Изменение климата на более прохладный, сухой, сезонный оказало значительное влияние на растительность плиоцена, сократив количество тропических видов по всему миру. Лиственные леса разрослись, хвойные леса и тундра покрыли большую часть севера, а луга распространились на всех континентах (кроме Антарктиды). Тропические леса были ограничены узкой полосой вокруг экватора, и в дополнение к сухим саваннам в Азии и Африке появились пустыни.
Как морская, так и континентальная фауна были по сути современными, хотя континентальная фауна была немного примитивнее, чем сегодня. Первые узнаваемые гоминины, австралопитеки, появились в плиоцене.
Столкновения масс суши привели к большой миграции и смешению ранее изолированных видов, как в Великом американском обмене. Травоядные стали крупнее, как и специализированные хищники.
После этого следует четвертичный период. Четвертичный период — подраздел геологического времени (четвертичный период), охватывающий последние 2,6 миллиона лет вплоть до наших дней.
Четвертичный и третичный периоды вместе образуют кайнозойскую эру. Четвертичный период подразделяется на две эпохи: плейстоцен (примерно до 11 700 лет назад) и голоцен (примерно от 11 700 лет назад до наших дней).
Четвертичный период стал периодом чрезвычайных изменений в глобальной окружающей среде, а также периодом, в течение которого происходила значительная часть эволюции человека.
С середины 19 века геологи поняли, что в течение последнего периода геологического времени (широко известного как «Ледниковый период») произошли большие изменения в ландшафте и окружающей среде. Действительно, к 1860-м годам было широко признано, что действие ледников глубоко изменило поверхность Земли на обширных территориях, включая большую часть Северной Европы и Северной Америки. Современные научные методы дали нам прекрасное представление о масштабах и времени климатических изменений, которые привели к расширению глобальных ледяных шапок в три раза по сравнению с нынешними размерами, вызвав оледенение в ранее не покрытых льдом регионах.
Данные, полученные в результате изучения кернов глубоководных отложений, показали, что примерно с 50 миллионов лет назад климат Земли претерпел долгосрочную тенденцию к похолоданию: формирование ледяного покрова в Антарктиде началось около 38 миллионов лет назад, а развитие ледяного покрова в Северном полушарии — между 3 и 2,5 миллионами лет назад.
Причина этого медленного, неумолимого изменения глобальной окружающей среды до конца не изучена; однако причиной могла стать корректировка атмосферной циркуляции и химии, возможно, из-за тектонических сил и вулканической активности.
Поднятие гор и изменение конфигурации суши и моря оказали глубокое влияние на ветровые системы, океанские течения, уровень осадков и атмосферную циркуляцию.
Колебания глобальных усредненных скоростей химического выветривания и вулканической активности изменили состав атмосферы различными способами: например, за счет снижения концентрации парниковых газов и увеличения содержания в атмосфере отражающих частиц, таких как пыль и серные аэрозоли.
Какова бы ни была точная комбинация факторов, тенденция к похолоданию в кайнозое приблизила климат Земли к порогу изменений, за которым он стал более восприимчивым к внешнему воздействию переменных, которые ранее были менее важны (в частности, незначительные изменения в сезонном распределении солнечного света на Земле, вызванные циклами на орбите Земли).
Поскольку глобальная климатическая система стала менее стабильной, были созданы условия для наступления более холодных и гораздо более изменчивых климатических условий.
Изменения орбиты Земли приводят к внезапным, колебательным изменениям климата
Это глобальное похолодание достигло кульминации в серии ступенчатых, внезапных климатических изменений за последние два с половиной миллиона лет, когда климат начал «качаться» от прохладного к теплому, а массивные полярные ледяные шапки расширялись и сокращались. Этот период включает в себя четвертичный период, и последний, следовательно, характеризуется очень изменчивыми климатическими условиями. На широте северо-западной Европы более теплые периоды известны как умеренные стадии (или межледниковья — периоды между оледенениями), а более холодные периоды — как холодные стадии (или ледниковые).
Главным фактором, контролирующим столь обширные изменения климата, произошедшие в четвертичный период, являются три преобладающие характеристики астрономического положения Земли относительно Солнца, которые циклически меняются с течением времени на разных длинах волн (например, см. читаемый отчет в Imbrie, J. и Imbrie, KP 1979. Ледниковые периоды: решение тайны. Macmillan, London). Эта теория, впервые адекватно предложенная сербским математиком Милютином Миланковичем, который провел более 30 лет, совершенствуя ее, опубликовав подробные отчеты в 1930-х и 40-х годах, не была подтверждена (или широко принята) до 1970-х годов. Именно эти астрономические переменные оказывали влияние на наш климат в четвертичный период, а внезапные изменения тренда и ступенчатая модель являются продуктом обширных систем положительной и отрицательной обратной связи, действующих в климатической системе.
