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27    ICE TIME

书籍名:《万物简史英文版》    作者:比尔·布莱森
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The  bright  sun  wasextinguish’d,  and  the  starsDid  wander  .  .  .

—Byron,  “Darkness”

IN  1815  on  the  island  of  Sumbawa  in  Indonesia,  a  handsome  and  long-quiescent  mountainnamed  Tambora  exploded  spectacularly,  killing  a  hundred  thousand  people  with  its  blast  andassociated  tsunamis.  It  was  the  biggest  volcanic  explosion  in  ten  thousand  years—150  timesthe  size  of  Mount  St.  Helens,  equivalent  to  sixty  thousand  Hiroshima-sized  atom  bombs.

News  didn’t  travel  terribly  fast  in  those  days.  In  London,  The  Times  ran  a  small  story—actually  a  letter  from  a  merchant—seven  months  after  the  event.  But  by  this  time  Tambora’seffects  were  already  being  felt.  Thirty-six  cubic  miles  of  smoky  ash,  dust,  and  grit  haddiffused  through  the  atmosphere,  obscuring  the  Sun’s  rays  and  causing  the  Earth  to  cool.

Sunsets  were  unusually  but  blearily  colorful,  an  effect  memorably  captured  by  the  artist  J.  M.

W.  Turner,  who  could  not  have  been  happier,  but  mostly  the  world  existed  under  anoppressive,  dusky  pall.  It  was  this  deathly  dimness  that  inspired  the  Byron  lines  above.

Spring  never  came  and  summer  never  warmed:  1816  became  known  as  the  year  withoutsummer.  Crops  everywhere  failed  to  grow.  In  Ireland  a  famine  and  associated  typhoidepidemic  killed  sixty-five  thousand  people.  In  New  England,  the  year  became  popularlyknown  as  Eighteen  Hundred  and  Froze  to  Death.  Morning  frosts  continued  until  June  andalmost  no  planted  seed  would  grow.  Short  of  fodder,  livestock  died  or  had  to  be  prematurelyslaughtered.  In  every  way  it  was  a  dreadful  year—almost  certainly  the  worst  for  farmers  inmodern  times.  Yet  globally  the  temperature  fell  by  only  about  1.5  degrees  Fahrenheit.  Earth’snatural  thermostat,  as  scientists  would  learn,  is  an  exceedingly  delicate  instrument.

The  nineteenth  century  was  already  a  chilly  time.  For  two  hundred  years  Europe  and  NorthAmerica  in  particular  had  experienced  a  Little  Ice  Age,  as  it  has  become  known,  whichpermitted  all  kinds  of  wintry  events—frost  fairs  on  the  Thames,  ice-skating  races  along  Dutchcanals—that  are  mostly  impossible  now.  It  was  a  period,  in  other  words,  when  frigidity  wasmuch  on  people’s  minds.  So  we  may  perhaps  excuse  nineteenth-century  geologists  for  beingslow  to  realize  that  the  world  they  lived  in  was  in  fact  balmy  compared  with  former  epochs,and  that  much  of  the  land  around  them  had  been  shaped  by  crushing  glaciers  and  cold  thatwould  wreck  even  a  frost  fair.

They  knew  there  was  something  odd  about  the  past.  The  European  landscape  was  litteredwith  inexplicable  anomalies—the  bones  of  arctic  reindeer  in  the  warm  south  of  France,  hugerocks  stranded  in  improbable  places—and  they  often  came  up  with  inventive  but  not  terribly plausible  explanations.  One  French  naturalist  named  de  Luc,  trying  to  explain  how  graniteboulders  had  come  to  rest  high  up  on  the  limestone  flanks  of  the  Jura  Mountains,  suggestedthat  perhaps  they  had  been  shot  there  by  compressed  air  in  caverns,  like  corks  out  of  apopgun.  The  term  for  a  displaced  boulder  is  an  erratic,  but  in  the  nineteenth  century  theexpression  seemed  to  apply  more  often  to  the  theories  than  to  the  rocks.

The  great  British  geologist  Arthur  Hallam  has  suggested  that  if  James  Hutton,  the  father  ofgeology,  had  visited  Switzerland,  he  would  have  seen  at  once  the  significance  of  the  carvedvalleys,  the  polished  striations,  the  telltale  strand  lines  where  rocks  had  been  dumped,  and  theother  abundant  clues  that  point  to  passing  ice  sheets.  Unfortunately,  Hutton  was  not  a  traveler.

But  even  with  nothing  better  at  his  disposal  than  secondhand  accounts,  Hutton  rejected  out  ofhand  the  idea  that  huge  boulders  had  been  carried  three  thousand  feet  up  mountainsides  byfloods—all  the  water  in  the  world  won’t  make  a  boulder  float,  he  pointed  out—and  becameone  of  the  first  to  argue  for  widespread  glaciation.  Unfortunately  his  ideas  escaped  notice,  andfor  another  half  century  most  naturalists  continued  to  insist  that  the  gouges  on  rocks  could  beattributed  to  passing  carts  or  even  the  scrape  of  hobnailed  boots.

