Eiszeiten

Eiszeitalter sind Perioden der Erdgeschichte, in denen vor allem die Antarktis, in geringerem Maße auch die Arktis vergletschert sind. Somit leben wir seit etwa 2,6 bis 2,7 Millionen Jahren in einem Eiszeitalter.

Mit der Festlegung der Internationalen Stratigraphischen Kommission (International Commission on Stratigraphy, ICS) im Jahre 2005 umfasst das Quartär (aktuelles Eiszeitalter) nunmehr das Holozän, das Pleistozän und die jüngeren Abschnitte des Pliozäns. Mit der Ausgabe 2008 ist das Holozän vom Pleistozän "eingeklammert".

Vor allem seit etwa einer Million Jahren wechseln sich (längere) Kaltzeiten (Glaziale) mit (kürzeren) Warmzeiten (Interglaziale) ab.

Der Mendenhall-Gletscher in Alaska

Eiszeitalter in der Erdgeschichte

Eiszeitalter traten im Lauf der Erdgeschichte mehrfach auf. Die Erde ist, betrachtet man ihre gesamte Geschichte, ein normalerweise weitgehend eis- und frostfreier Planet, auf dem es jedoch periodisch Kältephasen von etwa 15 bis 20 Millionen Jahren Dauer gibt. Während dieser Phasen kam es zur Eisbedeckung an Polen und in Gebirgen, sowie zu Gletschervorstößen bis in mittlere Breiten.

Die frühesten Vereisungsphasen gab es im älteren Präkambrium vor etwa 2,2 Milliarden Jahren und an seinem Ende vor etwa 750 bis 600 Millionen Jahren. Nach der „Schneeball Erde“ genannten Hypothese war die Erde in der jüngeren dieser beiden Vereisungsperioden mehrmals fast komplett von Eis bedeckt.^[1] Die Entwicklung des Lebens wurde demnach durch die großflächige Vergletscherung stark gefährdet. Eventuell wurde aber dadurch die Evolution der Vielzeller, die kurz nach dem Ende dieser Vereisungsphase einsetzte, deutlich beschleunigt. Klimamodelle der frühen Erde unterstützen diese Hypothese, sie ist allerdings weiterhin umstritten.^[2]

Weitere Vereisungen sind aus dem Ordovizium und Silur sowie dem permo-karbonischen Eiszeitalter bekannt. Vor allem die Südkontinente, das alte Gondwana, wurden von den Eisvorstößen dieser Epoche überprägt. Mitteleuropa lag zu dieser Zeit in Äquatornähe und hatte tropisches Klima. Die Verteilungen der Ablagerungen dieser Eiszeit auf verschiedene Kontinente war eines der Argumente für Alfred Wegeners Kontinentaldrift-Hypothese.^[3] Eine kalte Periode in Jura und Kreide, die sich unter anderem aus Temperaturrekonstruktionen ergibt (hellblauer Balken in der Abbildung), hat möglicherweise aufgrund der Konfiguration der Kontinente nicht zu einer Eiszeit geführt.

Temperaturrekonstruktion und Eiszeiten der letzten 500 Millionen Jahre

Name	Dauer (Mio. J.)	System	Ära
Huronisch	2400–2100	Siderium und Rhyacium	Paläoproterozoikum
Cryogenisch (oder Sturtisch-Varangisch)	800–635	Cryogenium	Neoproterozoikum
Anden-Sahara	450–420	Ordovizium und Silur	Paläozoikum
Karoo	360–260	Karbon und Perm	Paläozoikum
	30–heute	Neogen	Känozoikum

Das aktuelle Eiszeitalter

Unser jetziges Eiszeitalter hat vor etwa 2,6–2,7 Millionen Jahren, im Pliozän, begonnen.

Das Eiszeitalter beginnt mit einer langsamen, globalen Abkühlung. Ökologische Auswirkungen der Klimaveränderung machen sich, abhängig von der geographischen Lage, in der Zusammensetzung der Tier- und Pflanzenwelt bemerkbar. Der Abkühlungsprozess des aktuellen Eiszeitalters begann bereits im Paläogen und setzte sich im Neogen fort. Zu Beginn des Quartärs kam es zur Vereisung der beiden Pole. Neben der generellen Absenkung der Durchschnittstemperaturen gibt es innerhalb eines Eiszeitalters relativ plötzliche, in erdgeschichtlichen Maßstäben kurzfristige Klimaschwankungen, die zwischen 100.000 Jahren und wenigen Jahrzehnten dauern können. Die letztgenannten Schwankungen laufen meistens in periodischen Zyklen ab.