Эффект этих климатических изменений пространственно разный (т. е. в разных частях мира климат реагировал по-разному – возможно, становясь более влажным или сухим, а не более холодным и теплым), а также их периодичность менялась с течением времени в течение четвертичного периода; но в северо-западной Европе последние 750 000 лет характеризовались длительными периодами (около 100 000 лет) холодного климата, перемежающимися с более короткими периодами (около 10–15 000 лет) более теплых условий. Если рассматривать это с учетом нынешних страхов глобального потепления (в настоящее время считается, что оно составило менее 1ºC за последние 100 лет), то это дает нам леденящее душу понимание фактических геологических свидетельств, которые предполагают, что более 90% последних 750 000 лет были очень холодными на нашей широте (со среднегодовой температурой воздуха значительно ниже нуля).
Некоторые полагают, что любая тенденция глобального потепления будет легко перевешена гораздо более важными вышележащими тенденциями и климатическими системами обратной связи. Однако проблема заключается во временном масштабе, и трудно предсказать, как изменения, вызванные человеком, будут взаимодействовать в краткосрочной и долгосрочной перспективе с видами естественных изменений, которые были обнаружены в ходе изучения четвертичных записей.
Конечно, мы не можем точно сказать, как наш климат отреагирует на значительное вмешательство человека в химию атмосферы: моделирование климата дает нам прогнозируемый диапазон глобального потепления в ближайшей перспективе; но из изучения климата прошлого мы знаем, что климатическая система может радикально измениться, когда будут преодолены определенные пороговые значения и вступят в силу «неконтролируемые» процессы обратной связи, быстро переводя климат в более теплое или более холодное состояние.
Может ли воздействие человека в конечном итоге спровоцировать пороговые изменения, которые приведут к совершенно иному глобальному климату, — это важный вопрос, на который может помочь ответить изучение климатических данных четвертичного периода.
Влияние человеческой деятельности на глобальные системы в настоящее время является предметом все более пристального внимания. Предложение о создании новой серии/эпохи, следующей за голоценом, которая будет названа «антропоцен», было выдвинуто Полом Крутценом и Юджином Строермером в 2000 году.
Термин все чаще используется для обозначения текущего интервала антропогенных глобальных изменений окружающей среды, когда деятельность человека стала настолько интенсивной, что повлияла почти на все среды на Земле. Он рассматривается как формальное стратиграфическое подразделение, эквивалентное по статусу плейстоцену или голоцену.
Продолжаются дискуссии о том, когда мог начаться этот период. Первоначально предполагалось, что это произошло в период промышленной революции в Европе или, возможно, раньше.
Однако сейчас предлагается принять более позднюю дату — середину двадцатого века, когда началось так называемое «великое ускорение» человеческой деятельности.
Предполагается, что каждая из этих границ указывает на то, когда произошли изменения, достаточные для того, чтобы оставить глобальный стратиграфический след, отличный от голоцена или предыдущих плейстоценовых межледниковых событий.
Формальное определение границ зависит от его практичности, особенно для ученых, работающих с более молодыми частями голоценовых последовательностей.
Изменение климата в течение четвертичного периода создало геологическую летопись, в которой доминируют отложения, отложенные в условиях ледниковой, перигляциальной и умеренной среды, и она, по своей природе, является фрагментарной. Поэтому мы не находим аккуратно упорядоченных отложений чередующихся ледниковых (холодная стадия) и межледниковых (умеренная стадия) осадков, а частичную летопись, которую очень трудно собрать воедино и которая является предметом многочисленных споров.
Повторяющиеся и обширные холодные периоды включали в себя несколько интенсивных оледенений, которые стерли большую часть предшествующих данных, оставив нам сильно покрытый оледенением ландшафт со многими особенностями неопределенного возраста.
Изменение климата в четвертичный период привело к формированию геологической летописи, в которой преобладают отложения, отложившиеся в ледниковых, перигляциальных и умеренных условиях окружающей среды, и по своей природе она является фрагментарной.
Таким образом, мы не обнаруживаем четко упорядоченных отложений чередующихся ледниковых (холодная стадия) и межледниковых (умеренная стадия) осадков, а лишь частичную летопись, которую очень трудно собрать воедино и которая является предметом многочисленных споров.
Повторяющиеся и обширные холодные периоды включали в себя несколько интенсивных оледенений, которые стерли большую часть предшествующих данных, оставив нам сильно покрытый оледенением ландшафт со многими особенностями неопределенного возраста.
Эпоха плейстоцена наиболее известна как время, в течение которого на суше неоднократно формировались обширные ледниковые щиты и другие ледники. Ее неофициально называют «Великим ледниковым периодом».
Время наступления этого холодного периода и, таким образом, формального начала эпохи плейстоцена было предметом серьезных дебатов среди геологов в конце 20-го и начале 21-го веков. К 1985 году ряд геологических обществ согласились установить начало эпохи плейстоцена около 1 800 000 лет назад, что совпало с началом оледенения в Европе и Северной Америке. Однако современные исследования показали, что крупные ледники образовались в других частях мира раньше, чем 1 800 000 лет назад.