Local    peasants,    uncontaminated    by    scientific  orthodoxy,  knew  better,  however.  Thenaturalist  Jean  de  Charpentier  told  the  story  of  how  in  1834  he  was  walking  along  a  countrylane  with  a  Swiss  woodcutter  when  they  got  to  talking  about  the  rocks  along  the  roadside.  Thewoodcutter  matter-of-factly  told  him  that  the  boulders  had  come  from  the  Grimsel,  a  zone  ofgranite  some  distance  away.  “When  I  asked  him  how  he  thought  that  these  stones  had  reachedtheir  location,  he  answered  without  hesitation:  ‘The  Grimsel  glacier  transported  them  on  bothsides  of  the  valley,  because  that  glacier  extended  in  the  past  as  far  as  the  town  of  Bern.’  ”

Charpentier  was  delighted.  He  had  come  to  such  a  view  himself,  but  when  he  raised  thenotion  at  scientific  gatherings,  it  was  dismissed.  One  of  Charpentier’s  closest  friends  wasanother  Swiss  naturalist,  Louis  Agassiz,  who  after  some  initial  skepticism  came  to  embrace,and  eventually  all  but  appropriate,  the  theory.

Agassiz  had  studied  under  Cuvier  in  Paris  and  now  held  the  post  of  Professor  of  NaturalHistory  at  the  College  of  Neuchatel  in  Switzerland.  Another  friend  of  Agassiz’s,  a  botanistnamed  Karl  Schimper,  was  actually  the  first  to  coin  the  term  ice  age  (in  German  Eiszeit  ),  in1837,  and  to  propose  that  there  was  good  evidence  to  show  that  ice  had  once  lain  heavilyacross  not  just  the  Swiss  Alps,  but  over  much  of  Europe,  Asia,  and  North  America.  It  was  aradical  notion.  He  lent  Agassiz  his  notes—then  came  very  much  to  regret  it  as  Agassizincreasingly  got  the  credit  for  what  Schimper  felt,  with  some  legitimacy,  was  his  theory.

Charpentier  likewise  ended  up  a  bitter  enemy  of  his  old  friend.  Alexander  von  Humboldt,  yetanother  friend,  may  have  had  Agassiz  at  least  partly  in  mind  when  he  observed  that  there  arethree  stages  in  scientific  discovery:  first,  people  deny  that  it  is  true;  then  they  deny  that  it  isimportant;  finally  they  credit  the  wrong  person.

At  all  events,  Agassiz  made  the  field  his  own.  In  his  quest  to  understand  the  dynamics  ofglaciation,  he  went  everywhere—deep  into  dangerous  crevasses  and  up  to  the  summits  of  thecraggiest  Alpine  peaks,  often  apparently  unaware  that  he  and  his  team  were  the  first  to  climbthem.  Nearly  everywhere  Agassiz  encountered  an  unyielding  reluctance  to  accept  his  theories.

Humboldt  urged  him  to  return  to  his  area  of  real  expertise,  fossil  fish,  and  give  up  this  madobsession  with  ice,  but  Agassiz  was  a  man  possessed  by  an  idea.

Agassiz’s  theory  found  even  less  support  in  Britain,  where  most  naturalists  had  never  seena  glacier  and  often  couldn’t  grasp  the  crushing  forces  that  ice  in  bulk  exerts.  “Could  scratches and  polish  just  be  due  to  ice  ?”  asked  Roderick  Murchison  in  a  mocking  tone  at  one  meeting,evidently  imagining  the  rocks  as  covered  in  a  kind  of  light  and  glassy  rime.  To  his  dying  day,he  expressed  the  frankest  incredulity  at  those  “ice-mad”  geologists  who  believed  that  glacierscould  account  for  so  much.  William  Hopkins,  a  Cambridge  professor  and  leading  member  ofthe  Geological  Society,  endorsed  this  view,  arguing  that  the  notion  that  ice  could  transportboulders  presented  “such  obvious  mechanical  absurdities”  as  to  make  it  unworthy  of  thesociety’s  attention.

Undaunted,  Agassiz  traveled  tirelessly  to  promote  his  theory.  In  1840  he  read  a  paper  to  ameeting  of  the  British  Association  for  the  Advancement  of  Science  in  Glasgow  at  which  hewas  openly  criticized  by  the  great  Charles  Lyell.  The  following  year  the  Geological  Society  ofEdinburgh  passed  a  resolution  conceding  that  there  might  be  some  general  merit  in  the  theorybut  that  certainly  none  of  it  applied  to  Scotland.