Struktur des aktuellen Eiszeitalters

Innerhalb der einzelnen Eiszeitalter gibt es relativ warme und extrem kalte Zwischenphasen. Die Kältephasen eines Eiszeitalters (Kaltzeiten bzw. Glaziale) sind gekennzeichnet durch massive Gletschervorstöße. Sie sind mit etwa 90.000 Jahren deutlich länger als die Wärmephasen (Warmzeiten oder Interglaziale), die nur rund 15.000 Jahre dauern. Warmzeiten beginnen häufig recht plötzlich, während die Abkühlung eher schleichend erfolgt. Dabei verläuft die Klimaveränderung selten gleichmäßig, sondern mit abrupten Änderungen und dazwischenliegenden gegenläufigen Entwicklungen.

Ein gesamter Zyklus von einer Warmzeit zur nächsten dauert derzeit etwas mehr als 100.000 Jahre. Diese Zyklendauer ist allerdings erst seit 600.000 bis 800.000 Jahren gültig. Vor 2,7 Millionen Jahren bis vor etwa 700.000 Jahren lag die Dauer eines Zyklus nur bei etwa 40.000 Jahren. Dieses ist mit der etwa gleich langen Periode, mit der die Schiefe der Ekliptik (Stellung der Erdachse) schwankt, in Verbindung zu bringen. Der aktuell gültige 100.000-Jahre-Zyklus beruht vor allem auf Änderungen der Exzentrizität der Erdbahn. Warum es zu dem Wechsel in der Dauer der Warm-Kaltzeit-Zyklen kam, ist nicht eindeutig geklärt.

Die aktuelle „Nacheiszeit“, in der geologischen Zeitskala als Holozän bezeichnet, ist eine Warmzeit innerhalb eines globalen Eiszeitalters, die seit etwa 11.000 Jahren andauert. Auch in den Wärmephasen eines globalen Eiszeitalters bleibt das Klima im erdgeschichtlichen Vergleich relativ kalt, die Eisbedeckung in der Nähe der Pole und höheren Gebirgen bleibt meistens erhalten. Gletschervorstöße bis in die Mittelbreiten werden aber zurückgebildet, und es kommt dort zu wesentlich gemäßigterem Klima, insbesondere mit milderen Wintern.

Ursachen

Die Ursachen für die Eiszeitalter der Erdgeschichte sind immer noch nicht restlos aufgeklärt. Vor allem bei den älteren Vereisungsperioden im Präkambrium und Paläozoikum sind aufgrund der vergleichbar spärlichen Überlieferung kaum direkte Beobachtungen möglich. Es ist jedoch anzunehmen, dass die im Folgenden anhand der gut bekannten und intensiv studierten Zeugnisse des letzten Eiszeitalters geschilderten Vorgänge und Abläufe in ähnlichem Maße auch auf die anderen Eiszeitalter der Erdgeschichte anzuwenden sind.

Als Ursachen der allgemeinen Abkühlung seit dem Paläogen werden derzeit vor allem Änderungen auf der Erde selbst diskutiert, während die kurzfristigen Klimaschwankungen sich am besten mit periodischen Änderungen der Erdbahnparameter oder mit periodischen Schwankungen der Sonnenaktivität erklären lassen.

Die Suche nach den Ursachen für die zyklisch auftretenden Kalt- und Warmzeiten gehört auch heute noch zu den spannendsten Herausforderungen für die Paläoklimatologie. Sie ist eng mit den Namen James Croll und Milutin Milanković verbunden. Beide hatten Ideen des Franzosen Joseph-Alphonse Adhémar weiterentwickelt, wonach Veränderungen der Erdbahngeometrie für wiederkehrende Kaltzeiten verantwortlich seien.

Irdische Ursachen

Hauptantrieb für die allgemeine Abkühlung im Paläogen und Neogen waren Prozesse der Plattentektonik, das heißt die Verschiebungen der kontinentalen Platten.

