Die Ursachen der Eiszeiten

Eiszeiten sind eine Normalität der Erdgeschichte. Wir leben selbst in einer Warmphase. Die Ursachen sind verschieden. Die wichtigsten werden kurz erörtert.

Der Eiszeiten gab es einige in der Erdgeschichte. Auch wir leben innerhalb eines Eiszeitalters. Modellierungen helfen uns zwar, wichtige Klimaaspekte erst zu erkennen, dennoch werden die heftigen klimatischen Schwankungen selbst innerhalb der einzelnen Kaltphasen nicht verstanden. Der Wechsel zwischen Warm- und Kaltzeiten scheint einer gewissen Periodizität von cirka 100.000 Jahren zu unterliegen. Die Warmzeit oder das Interglazial, das unsere geologische Gegenwart darstellt, begann vor etwa 11.000 Jahren.

Früheste bekannte Spuren der Vereisungen

Die in der Erdgeschichte jüngeren Eiszeiten werden uns vor allem durch ihre morphologischen Hinterlassenschaften verdeutlicht. Aber bereits vor 2 Milliarden Jahre hinterließ das Eis auf den verschiedenen damaligen Kontinenten (Kratone) seine Spuren. So wurde beispielsweise das Kanadische Schild nicht nur von der jüngsten Eiszeit stark beeinflusst. Am Huron Lake finden sich in Schichten der Gowganda-Formation Gerölle und gekritzte, das heißt zerkratzte Blöcke (Tillite), die von Gletschervorstößen zeugen, und feine, tonige bis sandige Sedimente mit herabgefallenen Steinchen, die Schmelzwasserablagerungen darstellen. Trotz dieser etwa 2 Milliarden Jahre alten Funde kann das Ausmaß dieser frühen bekannten Eiszeit nicht begrenzt werden.

Die Junproterozoische Vereisung vor etwa 600 Millionen Jahren

Das von der Internationalen Stratigraphischen Kommission neu eingeführte Ediacarum begann nach einer Serie weiterer Eiszeiten, die auch die Erde in niederen Breiten im Griff hatte. Ediacara ist ein Bergmassiv in Australien, in dessen Gesteinen eine reiche fossile, mehrzellige Fauna gefunden wurde. Eine Rekonstruktion paläomagnetischer Daten kann für die Interpretation der geographischen Position von Kontinentteilen herangezogen werden. Australien befand sich zeitweise zwischen dem Äquator und den 30er Breitengraden. Dennoch lassen sich Tillite in Gesteinsserien finden, die zu dieser Zeit äquatornah gebildet wurden, so dass von einer globalen Vereisungsperiode ausgegangen werden kann. Damit bildet die Lage kontinentaler Flächen mitunter eine mögliche Ursache für die Entstehung von Eiszeiten.

Konzentration von Kontinenten in hohen Breiten

Weitere Hinweise für eine mögliche oder beitragende Ursache der (paläo-)geographischen Situation der Vereisung von Kontinenten lassen sich mehrfach in der Erdgeschichte finden. Im Unterdevon befanden sich Teile des heutigen Afrikas und Südamerikas in einer ähnlichen Position wie die heutige Antarktis. Ähnliches lässt sich aufgrund paläomagnetischer Daten auch im Oberdevon aussagen, nur begleitet von einem Massenaussterben in den Tropen. Ähnliche Kontinenthäufungen gab es auch im Perm. Auch hier war die ökologische Neuorientierung für Geologen eine Zäsur, das Paläozoikum enden und mit der Trias das Mesozoikum beginnen zu lassen. So sind also Paläogeographie und die damit einhergehende Beeinflussung des Klimas Mitursache für entsprechende Aussterbeereignisse in der Erdgeschichte.

Die Ursachen unserer modernen Vereisungen in Panama?