Lyell  did  eventually  come  round.  His  moment  of  epiphany  came  when  he  realized  that  amoraine,  or  line  of  rocks,  near  his  family  estate  in  Scotland,  which  he  had  passed  hundreds  oftimes,  could  only  be  understood  if  one  accepted  that  a  glacier  had  dropped  them  there.  Buthaving  become  converted,  Lyell  then  lost  his  nerve  and  backed  off  from  public  support  of  theIce  Age  idea.  It  was  a  frustrating  time  for  Agassiz.  His  marriage  was  breaking  up,  Schimperwas  hotly  accusing  him  of  the  theft  of  his  ideas,  Charpentier  wouldn’t  speak  to  him,  and  thegreatest  living  geologist  offered  support  of  only  the  most  tepid  and  vacillating  kind.

In  1846,  Agassiz  traveled  to  America  to  give  a  series  of  lectures  and  there  at  last  found  theesteem  he  craved.  Harvard  gave  him  a  professorship  and  built  him  a  first-rate  museum,  theMuseum  of  Comparative  Zoology.  Doubtless  it  helped  that  he  had  settled  in  New  England,where  the  long  winters  encouraged  a  certain  sympathy  for  the  idea  of  interminable  periods  ofcold.  It  also  helped  that  six  years  after  his  arrival  the  first  scientific  expedition  to  Greenlandreported  that  nearly  the  whole  of  that  semicontinent  was  covered  in  an  ice  sheet  just  like  theancient  one  imagined  in  Agassiz’s  theory.  At  long  last,  his  ideas  began  to  find  a  realfollowing.  The  one  central  defect  of  Agassiz’s  theory  was  that  his  ice  ages  had  no  cause.  Butassistance  was  about  to  come  from  an  unlikely  quarter.

In  the  1860s,  journals  and  other  learned  publications  in  Britain  began  to  receive  papers  onhydrostatics,  electricity,  and  other  scientific  subjects  from  a  James  Croll  of  Anderson’sUniversity  in  Glasgow.  One  of  the  papers,  on  how  variations  in  Earth’s  orbit  might  haveprecipitated  ice  ages,  was  published  in  the  Philosophical  Magazine  in  1864  and  wasrecognized  at  once  as  a  work  of  the  highest  standard.  So  there  was  some  surprise,  and  perhapsjust  a  touch  of  embarrassment,  when  it  turned  out  that  Croll  was  not  an  academic  at  theuniversity,  but  a  janitor.

Born  in  1821,  Croll  grew  up  poor,  and  his  formal  education  lasted  only  to  the  age  ofthirteen.  He  worked  at  a  variety  of  jobs—as  a  carpenter,  insurance  salesman,  keeper  of  atemperance  hotel—before  taking  a  position  as  a  janitor  at  Anderson’s  (now  the  University  ofStrathclyde)  in  Glasgow.  By  somehow  inducing  his  brother  to  do  much  of  his  work,  he  wasable  to  pass  many  quiet  evenings  in  the  university  library  teaching  himself  physics,mechanics,  astronomy,  hydrostatics,  and  the  other  fashionable  sciences  of  the  day,  andgradually  began  to  produce  a  string  of  papers,  with  a  particular  emphasis  on  the  motions  ofEarth  and  their  effect  on  climate.

Croll  was  the  first  to  suggest  that  cyclical  changes  in  the  shape  of  Earth’s  orbit,  fromelliptical  (which  is  to  say  slightly  oval)  to  nearly  circular  to  elliptical  again,  might  explain  the onset  and  retreat  of  ice  ages.  No  one  had  ever  thought  before  to  consider  an  astronomicalexplanation  for  variations  in  Earth’s  weather.  Thanks  almost  entirely  to  Croll’s  persuasivetheory,  people  in  Britain  began  to  become  more  responsive  to  the  notion  that  at  some  formertime  parts  of  the  Earth  had  been  in  the  grip  of  ice.  When  his  ingenuity  and  aptitude  wererecognized,  Croll  was  given  a  job  at  the  Geological  Survey  of  Scotland  and  widely  honored:

he  was  made  a  fellow  of  the  Royal  Society  in  London  and  of  the  New  York  Academy  ofScience  and  given  an  honorary  degree  from  the  University  of  St.  Andrews,  among  much  else.

Unfortunately,  just  as  Agassiz’s  theory  was  at  last  beginning  to  find  converts  in  Europe,  hewas  busy  taking  it  into  ever  more  exotic  territory  in  America.  He  began  to  find  evidence  forglaciers  practically  everywhere  he  looked,  including  near  the  equator.  Eventually  he  becameconvinced  that  ice  had  once  covered  the  whole  Earth,  extinguishing  all  life,  which  God  hadthen  re-created.  None  of  the  evidence  Agassiz  cited  supported  such  a  view.  Nonetheless,  inhis  adopted  country  his  stature  grew  and  grew  until  he  was  regarded  as  only  slightly  below  adeity.  When  he  died  in  1873  Harvard  felt  it  necessary  to  appoint  three  professors  to  take  hisplace.