Öffnung und Schließung von Meeresstraßen

Durch das Schließen oder Öffnen von Meeresstraßen veränderten sich entscheidend die Meeresströmungen (und damit der Wärmetransport) auf der Erde. So öffnete das Wegdriften Australiens und später Südamerikas von der Antarktis im Oligozän zwei Meeresstraßen (Tasmanische Passage und Drake-Passage). Dadurch konnte sich ein Strömungssystem rund um die Antarktis etablieren. Dieser kalte zirkumantarktische Strom isolierte Antarktika vollständig von warmen Oberflächenwassern. Antarktika kühlte ab und die Bildung einer Eiskappe über dem Kontinent am Südpol wurde vor rund 35 Millionen Jahren eingeleitet. Zuvor waren die Meeresströmungen um die Antarktis stark zum Äquator hin abgelenkt, so dass wärmere Wassermassen den Kontinent erreichen und aufheizen konnten.

Die Bildung einer Landbrücke zwischen Nord- und Südamerika vor 4,2 bis 2,4 Millionen Jahren sorgte für die Umlenkung warmer Meeresströmungen nach Norden und damit auch für die Entstehung des Golfstroms. Der Transport von warmem Wasser in den hohen Norden bewirkte zwar zunächst eine Erwärmung der Nordhalbkugel, stellte aber auch die notwendige Feuchtigkeit bereit, um in Grönland, Nordamerika und Nordeuropa mit der weiteren Abkühlung Gletscher entstehen zu lassen.

Bildung von Hochgebirgen

Durch den Zusammenstoß von Platten kam es ab dem jüngeren Tertiär (Neogen) zu verstärkter Gebirgsbildung. Die Heraushebung von Festland in bedeutende Höhen verändert in erster Linie groß- und kleinräumig die Luftströmungen. Die Entstehung der Faltengebirge, wie etwa der Alpen, der Rocky Mountains oder des Himalayas, die für die Änderung der Zirkulationsmuster in der Atmosphäre sorgte, brachte ebenfalls die notwendige Feuchtigkeit auf die Kontinente, die zur Vergletscherung weiter Teile der Nordhalbkugel beitrugen. Gleichzeitig sind Hochgebirge auch bevorzugte Gebiete der Gletscherentstehung.

Eine Theorie sieht das Hochland von Tibet dabei in einer zentralen Position, da sie von einer nahezu vollständigen Vergletscherung des Hochlandes ausgeht^[4][5]. Über die deutliche Vergrößerung der Albedo führte das weltweit zu einer deutlichen Abkühlung. Die geschlossene Vergletscherung Tibets wird jedoch teilweise abgelehnt^[6]. Änderungen der Albedo über Änderungen in der Dauer der Schneebedeckung des Hochlandes sind allerdings unstrittig.

Weitere irdische Ursachen

In der Kreidezeit und im Paläogen gab es deutlich stärkeren Vulkanismus als im Neogen und Quartär. Da mit jedem Vulkanausbruch eine umfangreiche Freisetzung von Kohlendioxid verbunden ist, war der CO₂-Gehalt der Atmosphäre zu dieser Zeit höher. Dementsprechend stärker wirkte in der Kreide und im Paläogen auch der natürliche Treibhauseffekt der Erde.

Astronomische Ursachen

Erdbahngeometrie

Die Veränderung der Erdbahngeometrie wird durch wechselseitige Gravitationskräfte im System Sonne, Erde, Mond hervorgerufen. Sie ändern die Form der elliptischen Erdbahn (Exzentrizität) um die Sonne mit einer Periode von etwa 100.000 Jahren, die Neigung der Erdachse zur Umlaufbahn mit einer Periode von etwa 40.000 Jahren (Schiefe der Ekliptik), während die Tag-und-Nacht-Gleiche auf der elliptischen Umlaufbahn etwa nach 25.780 Jahren wieder dieselbe Position auf der Ellipse einnimmt (Präzession). Durch diese sogenannten Milanković-Zyklen verändert sich periodisch die Verteilung der Sonnenenergie auf der Erde.

Angeregt durch den deutschen Meteorologen Wladimir Peter Köppen formulierte Milutin Milanković 1941 in seiner Arbeit „Der Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitproblem“ die Hypothese, dass eine Kaltzeit immer dann auftritt, wenn die Sommersonneneinstrahlung in hohen nördlichen Breiten minimal wird. Kühle Sommer sind nach Köppen für den Eisaufbau entscheidender als kalte Winter. Milanković suchte also dort nach den Ursachen für Eiszeiten, wo sie am offensichtlichsten sind, in den hohen nördlichen Breiten.

