历史地质/冰河时代
,_Laubeuf_Fjord,_Webb_Island.JPG)
在本文中，我们将探讨什么是冰河时代，导致冰河时代的原因，以及我们如何在地质记录中识别冰河时代的证据。
读者可能觉得在进一步阅读之前回顾一下关于冰川的主要文章很有用。
一个冰河时代，或者使用更专业的术语，冰川作用，可以定义为大陆冰川存在的时期。当然，这意味着我们目前正处于冰河时代，因为南极洲和格陵兰岛存在着大陆冰川。更准确地说，我们生活在一个间冰期：冰河时代中一个温暖的间隔，在这个间隔中，冰川已经退缩到两极。
地质学家在地质记录中识别并确定了多个冰河时代
- 休伦冰川作用（或马卡尼恩冰川作用）从 24 亿年前到 21 亿年前。
- 成冰纪冰川作用持续了 8.5 亿年前到 6.35 亿年前。
- 安第斯-撒哈拉冰川作用是从 4.6 亿年前到 4.3 亿年前。
- 卡鲁冰河时代持续了 3.6 亿年前到 2.6 亿年前。
- 上新世-第四纪冰河时代是目前正在进行的冰河时代，始于大约 260 万年前。
年代测定方法已经在其他文章中解释过；在本文的后面，我们将讨论我们如何识别冰河时代。
我们对当前冰河时代的原因有相当好的了解，可以由大陆漂移影响海洋环流来解释。先前冰河时代的原因更加模糊和有争议。
这是因为因果关系本身在地质记录中没有保存下来。我们可能能够看到事件 A 发生并随后是事件 B，但事件 A 导致事件 B 的事实（如果它是事实）必须在理论基础上建立，通过理解该类型事件之间的关系。例如，推断恐龙的脚与恐龙脚印之间的因果关系并不难，因为我们对脚与脚印之间的关系有一个良好的总体理解。但我们对气候影响的理解远不如安全。
另一个需要考虑的点是：冰河时代在地质记录中是罕见的和不规则的。这表明冰河时代可能没有单一的原因。如果有恒定的原因导致冰河时代发生，那么它们将成为地质记录的永久特征，或者至少作为循环事件出现；它们是零星的事实表明它们有单一的原因。我们调查冰河时代原因的最佳方法是查看导致它的事件，并查看其中哪些事件原则上可能是造成特定冰河时代的原因。
例如，考虑休伦冰河时代。人们对这种冰河时代提出了两种解释。
(1) 有一些证据（如在关于条带状铁建造的文章中讨论过）表明，在休伦冰河时代来临之前，氧气含量急剧上升。丰富的游离氧将与大气中的甲烷(CH4) 结合，将其转化为二氧化碳和水。甲烷是一种强效温室气体；也就是说，它有助于保持气候温暖。二氧化碳也是一种温室气体，但比甲烷弱得多。因此，氧气含量上升和甲烷含量下降的结果应该是全球气温下降。
(2) 在 24.5 亿年前到 22 亿年前之间，火山活动非常少。这可以通过分析锆石来证明，锆石对风化和侵蚀具有抵抗力，比它们形成的火成岩更持久，并且可以如关于铀基年代测定方法的文章中所解释的那样，进行准确的年代测定。与它们在之前和之后的相对丰度相比，在 24.5 亿年前到 22 亿年前之间形成的锆石的稀缺性强烈表明了火山活动减少的时期。
现在，火山容易释放温室气体二氧化碳；如果火山活动几乎停止，而化学风化过程继续从大气中去除二氧化碳，这将导致温室效应减弱和全球气温下降。
当然，两种机制一起工作以产生休伦冰川作用绝对没有理由；但虽然这有可能，但两种机制中的一种可能具有更大的意义，以至于可以将其称为休伦冰川作用的原因。