Yet,  as  sometimes  happens,  his  theories  fell  swiftly  out  of  fashion.  Less  than  a  decade  afterhis  death  his  successor  in  the  chair  of  geology  at  Harvard  wrote  that  the  “so-called  glacialepoch  .  .  .  so  popular  a  few  years  ago  among  glacial  geologists  may  now  be  rejected  withouthesitation.”

Part  of  the  problem  was  that  Croll’s  computations  suggested  that  the  most  recent  ice  ageoccurred  eighty  thousand  years  ago,  whereas  the  geological  evidence  increasingly  indicatedthat  Earth  had  undergone  some  sort  of  dramatic  perturbation  much  more  recently  than  that.

Without  a  plausible  explanation  for  what  might  have  provoked  an  ice  age,  the  whole  theoryfell  into  abeyance.  There  it  might  have  remained  for  some  time  except  that  in  the  early  1900sa  Serbian  academic  named  Milutin  Milankovitch,  who  had  no  background  in  celestial  motionsat  all—he  was  a  mechanical  engineer  by  training—developed  an  unexpected  interest  in  thematter.  Milankovitch  realized  that  the  problem  with  Croll’s  theory  was  not  that  it  wasincorrect  but  that  it  was  too  simple.

As  Earth  moves  through  space,  it  is  subject  not  just  to  variations  in  the  length  and  shape  ofits  orbit,  but  also  to  rhythmic  shifts  in  its  angle  of  orientation  to  the  Sun—its  tilt  and  pitch  andwobble—all  affecting  the  length  and  intensity  of  sunlight  falling  on  any  patch  of  land.  Inparticular  it  is  subject  to  three  changes  in  position,  known  formally  as  its  obliquity,precession,  and  eccentricity,  over  long  periods  of  time.  Milankovitch  wondered  if  there  mightbe  a  relationship  between  these  complex  cycles  and  the  comings  and  goings  of  ice  ages.  Thedifficulty  was  that  the  cycles  were  of  widely  different  lengths—of  approximately  20,000,40,000,  and  100,000  years,  but  varying  in  each  case  by  up  to  a  few  thousand  years—whichmeant  that  determining  their  points  of  intersection  over  long  spans  of  time  involved  a  nearlyendless  amount  of  devoted  computation.  Essentially  Milankovitch  had  to  work  out  the  angleand  duration  of  incoming  solar  radiation  at  every  latitude  on  Earth,  in  every  season,  for  amillion  years,  adjusted  for  three  ever-changing  variables.

Happily    this    was    precisely    the    sort    of  repetitive  toil  that  suited  Milankovitch’stemperament.  For  the  next  twenty  years,  even  while  on  vacation,  he  worked  ceaselessly  withpencil  and  slide  rule  computing  the  tables  of  his  cycles—work  that  now  could  be  completed  ina  day  or  two  with  a  computer.  The  calculations  all  had  to  be  made  in  his  spare  time,  but  in1914  Milankovitch  suddenly  got  a  great  deal  of  that  when  World  War  I  broke  out  and  he  wasarrested  owing  to  his  position  as  a  reservist  in  the  Serbian  army.  He  spent  most  of  the  next four  years  under  loose  house  arrest  in  Budapest,  required  only  to  report  to  the  police  once  aweek.  The  rest  of  his  time  was  spent  working  in  the  library  of  the  Hungarian  Academy  ofSciences.  He  was  possibly  the  happiest  prisoner  of  war  in  history.

The    eventual    outcome    of    his  diligent  scribblings  was  the  1930  book  MathematicalClimatology  and  the  Astronomical  Theory  of  Climatic  Changes.  Milankovitch  was  right  thatthere  was  a  relationship  between  ice  ages  and  planetary  wobble,  though  like  most  people  heassumed  that  it  was  a  gradual  increase  in  harsh  winters  that  led  to  these  long  spells  ofcoldness.  It  was  a  Russian-German  meteorologist,  Wladimir  K?ppen—father-in-law  of  ourtectonic  friend  Alfred  Wegener—who  saw  that  the  process  was  more  subtle,  and  rather  moreunnerving,  than  that.

The  cause  of  ice  ages,  K?ppen  decided,  is  to  be  found  in  cool  summers,  not  brutal  winters.

If  summers  are  too  cool  to  melt  all  the  snow  that  falls  on  a  given  area,  more  incoming  sunlightis  bounced  back  by  the  reflective  surface,  exacerbating  the  cooling  effect  and  encouraging  yetmore  snow  to  fall.  The  consequence  would  tend  to  be  self-perpetuating.  As  snow  accumulatedinto  an  ice  sheet,  the  region  would  grow  cooler,  prompting  more  ice  to  accumulate.  As  theglaciologist  Gwen  Schultz  has  noted:  “It  is  not  necessarily  the  amount  of  snow  that  causes  icesheets  but  the  fact  that  snow,  however  little,  lasts.”  It  is  thought  that  an  ice  age  could  startfrom  a  single  unseasonal  summer.  The  leftover  snow  reflects  heat  and  exacerbates  the  chillingeffect.  “The  process  is  self-enlarging,  unstoppable,  and  once  the  ice  is  really  growing  itmoves,”  says  McPhee.  You  have  advancing  glaciers  and  an  ice  age.

