttavat tulivuoritoimintaan. Tämä vaikuttaisi kasvihuonekaasuihin ja Maan lämpötilaan 100 000 vuoden jaksoissa.
Kun ilmasto on alkanut kylmetä, muutosta vahvistavat erilaiset ilmastojärjestelmän palauteilmiöt. Kun jään ja lumen peittämä valkoinen pinta maapallolla laajenee, yhä suurempi osa auringon säteilystä heijastuu pois ja pienempi osa jää maapalloa lämmittämään. Tämä palaute toimii erityisen tehokkaasti kaikkein kylmimpinä aikoina, oska silloin jäätiköt ovat laajentuneet myös alueille, joille auringon säteilyä saadaan runsaasti myös muulloin kuin kesällä.
Ilmakehän kasvihuonekaasujen kuten hiilidioksidin ja metaanin pitoisuudet ovat jääkausien aikana olleet vähäiset ja leutoina välikausina suuremmat. Kylmimpien vaiheiden aikana hiilidioksidia on ollut ilmassa vähimmillään noin 180 ppm ja väliaikoina enimmillään 280 ppm. Kasvihuonekaasujen pitoisuuksien vaihtelut johtuvat kaksisuuntaisesta vuorovaikutuksesta lämpötilojen kanssa. Jääkauden aikana kylmät meret ilmeisesti pystyvät sitomaan ilmakehästä hiilidioksidia nykyistä tehokkaammin, mikä kylmentää ilmastoa entisestään. Ilmaston jälleen lämmetessä hiilidioksidin ja metaanin määrä taas on kasvanut, mikä on voimistanut lämpenemistä.
Jäätiköt kasvavat melko hitaasti, sillä jäätikkö voi paksuuntua korkeintaan vuotuisen sademäärän verran. Jäätiköt voivat sulaa paljon sitä nopeammin.
Kun jäätikön laki on noussut usean kilometrin korkeuteen, kosteutta tuovat tuulet ja pilvet jäävät sen alapuolelle. Niiden yläpuolella on jatkuvasti aurinkoista, jolloin jäätikön kasvu hidastuu. Siperiassa ilmasto oli viime jääkauden aikaan niin kuiva, ettei sinne muodostunut jäätikköä vaan ikirouta.
Jääkausi alkaa, kun vuoristojäätiköt alkavat laajeta ilmaston viilenemisen tai talvien sateisemmiksi muuttumisen myötä. Talvisin lunta kertyy vuorille yhä enemmän ja enemmän, ja tarpeeksi laajentuessaan vuoristojäätiköt alkavat työntyä laaksoja pitkin alemmas. Mukanaan jää raastaa maata ja suuria kiviä, ja jään päälle sortuu ajoittain kiviä ja maata sitä reunaavilta rinteiltä. Jään kuljettama aines kasautuu valliksi jäätikön sulavaan reunaan, jolloin voi syntyä suuriakin reunamoreeneja. Jäävirran pohjassa kulkevat kivet kuluttavat laaksojen pohjia, jolloin syntyy U-kirjaimen muotoinen laakso. Vuoristojäätikön pohjalta purkautuva vesi synnyttää jokia. Niiden vaikutuksesta jään edustalle muodostuu laveita soraikkoja, jotka voivat olla satojen neliökilometrin laajuisia.
Aluksi vuoriston eliölajeilla ei ole hätää, sillä rinteillä ja harjanteilla on yhä kesäisin sulia paikkoja. Kun lumen kertymisalueet peittävät koko vuoriston, jäätikkö muuttuu mannerjäätiköksi, eivätkä eläimet ja kasvit enää pysty elämään vuorilla.