无论这些机制中哪一个是最主要的原因，它都是一个一次性事件的例子。从几乎没有游离氧的大气转变为富含游离氧的大气发生过，并且实际上只能在地球历史上发生一次。但 2.5 亿年的低火山活动在地球历史上同样罕见。由此可见，研究这种冰河时代可能的原因，并不能告诉我们其他冰河时代的原因，同样，研究我们目前正在经历的冰河时代的原因，也无法告诉我们休伦冰河时代的原因。
虽然可能很难说某个特定的冰河时代为什么发生，但确定它是否发生相对容易。现在我们将注意力转向证据的性质。
如关于冰川的主要文章中所解释的那样，我们可以观察到与当今存在的冰川或在人们记录其位置的时间内融化的冰川相关的沉积和侵蚀特征：包括条痕、冰碛、冰川泥的沉积物、冰水沉积物、湖泊中的冰漂砾等。
当我们查看最近冰川前进的证据时，我们看到了相同的沉积和侵蚀迹象，但比当前间冰期冰盖的南部边界更南。通过观察叶状终碛的位置，我们可以找到冰盖的南部范围。
这些观察结果本身就足够了；但除此之外，我们还可以使用代理来调查冰川的前进和后退。生物地理代理（如花粉）特别有用；由于这些事件在时间上非常接近，我们可以识别出现代物种的花粉，并确切地知道它们在什么条件下繁盛。
另一个信息来源是宇宙成因地表年代测定。 冰川是一种强大的侵蚀力量，而且，正如擦痕所示，它们将沉积物刮到基岩。当冰川在间冰期撤退时，基岩暴露于宇宙射线中，因此我们可以利用宇宙成因地表年代测定来测定冰川的撤退时间。
最近冰川退缩的一个有趣的遗迹是所谓的“天空岛屿”的存在。这些是位于美国南部和墨西哥的山脉，它们拥有独特的动植物，并且周围环绕着干燥的草原或灌木丛，天空岛屿的动物无法穿越：因此得名天空岛屿。但如果物种不能从一座山迁移到另一座山，那么这些物种是如何实现其当前分布范围的呢？在古气候学的背景下，解决方案变得显而易见。当美国南部的气候比现在更冷的时候，平原的气候对现在生活在天空岛屿上的物种来说是宜人的。但是当间冰期气温升高时，它们无处可去，只能到山上的寒冷潮湿的避难所。
最近冰川进退的另一个迹象是均衡回弹。回想一下我们在讨论地球结构时提到的，岩石圈实际上是漂浮在密度更大的软流圈之上的。当地球上的某个区域承受着大陆冰川的重量时，这应该会将岩石圈推入软流圈。当冰川消退时，重量被减轻，岩石圈应该非常缓慢地反弹回来。地质学家可以测量到这种现象正在发生，速率约为每年 1 厘米，在那些（根据沉积物和其他迹象）在当前间冰期之前被冰盖覆盖的地区。
举一个冰盖的负荷对地形的影响的例子，请考虑右边的地图：它显示了如果冰盖不存在，格陵兰岛现在的海拔。正如你所看到的，格陵兰岛中心部分低于海平面，那里冰盖最厚。
当我们进一步回顾过去时，我们应该预计许多这些迹象都会消失：例如，均衡回弹不会持续四分之三亿年，因此不会作为卡鲁冰河时代的证据保留下来。同样，正如关于生物地理替代指标的文章中所解释的，这些替代指标越往过去，其用途就越小。
然而，我们仍然有冰碛、擦痕、冰漂石等等。这些足以诊断冰河时代吗？可以肯定地说，是的：因为我们发现这些与现存的冰川有关，我们也发现它们与上面列出的其他迹象（天空岛屿、均衡回弹、替代指标、宇宙成因地表年代测定）有关，当冰碛的沉积年代足够近，使得这些以前冰川存在的额外迹象能够幸存到今天。如果在缺乏这些补充信息的情况下，沉积和侵蚀的冰川作用迹象是由其他过程产生的，那就真的令人惊讶了；可以合理地得出结论，它们是冰河时代的迹象，这既是因为它们与现在的冰河时代有经验上的联系，也是因为（除了鼓丘之外）我们对冰川如何以及为什么产生这些影响有明确的了解。