In  the  1950s,  because  of  imperfect  dating  technology,  scientists  were  unable  to  correlateMilankovitch’s  carefully  worked-out  cycles  with  the  supposed  dates  of  ice  ages  as  thenperceived,  and  so  Milankovitch  and  his  calculations  increasingly  fell  out  of  favor.  He  died  in1958,  unable  to  prove  that  his  cycles  were  correct.  By  this  time,  write  John  and  Mary  Gribbin,“you  would  have  been  hard  pressed  to  find  a  geologist  or  meteorologist  who  regarded  themodel  as  being  anything  more  than  an  historical  curiosity.”  Not  until  the  1970s  and  therefinement  of  a  potassium-argon  method  for  dating  ancient  seafloor  sediments  were  histheories  finally  vindicated.

The  Milankovitch  cycles  alone  are  not  enough  to  explain  cycles  of  ice  ages.  Many  otherfactors  are  involved—not  least  the  disposition  of  the  continents,  in  particular  the  presence  oflandmasses  over  the  poles—but  the  specifics  of  these  are  imperfectly  understood.  It  has  beensuggested,  however,  that  if  you  hauled  North  America,  Eurasia,  and  Greenland  just  threehundred  miles  north  we  would  have  permanent  and  inescapable  ice  ages.  We  are  very  lucky,  itappears,  to  get  any  good  weather  at  all.  Even  less  well  understood  are  the  cycles  ofcomparative  balminess  within  ice  ages,  known  as  interglacials.  It  is  mildly  unnerving  toreflect  that  the  whole  of  meaningful  human  history—the  development  of  farming,  the  creationof  towns,  the  rise  of  mathematics  and  writing  and  science  and  all  the  rest—has  taken  placewithin  an  atypical  patch  of  fair  weather.  Previous  interglacials  have  lasted  as  little  as  eightthousand  years.  Our  own  has  already  passed  its  ten  thousandth  anniversary.

The  fact  is,  we  are  still  very  much  in  an  ice  age;  it’s  just  a  somewhat  shrunken  one—thoughless  shrunken  than  many  people  realize.  At  the  height  of  the  last  period  of  glaciation,  aroundtwenty  thousand  years  ago,  about  30  percent  of  the  Earth’s  land  surface  was  under  ice.  Tenpercent  still  is—and  a  further  14  percent  is  in  a  state  of  permafrost.  Three-quarters  of  all  thefresh  water  on  Earth  is  locked  up  in  ice  even  now,  and  we  have  ice  caps  at  both  poles—asituation  that  may  be  unique  in  Earth’s  history.  That  there  are  snowy  winters  through  much  of the  world  and  permanent  glaciers  even  in  temperate  places  such  as  New  Zealand  may  seemquite  natural,  but  in  fact  it  is  a  most  unusual  situation  for  the  planet.

For  most  of  its  history  until  fairly  recent  times  the  general  pattern  for  Earth  was  to  be  hotwith  no  permanent  ice  anywhere.  The  current  ice  age—ice  epoch  really—started  about  fortymillion  years  ago,  and  has  ranged  from  murderously  bad  to  not  bad  at  all.  Ice  ages  tend  towipe  out  evidence  of  earlier  ice  ages,  so  the  further  back  you  go  the  more  sketchy  the  picturegrows,  but  it  appears  that  we  have  had  at  least  seventeen  severe  glacial  episodes  in  the  last  2.5million  years  or  so—the  period  that  coincides  with  the  rise  of  Homo  erectus  in  Africafollowed  by  modern  humans.  Two  commonly  cited  culprits  for  the  present  epoch  are  the  riseof  the  Himalayas  and  the  formation  of  the  Isthmus  of  Panama,  the  first  disrupting  air  flows,the  second  ocean  currents.  India,  once  an  island,  has  pushed  two  thousand  kilometers  into  theAsian  landmass  over  the  last  forty-five  million  years,  raising  not  only  the  Himalayas,  but  alsothe  vast  Tibetan  plateau  behind  them.  The  hypothesis  is  that  the  higher  landscape  was  notonly  cooler,  but  diverted  winds  in  a  way  that  made  them  flow  north  and  toward  NorthAmerica,  making  it  more  susceptible  to  long-term  chills.  Then,  beginning  about  five  millionyears  ago,  Panama  rose  from  the  sea,  closing  the  gap  between  North  and  South  America,disrupting  the  flows  of  warming  currents  between  the  Pacific  and  Atlantic,  and  changingpatterns  of  precipitation  across  at  least  half  the  world.  One  consequence  was  a  drying  out  ofAfrica,  which  caused  apes  to  climb  down  out  of  trees  and  go  looking  for  a  new  way  of  livingon  the  emerging  savannas.