Die Variationen der Erdbahnparameter (Milanković-Zyklen) waren Auslöser und geeignete Randbedingungen, deren Wirkung aber noch durch andere Faktoren verstärkt wurden. So werden als eine Ursache für den Beginn sowohl der antarktischen wie der nordhemisphärischen Vereisung tektonische Vorgänge und deren Einfluss auf die ozeanische Zirkulation angenommen.^[7] Außerdem spielte der CO₂-Gehalt der Atmosphäre eine wesentliche Rolle, der mit den Temperaturschwankungen eine enge Kopplung aufweist, wie verschiedene Untersuchungen von Eisbohrkernen der Antarktis und Grönlands belegen.^[8] Danach soll die Konzentrationsabnahme des Treibhausgases Kohlendioxid (zusammen mit Methan und Distickstoffoxid) für ca. ein Drittel der Temperaturveränderung zwischen Warm- und Kaltzeit stehen,^[9] nach einer jüngeren Veröffentlichung sogar für die Hälfte.^[10] Andere positive Feedbackprozesse wie die Eis-Albedo-Rückkopplung, die Vegetationsbedeckung und die Variabilität des Wasserdampfgehaltes in der Atmosphäre spielten eine zusätzliche Rolle. Für die Schwankungen innerhalb der Kaltzeiten zwischen sogenannten Stadialen und Interstadialen werden Rückkopplungseffekte im Zusammenhang mit der thermohalinen Zirkulation angenommen.

Aktivitätszyklen der Sonne

In der letzten Kaltzeit gab es zwei Dutzend erhebliche Klima-Umschwünge, bei denen innerhalb nur eines Jahrzehnts die Lufttemperatur über dem Nordatlantik um bis zu zwölf Grad Celsius anstieg. Diese Dansgaard-Oeschger-Ereignisse traten meistens alle 1470 Jahre auf. Diese Periodizität wird mit einer Überlagerung von zwei bekannten Aktivitätszyklen der Sonne von 87 und 210 Jahren zu erklären versucht. Nach 1470 Jahren ist der 210er-Zyklus siebenmal und der 86,5er-Zyklus siebzehnmal abgelaufen.^[11] In der heutigen Warmzeit traten diese Dansgaard-Oeschger-Ereignisse nicht mehr auf, da die schwachen Sonnenschwankungen die stabilen Atlantikströmungen der letzten 10.000 Jahre nicht mehr stören konnten.

Gliederung und Nomenklatur

Probleme der Gliederung

Ursprünglich wurde die Gliederung des aktuellen Eiszeitalters auf der Grundlage terrestrischer (festländischer) Ablagerungen vorgenommen. Man unterschied die einzelnen, übereinander vorkommenden Ablagerungen der verschiedenen Kalt- und Warmzeiten. Probleme traten und treten jedoch mit dem Vergleich und der Korrelation der eiszeitlichen Ablagerungen über weite Entfernungen auf. So ist man sich zum Beispiel bis heute nicht sicher, ob die Ablagerungen der Saaleeiszeit in Norddeutschland und die der Rißeiszeit im Alpenvorland gleichzeitig entstanden. Aus diesem Grunde hat jede Region auf der Erde eine eigene quartärstratigraphische Gliederung erhalten.

Die zahlreichen lokalen Gliederungen mit ihren Eigennamen, die selbst von Fachleuten kaum übersehen werden können, wirken auf Nichtfachleute oft verwirrend. So wird der jüngste kaltzeitliche Eisvorstoß mit seinem Höhepunkt vor etwas mehr als 20.000 Jahren im nördlichen Mitteleuropa als Weichsel-, im nördlichen Alpenraum als Würm-, in Nordrussland als Waldai-, auf den Britischen Inseln als Devensian-, in Nordamerika als Wisconsineiszeit bezeichnet. Auch für ältere Kalt- und Warmzeiten existiert eine Fülle von Lokalnamen.

Eine weitere Schwierigkeit der eiszeitlichen Ablagerungen auf dem Festland besteht darin, dass sie nicht kontinuierlich (ununterbrochen) abgelagert wurden und werden. Vielmehr folgen auf Phasen schneller Sedimentation (so etwa bei Gletschervorstößen) Phasen ohne Sedimentation oder sogar Abtragungsereignisse. In Norddeutschland ist zum Beispiel kein Ort bekannt, an dem alle Geschiebemergel der drei großen Vereisungsphasen zusammen mit den Ablagerungen der dazwischen liegenden Warmzeiten übereinander vorkommen. Die Korrelation muss auch hier über große Entfernungen erfolgen und kann Fehler aufweisen.