Jäätikkö jatkaa virtaamistaan yhtenä rintamana, usein jyrkkänä, päälle kaatuvana törmänä. Sen alaosa takertelee reunan lähellä kiinni kallionnokkiin, poikittaisiin laaksoihin ja muihin maanpohjan epätasaisuuksiin. Jäätikköön kertyy niin paljon vettä, että valtamerten pinta alkaa laskea ja ilmasto muuttua kuivemmaksi. Ylävillä mailla metsä kuolee kylmän ja kuivan heikentäminä hyönteis- ja sienituhoihin. Laaksoissa metsä tukehtuu kylmän veden tuomiin lietteisiin jopa kymmeniä kilometrejä jään edellä. Kylmän johdosta syntyy ”luurankometsiä”, joissa puut keloutuvat pystyyn jo kauan ennen jäätikön tuloa. Aluksi kelopuihin tulee kaikonneiden lajien tilalle uusia hyönteis- ja lintulajeja sekä lahottajia, ja ruohokasvillisuus kukoistaa jopa vuosikymmenien ajan kun metsän tuoma varjo on kadonnut. Jotkin eläin- ja kasvilajit pystyvät väistämään etelämmäs, mutta ekologialtaan ahdasrajaiset lajit saattavat kuolla sukupuuttoon. Jotkin kylmää kestävät kasvit saattavat väistää jäätikköä vuortenhuipuille eli nunatakeille, joille mannerjää ei yllä.
Mannerjäätikkö on edennyt keskimäärin 25–50 metriä vuodessa, paikallisesti jopa 500 metriä vuodessa.
Jäätiköin kasvaessa sen pinta kohoaa yhä korkeammalle. Fennoskandian jäätikkö kasvoi viimeisen jääkauden aikana enimmillään noin 2,6–3,5 kilometrin paksuiseksi kuperaksi kilveksi. Siitä ei olla varmoja, peittikö pohjoisia merialueita jääkauden aikana suhteellisen ohut ja kelluva jää kuten nykyisinkin, vai ulottuiko jääkilpi napa-alueella pohjaan asti, kuten Etelämantereen ympärillä nykyisin.
Kun mannerjäätiköt ovat laajimmillaan, metsät ovat väistyneet kauas etelään ja valtaisa aro erottaa ne jäätikön reunasta. Koska jäätiköihin sitoutuu jääkausien aikana paljon vettä, merenpinta laskee huomattavasti; esimerkiksi Veiksel-jääkaudella merivesi oli alimmillaan 130–135 metriä nykyistä alempana. Kun jäätiköt olivat alkaneet sulaa, merenpinta alkoi nousta 19 000 vuotta sitten noin kaksi senttimetriä vuodessa, kiivaimmillaan ehkä 10 senttimetriä vuodessa. Laakeilla rannoilla asuneet ihmiset joutuivat siirtymään vettä pakoon kauemmaksi sisämaahan, ja suuria, äkillisiä tulvia saattoi esiintyä maa-alueilla, joilla on merenpinnan alapuolisia syvänteitä. On esimerkiksi arveltu, että Mustameri saattoi täyttyä suuressa tulvassa Bosporinsalmen kautta.
Kun painava jäätikkö sulaa, sen alla lommolle joustanut maapallon kivikuori alkaa kohota takaisin ylös, aluksi jopa nopeammin kuin merenpinta.
Sulamisvaiheessa jään reuna saattaa vielä talvisin edetä muutamia kymmeniä metrejä, mutta kesäisin se peräytyy ehkä satakunta metriä. Peräytyvä jäätikkö jättää jälkeensä moreenivalleja niihin kohtiin, mihin se talvisin yltää. Peräytyvän jäätikön edessä on kilometrien päähän ulottuva soraikko, ja jään mukana kulkeutunut maa-aines peitää jään reunaosat. Jään alta paljastuneille alueille tulevat ensin levät ja sammalet sekä hyönteiset. Varsinaiset metsäpuut alkavat itää uudella maalla vasta vuosikymmeniä sen paljastumisen jälkeen, ja metsä levittäytyy aron tilalle seuduilla, jotka eivät ole metsälle liian kuivia. Kun kasvipeite tuuhettuu, alueelle palaa myös eläimiä, ja noin runsaan parinsadan vuoden kuluessa lajistoon ovat liittyneet majava, hirvi ja mänty. Osa entisistä lajeista saattaa olla kokonaan kadonnut tai ei enää pysty levittäytymään aikaisemmille elinalueilleen. Toisaalta jääkausi aiheuttaa myös uusien lajien kehittymistä. Jääkausiaika saattaa erilaisia lajeja yhteen joksikin aikaa ja erottaa ne sen jälkeen toisistaan. Yhtenäiset eliöpopulaatiot pilkkoutuvat erillisiksi, osa häviää, ja osa palaa takaisin yhteen kymmenien tuhansien vuosien kuluttua.