Sehr viel genauere Aussagen zu den Ursachen erlaubt die relativ genaue Rekonstruktion unserer jüngsten „geologischen Zeitgeschichte“. Es gibt viele mögliche Ursachen, die sich weder belegen noch ausschließen lassen. Die letzte Eiszeit war ein Phänomen der Nordhalbkugel und ausgerechnet in Panama könnte sie ihren Ausgang genommen haben. Anders als für das Paläozoikum lässt sich der Zusammenhang von Meeresströmungen und Paläogeographie erst seit der jüngsten geologischen Vergangenheit rekonstruieren. Vor cirka 3,5 Millionen Jahren schloss sich die Landenge von Panama. Nord- und Südamerika sind fortan miteinander verbunden. Der Äquartorialstrom wurde dadurch nach Norden gelenkt, was ebenso den Golfstrom verstärkte. Somit wurden in weitaus größerem Ausmaße warme und feuchte Luftmassen in höhere Breiten gelenkt, wo sich große zusammenhängende Landmassen befinden. Eine enorme Zunahme der Schneefälle dort begünstigte die Bildung von Inlandeis. Zusätzlich wirkte ein Aufschauklungsprozess, denn die Schneemassen reflektierten einen hohen Anteil des Sonnenlichtes (Albedo).

Änderung der planetaren Wind- und Meereszirkulation

Die zunehmende Vereisung im Nordatlantik verstärkte die Temperatur, und Salzgehaltsgradienten. Passatwinde wurden so auf der Nordhemisphäre verstärkt und ungleich zur Gegenwart in tiefere Breitenlagen abgedrängt. Der Äquatorialstrom verlagerte sich damit auf die Südhemisphäre, der Golfstrom schwächte ab und sorgte in Nordamerika bis etwa Washington D.C. für Taigabedingungen südlich der Gletscher, die in ihrer maximalen Ausdehnung etwa bis New Jersey vordrangen. In Europa endete der Einfluss des Golfstromes in Spanien. Heute reicht er hinauf bis in 55° nördlicher Breite.

Milutin Milankovic und seine Zyklen

Der Belgrader Mathematiker und Astronom Milutin Milankovic (1879-1958) bemerkte, dass die Umlaufbahn der Erde schwankt. Alle 92.500 Jahre, so Milankovic, kommt es zu markanten Abweichungen. Ursache hierfür sind die Bewegungen anderer Planeten, die in ihrer jeweiligen Konstellation durch ihre Gravitation die Erde beeinflussen. Demzufolge schwankt auch der Abstand zwischen Sonne und Erde. Gleichfalls variiert durch die gravitative Wirkung von Sonne und Mond die Rotationsachse der Erde. Diese Periodizität beträgt etwa 22.000 Jahre. Die Milankovic- Zyklen konnten durch Sauerstoffisotopenzyklen als Temperaturindikatoren in Tiefseesedimenten nachgewiesen werden.

Periodische Meeresspiegelschwankungen und die kleine Eiszeit

Ein weiters Moment für eine astronomisch gesteuerte Periodizät von Gletscherzyklen sind periodische Meeresspiegelschwankungen. So stehen die Tiefststände in unserer „geologischen Zeitgeschichte“ für Vergletscherungen. Bei den Höchstständen spiegelt sich in den Zeitabständen zwischen 125.000, 105.000 und 82.000 Jahren eine Periodizität wieder. Größere Zyklen können durch eine Änderung der Erdumlaufbahn erklärt werden, kleinere durch eine Schwankung der Rotationsachse (Äquinoktien). Vor cirka 7.000 Jahren war es weit wärmer als heute und zwischen dem 15. Jahrhundert bis etwa 1850 spricht man von einer kleinen Eiszeit, die strengeren Winter brachte und für kurze, kalte Sommer sorgte. Im gerade ausgehenden Mittelalter führte dies zu starken Ernteausfälle und Hungerperioden, die zusammen mit dem „Schwarzen Tod“ ganze Landstriche entvölkerten.

Sei es die breitenabhängige Land-Meerverteilung und das daraus resultierende Wind- und Strömungsregime, seien es astronomische Ursachen, wie die Milankovic- Zyklen oder die Schwankungen der Strahlungsintensität der Sonne, für die Bildung von Eiszeiten ist sicherlich eine einseitige, losgelöste Betrachtung einzelner Faktoren sinnlos. Ein bestimmtes Zusammenspiel kann diesen Prozess auslösen. Die Feinheiten werden noch nicht verstanden.

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