Internationale Gliederungen

Die international anerkannte Gliederung des Eiszeitalters beruht daher auf den Eigenschaften von marinen (Meeres-) Ablagerungen. Sie haben den Vorteil, dass sie an günstigen Stellen kontinuierlich abgelagert werden und sowohl die warm- als auch die kaltzeitlichen Ablagerungen enthalten.

Marine Sauerstoff-Isotopen-Stratigraphie

Wichtigstes Hilfsmittel bei der Gliederung des Eiszeitalters sind die Verhältnisse der stabilen Isotope des Sauerstoffs ¹⁶O und ¹⁸O in kalkschaligen Mikroorganismen (Foraminiferen). Da das leichtere Isotop ¹⁶O im Vergleich zum schwereren ¹⁸O bei der Verdunstung angereichert wird, kommt es zu einer isotopischen Fraktionierung des Sauerstoffs. Auf Grund der Speicherung des leichten Isotopes ¹⁶O in den kontinentalen Eismassen während der Kaltzeiten ist der Ozean in dieser Zeit isotopisch schwerer (Eiseffekt).

Rekonstruktion des mittleren Temperaturverlaufs während der letzten 5 Millionen Jahre

Lokal wirken sich die reduzierten Ozeantemperaturen während der Kaltzeiten auch auf das Isotopenverhältnis der Kalkschale der Foraminifere aus, denn diese fraktioniert bei der Kalzifizierung das ¹⁶O/¹⁸O-Verhältnis bei geringeren Temperaturen hin zum schwereren Isotop (Temperatureffekt). Eine erhöhte Verdunstung im Lebensraum der Foraminifere, aber auch ein erhöhter Eintrag von isotopisch leichterem Schmelzwasser führt zu einer Verschiebung des ¹⁶O/¹⁸O-Verhältnisses im Wasser und somit im Gehäuse der Kalkalge (Salinitätseffekt). Aufgrund der Tatsache, dass der Eiseffekt den größten Einfluss und der Temperatureffekt Verschiebungen des ¹⁶O/¹⁸O-Verhältnisses in dieselbe Richtung bewirkt, kann man hieraus eine Stratigraphie für marine Sedimente entwickeln, die marine Sauerstoff-Isotopen-Stratigraphie.

Man hat das komplette Eiszeitalter in 103 Isotopenstadien untergliedert. Ungerade Zahlen werden an Warmzeiten (Interstadiale bzw. Interglaziale) vergeben, gerade hingegen an Kaltzeiten (Glaziale). Die gegenwärtige Warmzeit entspricht dementsprechend dem marinen Sauerstoff-Isotopenstadium 1 (abgekürzt MIS 1 für das international gebräuchliche Marine Isotope Stage 1), der Höhepunkt der letzten Kaltzeit entspricht dem MIS 2.

Magnetostratigraphie

Eine weitere, verbreitete Gliederung geht von den Schwankungen und Umpolungen des Magnetfeldes der Erde aus. Vor etwa 780.000 und 2.580.000 Jahren gab es große Umpolungen des Magnetfeldes. Weiterhin gab es kurze Umpolungsphasen innerhalb der großen Epochen, so zum Beispiel vor 1,77 Millionen Jahren. Findet man Spuren davon, etwa durch die Ausrichtung magnetischer Minerale in eiszeitlichen Ablagerungen, kann man so die Ablagerungen datieren. Diese Methode ist sowohl für festländische als auch für Meeresablagerungen geeignet. Deshalb ist eine von vielen Wissenschaftlern anerkannte Grenze des Eiszeitalters gegen das Pliozän die große Umpolung des Erdmagnetfeldes vor 2,58 Millionen Jahren, die gut mit dem ersten Auftreten von Vergletscherungen auf der Nordhalbkugel übereinstimmt.

Gliederung in Mitteleuropa

In Mitteleuropa werden die Kaltzeiten nach Flüssen benannt, die im Allgemeinen die weiteste Ausdehnung der jeweiligen Eisschilde angeben. In Süddeutschland ging die Vereisung von den Alpengletschern aus, in Norddeutschland kam das Eis aus dem skandinavischen Raum. Es ist, mit Ausnahme der jüngsten Kaltzeit nicht gesichert, ob die Vergletscherungen im Alpenraum und in Norddeutschland wirklich synchron abliefen. Daher können die angeführten Werte mit weiterer Forschung durchaus verändert werden. Der Begriff Eiszeit anstelle des heute bevorzugten Kaltzeit ist aber in Deutschland nach wie vor gebräuchlich.