At  all  events,  with  the  oceans  and  continents  arranged  as  they  are  now,  it  appears  that  icewill  be  a  long-term  part  of  our  future.  According  to  John  McPhee,  about  fifty  more  glacialepisodes  can  be  expected,  each  lasting  a  hundred  thousand  years  or  so,  before  we  can  hope  fora  really  long  thaw.

Before  fifty  million  years  ago,  Earth  had  no  regular  ice  ages,  but  when  we  did  have  themthey  tended  to  be  colossal.  A  massive  freezing  occurred  about  2.2  billion  years  ago,  followedby  a  billion  years  or  so  of  warmth.  Then  there  was  another  ice  age  even  larger  than  the  first—so  large  that  some  scientists  are  now  referring  to  the  age  in  which  it  occurred  as  theCryogenian,  or  super  ice  age.  The  condition  is  more  popularly  known  as  Snowball  Earth.

“Snowball,”  however,  barely  captures  the  murderousness  of  conditions.  The  theory  is  thatbecause  of  a  fall  in  solar  radiation  of  about  6  percent  and  a  dropoff  in  the  production  (orretention)  of  greenhouse  gases,  Earth  essentially  lost  its  ability  to  hold  on  to  its  heat.  Itbecame  a  kind  of  all-over  Antarctica.  Temperatures  plunged  by  as  much  as  80  degreesFahrenheit.  The  entire  surface  of  the  planet  may  have  frozen  solid,  with  ocean  ice  up  to  half  amile  thick  at  higher  latitudes  and  tens  of  yards  thick  even  in  the  tropics.

There  is  a  serious  problem  in  all  this  in  that  the  geological  evidence  indicates  iceeverywhere,  including  around  the  equator,  while  the  biological  evidence  suggests  just  asfirmly  that  there  must  have  been  open  water  somewhere.  For  one  thing,  cyanobacteriasurvived  the  experience,  and  they  photosynthesize.  For  that  they  needed  sunlight,  but  as  youwill  know  if  you  have  ever  tried  to  peer  through  it,  ice  quickly  becomes  opaque  and  after  onlya  few  yards  would  pass  on  no  light  at  all.  Two  possibilities  have  been  suggested.  One  is  that  alittle  ocean  water  did  remain  exposed  (perhaps  because  of  some  kind  of  localized  warming  ata  hot  spot);  the  other  is  that  maybe  the  ice  formed  in  such  a  way  that  it  remained  translucent—a  condition  that  does  sometimes  happen  in  nature.

If  Earth  did  freeze  over,  then  there  is  the  very  difficult  question  of  how  it  ever  got  warmagain.  An  icy  planet  should  reflect  so  much  heat  that  it  would  stay  frozen  forever.  It  appearsthat  rescue  may  have  come  from  our  molten  interior.  Once  again,  we  may  be  indebted  totectonics  for  allowing  us  to  be  here.  The  idea  is  that  we  were  saved  by  volcanoes,  whichpushed  through  the  buried  surface,  pumping  out  lots  of  heat  and  gases  that  melted  the  snowsand  re-formed  the  atmosphere.  Interestingly,  the  end  of  this  hyper-frigid  episode  is  marked  bythe  Cambrian  outburst—the  springtime  event  of  life’s  history.  In  fact,  it  may  not  have  been  astranquil  as  all  that.  As  Earth  warmed,  it  probably  had  the  wildest  weather  it  has  everexperienced,  with  hurricanes  powerful  enough  to  raise  waves  to  the  heights  of  skyscrapersand  rainfalls  of  indescribable  intensity.

Throughout  all  this  the  tubeworms  and  clams  and  other  life  forms  adhering  to  deep  oceanvents  undoubtedly  went  on  as  if  nothing  were  amiss,  but  all  other  life  on  Earth  probably  cameas  close  as  it  ever  has  to  checking  out  entirely.  It  was  all  a  long  time  ago  and  at  this  stage  wejust  don’t  know.

Compared  with  a  Cryogenian  outburst,  the  ice  ages  of  more  recent  times  seem  pretty  smallscale,  but  of  course  they  were  immensely  grand  by  the  standards  of  anything  to  be  found  onEarth  today.  The  Wisconsian  ice  sheet,  which  covered  much  of  Europe  and  North  America,was  two  miles  thick  in  places  and  marched  forward  at  a  rate  of  about  four  hundred  feet  a  year.

What  a  thing  it  must  have  been  to  behold.  Even  at  their  leading  edge,  the  ice  sheets  could  benearly  half  a  mile  thick.  Imagine  standing  at  the  base  of  a  wall  of  ice  two  thousand  feet  high.