Jäätikkö vaikuttaa ympäristöönsä kivi- ja maa-ainesta kuluttavasti ja kasaavasti. Kun jää eteni, se hioi kallioperää ja sulaessaan muun muassa sulamisvedet kuljettivat ja kasasivat maa-ainesta. Suomen maaperässä näkyy siirtolohkareita, soraharjuja, hiidenkirnuja ja pirunpeltoja yms. Lisäksi jäätikkö on painanut maankuorta kuopalle, joka näkyy jääkauden jälkeen maannousuna.
Moreeni, joka koostuu erikokoisista maa-aineksista, kuten kivistä ja hiekasta, syntyy jäätikön irrottaessa alla olevasta kalliosta kiviä ja hiekkaa.
Moreeni muuttuu maan sisään painuessaan tilliitiksi.Jää kasvaa jopa 3 kilometrin paksuiseksi noin 100 000 vuodessa. Itämeren alue painui jääkaudella jään painosta ainakin 100 metriä. Maan kohoaminen oli aluksi nopeata aiheuttaen maan tärähtelyjä. Nykyinen maan kohoaminen on hitaampaa. Mannerlaatat kelluvat sitkaassa, pehmeässä vaipassa, joten jää kykenee painamaan mannerta alaspäin.
Jääkausiteoriaa alkoivat tehdä tunnetuksi Louis Agassiz ja Jean de Charpentier sekä Venetz 1840-luvulla. Sitä ennen 1700-luvun lopulla Bernard Kuhn ja James Hutton olivat päätelleet, että jotkut Alppien kivet olivat jo kadonneiden jäätiköiden kuljettamia. Vuonna 1824 Jens Esmark löysi merkkejä laajasta jäätiköitymisestä muinaisessa Norjassa. Vuonna 1834 Reinhard Bernhardi väitti napalakin joskus ulottuneen Pohjois-Saksaan. Jo 1700-luvulla tiedettiin siirtolohkareiden kulkeutuneen Ruotsista ja Suomesta Pohjois-Saksaan ja Venäjälle Tunnetuin varhainen jääkausiteoreetikko Louis Agassiz selitti teorioillaan joitain Alppien geologisia muodostumia ja piirteitä. Myöhemmin Agassiz oli löytävinään merkkejä jääkaudesta tropiikista - nykytiede ei vahvista tropiikin jäätiköitymistä viime jääkaudella. Joka tapauksessa jääkausiteoria on keskeinen osa nykyajan paleoklimatologiaa. Laajan tutkimuksen Alppien jääkaudesta tekivät Albrecht Penck ja Eduard Brückner 1900-luvun alussa. He löysivät Alpeilta neljä suurta jäätiköitymistä. 1900-luvulla eteni muinaisten siitepölyjen ja 1960-luvun lopulta lähtien myös jääkairausnäytteiden tutkimus. Pohjoismaissakin jääkausiteoriasta kiisteltiin laajalti akateemisissa piireissä noin vuosina 1840–1867. Sen hävisivät ne tutkijat, jotka olivat noin vuodesta 1840 alkaen ajatelleet monien Suomen maaperän muotojen syntyneen vedenpaisumuksessa
Jääkausiteoriaa on joskus arvosteltu kreationistien ja muiden näennäistieteilijöiden taholta.