Die Kaltzeiten oder Glaziale des Quartärs

Alpenraum (Namensgeber)	Norddeutschland (Namensgeber)	Zeitraum (Tsd. Jahre)
Biber-Kaltzeit (Biber)	Brüggen-Kaltzeit	ca. 2200
Donau-Kaltzeit (Donau)	Eburon-Kaltzeit	ca. 1400
Günz-Kaltzeit (Günz)	Menap-Kaltzeit	640–540
Mindel-Kaltzeit (Mindel)	Elster-Kaltzeit (Weiße Elster)	475-370[12]
Riß-Kaltzeit (Riß)	Saale-Kaltzeit (Saale)	230–130
Würm-Kaltzeit (Würm)	Weichsel-Kaltzeit (Weichsel)	115–10

Auswirkungen auf die Erde

Vergletscherungen

Minimale (Warmzeit, schwarz) und maximale (Kaltzeit, grau) Vereisung der Nordhemisphäre

Minimale (Warmzeit, schwarz) und maximale (Kaltzeit, grau) Vereisung der Südhemisphäre

Während der Kaltzeiten des aktuellen Eiszeitalters breiteten sich die Inlandeisschilde und die Gebirgsgletscher stark aus und bedeckten schließlich etwa 32 % der festen Erdoberfläche. Heute werden nur etwa 10 % der Landoberflächen von Gletschern bedeckt. Vor allem auf der Nordhalbkugel der Erde waren große Teile Europas, Asiens und Nordamerikas vergletschert. Die Spuren der Vereisungen (z. B. Trogtäler, Moränen, Gletscherschliffe, die Glaziale Serie) sind dort bis heute allgegenwärtig.

Die Veränderung des Inlandeises der Antarktis war während des Eiszeitalters im Vergleich zur Arktis nicht so dramatisch. Einerseits wird angenommen, dass dieses darauf zurückzuführen ist, dass der Eisaufbau auf dem Land und flachen Schelfen der Nordhemisphäre effektiver ist als in zirkumantarktischen Ozeangebieten. Andererseits ist auch heute die Antarktis nahezu vollständig vergletschert. Eine Vergrößerung des Eisschildes war also dort nur begrenzt möglich. Eine Ausdehnung des Eisschildes wird im Wesentlichen auf die Absenkung des Meeresspiegels zurückgeführt.

Dass die heutigen Gletscher der Alpen oder Skandinaviens Reste der letzten Vereisung sind, wird vielfach angenommen, ist aber falsch. Vielmehr war Europa auf dem Höhepunkt der Nacheiszeit (Holozän) vor ungefähr 7000 Jahren völlig eisfrei. Die meisten europäischen Gletscher sind erst danach wieder entstanden und demnach ziemlich jung und höchstens 6000 Jahre alt. Ihr Umfang schwankte in den letzten Jahrtausenden zudem stark.

Meeresspiegel

Durch die Bildung kontinentaler Eismassen wurde den Meeren massiv Wasser entzogen. Während des Höhepunktes der jüngsten Eiszeit lag der Meeresspiegel um 120 bis 130 m tiefer als heute. Dadurch entstanden zahlreiche Landbrücken. Nebenmeere und Flachmeere wie die Nordsee fielen teilweise oder vollständig trocken. Große Bedeutung erlangte die Landbrücke über die heutige Beringstraße, die Nordasien mit Nordamerika verband. Der Austausch zahlreicher Tier- und Pflanzenarten sowie älteren Theorien nach die menschliche Besiedlung des amerikanischen Kontinentes erfolgte über diese Landbrücke.

Klima und Atmosphäre

Während der Eiszeiten fiel, global gesehen, auf Grund der gesunkenen Temperaturen deutlich weniger Niederschlag als während der Warmzeiten. Die Niederschlagsänderungen während der Kaltzeiten fielen regional und zonal jedoch sehr unterschiedlich aus. Während es in den hohen und mittleren Breiten eher trockener wurde, gab es in den Subtropen deutliche Feuchtphasen. Die randtropischen Wüsten waren auch zu dieser Zeit extrem trocken, während die Fläche der feuchten Tropen zu dieser Zeit deutlich geringer war. Das verfügbare Wasserangebot in den hohen und den Mittelbreiten war aber während der Eiszeiten zum Teil höher als heute, da auf Grund der gesunkenen Temperaturen und des deshalb fehlenden Waldes die Verdunstung deutlich geringer war.