Behind  this  edge,  over  an  area  measuring  in  the  millions  of  square  miles,  would  be  nothingbut  more  ice,  with  only  a  few  of  the  tallest  mountain  summits  poking  through.  Wholecontinents  sagged  under  the  weight  of  so  much  ice  and  even  now,  twelve  thousand  years  afterthe  glaciers’  withdrawal,  are  still  rising  back  into  place.  The  ice  sheets  didn’t  just  dribble  outboulders  and  long  lines  of  gravelly  moraines,  but  dumped  entire  landmasses—Long  Islandand  Cape  Cod  and  Nantucket,  among  others—as  they  slowly  swept  along.  It’s  little  wonderthat  geologists  before  Agassiz  had  trouble  grasping  their  monumental  capacity  to  reworklandscapes.

If  ice  sheets  advanced  again,  we  have  nothing  in  our  armory  that  could  deflect  them.  In1964,  at  Prince  William  Sound  in  Alaska,  one  of  the  largest  glacial  fields  in  North  Americawas  hit  by  the  strongest  earthquake  ever  recorded  on  the  continent.  It  measured  9.2  on  theRichter  scale.  Along  the  fault  line,  the  land  rose  by  as  much  as  twenty  feet.  The  quake  was  soviolent,  in  fact,  that  it  made  water  slosh  out  of  pools  in  Texas.  And  what  effect  did  thisunparalleled  outburst  have  on  the  glaciers  of  Prince  William  Sound?  None  at  all.  They  justsoaked  it  up  and  kept  on  moving.

For  a  long  time  it  was  thought  that  we  moved  into  and  out  of  ice  ages  gradually,  overhundreds  of  thousands  of  years,  but  we  now  know  that  that  has  not  been  the  case.  Thanks  toice  cores  from  Greenland  we  have  a  detailed  record  of  climate  for  something  over  a  hundredthousand  years,  and  what  is  found  there  is  not  comforting.  It  shows  that  for  most  of  its  recenthistory  Earth  has  been  nothing  like  the  stable  and  tranquil  place  that  civilization  has  known,but  rather  has  lurched  violently  between  periods  of  warmth  and  brutal  chill.

Toward  the  end  of  the  last  big  glaciation,  some  twelve  thousand  years  ago,  Earth  began  towarm,  and  quite  rapidly,  but  then  abruptly  plunged  back  into  bitter  cold  for  a  thousand  yearsor  so  in  an  event  known  to  science  as  the  Younger  Dryas.  (The  name  comes  from  the  arcticplant  the  dryas,  which  is  one  of  the  first  to  recolonize  land  after  an  ice  sheet  withdraws.  Therewas  also  an  Older  Dryas  period,  but  it  wasn’t  so  sharp.)  At  the  end  of  this  thousand-year onslaught  average  temperatures  leapt  again,  by  as  much  as  seven  degrees  in  twenty  years,which  doesn’t  sound  terribly  dramatic  but  is  equivalent  to  exchanging  the  climate  ofScandinavia  for  that  of  the  Mediterranean  in  just  two  decades.  Locally,  changes  have  beeneven  more  dramatic.  Greenland  ice  cores  show  the  temperatures  there  changing  by  as  much  asfifteen  degrees  in  ten  years,  drastically  altering  rainfall  patterns  and  growing  conditions.  Thismust  have  been  unsettling  enough  on  a  thinly  populated  planet.  Today  the  consequenceswould  be  pretty  well  unimaginable.

What  is  most  alarming  is  that  we  have  no  idea—none—what  natural  phenomena  could  soswiftly  rattle  Earth’s  thermometer.  As  Elizabeth  Kolbert,  writing  in  the  New  Yorker,  hasobserved:  “No  known  external  force,  or  even  any  that  has  been  hypothesized,  seems  capableof  yanking  the  temperature  back  and  forth  as  violently,  and  as  often,  as  these  cores  haveshown  to  be  the  case.”  There  seems  to  be,  she  adds,  “some  vast  and  terrible  feedback  loop,”

probably  involving  the  oceans  and  disruptions  of  the  normal  patterns  of  ocean  circulation,  butall  this  is  a  long  way  from  being  understood.

One  theory  is  that  the  heavy  inflow  of  meltwater  to  the  seas  at  the  beginning  of  theYounger  Dryas  reduced  the  saltiness  (and  thus  density)  of  northern  oceans,  causing  the  GulfStream  to  swerve  to  the  south,  like  a  driver  trying  to  avoid  a  collision.  Deprived  of  the  GulfStream’s  warmth,  the  northern  latitudes  returned  to  chilly  conditions.  But  this  doesn’t  begin  toexplain  why  a  thousand  years  later  when  the  Earth  warmed  once  again  the  Gulf  Stream  didn’tveer  as  before.  Instead,  we  were  given  the  period  of  unusual  tranquility  known  as  theHolocene,  the  time  in  which  we  live  now.

There  is  no  reason  to  suppose  that  this  stretch  of  climatic  stability  should  last  much  longer.

In  fact,  some  authorities  believe  that  we  are  in  for  even  worse  than  what  went  before.  It  isnatural  to  suppose  that  global  warming  would  act  as  a  useful  counterweight  to  the  Earth’stendency  to  plunge  back  into  glacial  conditions.  However,  as  Kolbert  has  pointed  out,  whenyou  are  confronted  with  a  fluctuating  and  unpredictable  climate  “the  last  thing  you’d  want  todo  is  conduct  a  vast  unsupervised  experiment  on  it.”  It  has  even  been  suggested,  with  moreplausibility  than  would  at  first  seem  evident,  that  an  ice  age  might  actually  be  induced  by  arise  in  temperatures.  The  idea  is  that  a  slight  warming  would  enhance  evaporation  rates  andincrease  cloud  cover,  leading  in  the  higher  latitudes  to  more  persistent  accumulations  of  snow.

In  fact,  global  warming  could  plausibly,  if  paradoxically,  lead  to  powerful  localized  cooling  inNorth  America  and  northern  Europe.

Climate  is  the  product  of  so  many  variables—rising  and  falling  carbon  dioxide  levels,  theshifts  of  continents,  solar  activity,  the  stately  wobbles  of  the  Milankovitch  cycles—that  it  is  asdifficult  to  comprehend  the  events  of  the  past  as  it  is  to  predict  those  of  the  future.  Much  issimply  beyond  us.  Take  Antarctica.  For  at  least  twenty  million  years  after  it  settled  over  theSouth  Pole  Antarctica  remained  covered  in  plants  and  free  of  ice.  That  simply  shouldn’t  havebeen  possible.

No  less  intriguing  are  the  known  ranges  of  some  late  dinosaurs.  The  British  geologistStephen  Drury  notes  that  forests  within  10  degrees  latitude  of  the  North  Pole  were  home  togreat  beasts,  including  Tyrannosaurus  rex.  “That  is  bizarre,”  he  writes,  “for  such  a  highlatitude  is  continually  dark  for  three  months  of  the  year.”  Moreover,  there  is  now  evidencethat  these  high  latitudes  suffered  severe  winters.  Oxygen  isotope  studies  suggest  that  theclimate  around  Fairbanks,  Alaska,  was  about  the  same  in  the  late  Cretaceous  period  as  it  isnow.  So  what  was  Tyrannosaurus  doing  there?  Either  it  migrated  seasonally  over  enormousdistances  or  it  spent  much  of  the  year  in  snowdrifts  in  the  dark.  In  Australia—which  at  that time  was  more  polar  in  its  orientation—a  retreat  to  warmer  climes  wasn’t  possible.  Howdinosaurs  managed  to  survive  in  such  conditions  can  only  be  guessed.

One  thought  to  bear  in  mind  is  that  if  the  ice  sheets  did  start  to  form  again  for  whateverreason,  there  is  a  lot  more  water  for  them  to  draw  on  this  time.  The  Great  Lakes,  Hudson  Bay,the  countless  lakes  of  Canada—these  weren’t  there  to  fuel  the  last  ice  age.  They  were  createdby  it.

On  the  other  hand,  the  next  phase  of  our  history  could  see  us  melting  a  lot  of  ice  rather  thanmaking  it.  If  all  the  ice  sheets  melted,  sea  levels  would  rise  by  two  hundred  feet—the  heightof  a  twenty-story  building—and  every  coastal  city  in  the  world  would  be  inundated.  Morelikely,  at  least  in  the  short  term,  is  the  collapse  of  the  West  Antarctic  ice  sheet.  In  the  past  fiftyyears  the  waters  around  it  have  warmed  by  2.5  degrees  centigrade,  and  collapses  haveincreased  dramatically.  Because  of  the  underlying  geology  of  the  area,  a  large-scale  collapseis  all  the  more  possible.  If  so,  sea  levels  globally  would  rise—and  pretty  quickly—by  betweenfifteen  and  twenty  feet  on  average.

The  extraordinary  fact  is  that  we  don’t  know  which  is  more  likely,  a  future  offering  us  eonsof  perishing  frigidity  or  one  giving  us  equal  expanses  of  steamy  heat.  Only  one  thing  iscertain:  we  live  on  a  knife  edge.

In  the  long  run,  incidentally,  ice  ages  are  by  no  means  bad  news  for  the  planet.  They  grindup  rocks  and  leave  behind  new  soils  of  sumptuous  richness,  and  gouge  out  fresh  water  lakesthat  provide  abundant  nutritive  possibilities  for  hundreds  of  species  of  being.  They  act  as  aspur  to  migration  and  keep  the  planet  dynamic.  As  Tim  Flannery  has  remarked:  “There  is  onlyone  question  you  need  ask  of  a  continent  in  order  to  determine  the  fate  of  its  people:  ‘Did  youhav