Das Letzte Glaziale Maximum (LGM) war vor etwa 21.000 Jahren. Die globale Durchschnittstemperatur lag etwa 5 bis 6 K niedriger als heute. Aufgrund der Gaseinschlüsse in polaren Eis weiß man, dass die atmosphärische Konzentration der Treibhausgase Kohlendioxid (CO₂) nur 70 % und Methan (CH₄) nur 50 % des vorindustriellen Wertes betrug (CO₂ im LGM: 200 ppmv, vorindustriell: 288 ppmv, heute (2005): 381 ppmv; CH₄ im LGM: 350 ppbv, vorindustriell: 750 ppbv, heute: 1750 ppbv).

Während der Endphasen der einzelnen Eiszeiten stieg auf Grund der natürlichen Zunahme der Sonneneinstrahlung zuerst die globale Temperatur an und danach folgte, als Reaktion auf diesen initialen Anstieg, der Gehalt der Treibhausgase CO₂ und Methan. Der zeitliche Versatz beträgt einige hundert Jahre. Das gleiche gilt auch für Abkühlungsphasen, bei denen jede Abkühlung ein Absinken der Gaskonzentration nach sich zieht. Dabei steuert die Temperaturentwicklung die Konzentrationen in einer eindeutig proportionalen Abhängigkeit: die Kurvenverläufe von CO₂ und Methan folgen der Temperaturkurve mit dem genannten zeitlichen Versatz fast kongruent^[13]. Diese Kongruenz der Verläufe über der Zeit ist eindeutig und weist keine Unstetigkeiten oder Kipp-Situationen auf, so dass im betrachteten Zeitraum der Zusammenhang: Sonne – Erdtemperatur als dominierend erscheint.

Es wird jedoch auch über eine von diesem Zusammenhang abweichende Theorie diskutiert: Die Freisetzung der Treibhausgase führte über Rückkopplungsprozesse zu einer Beschleunigung der Erwärmung und einer weiteren Freisetzung der Treibhausgase, bis sich schließlich Gleichgewichtszustände einstellten und sowohl das Klima als auch die Treibhausgaskonzentrationen in den Warmzeiten relativ stabil blieben. Dieser Mechanismus einer natürlichen Erwärmung könnte auch bei der aktuellen globalen Erwärmung eine Rolle spielen, da ein Ansteigen des Gehaltes an Treibhausgasen auf Grund der menschlichen Aktivität durch diesen Effekt möglicherweise verstärkt wird und die globale Temperatur weiter ansteigt. Die Einstrahlung der Sonne spielt nach Ansicht vieler Wissenschaftler bei der aktuellen Erwärmung nur eine untergeordnete Rolle.^[14]

Lebenswelt

Das Wollhaarmammut (Mammuthus primigenius) ist eines der Charaktertiere der Eiszeit auf der Nordhalbkugel der Erde.

Die Klimaschwankungen des Eiszeitalters hatten erhebliche Auswirkungen auf die Fauna und Flora ihrer Zeit. Mit den Abkühlungen und Wiedererwärmungen wurden die dem entsprechenden Klima angepassten Lebewesen zu einer Verlagerung ihrer Lebensräume gezwungen. Zahlreiche Tier- und Pflanzenarten konnten deshalb große Räume nicht wieder besiedeln oder starben ganz aus. Dieser Effekt war in Afrika und Europa, wo das Mittelmeer und die von Ost nach West verlaufenden Gebirgszüge Hindernisse für die Wanderung der Arten darstellten, deutlich größer als in Nordamerika und Ostasien.

Charakteristisch für das Eiszeitalter waren Tiere wie Mammuts, Mastodonten, Saigas, Säbelzahnkatzen, Höhlenlöwen, Höhlenbären und weitere Formen. Auch lebten Homo heidelbergensis, der aus ihm hervorgegangene Neandertaler und der vor rund 40.000 Jahren aus Afrika zugewanderte moderne Mensch (Homo sapiens) während der Kaltzeiten in Europa.

Einzelnachweise

1. ↑ Paul F. Hoffman, u. a.: A Neoproterozoic Snowball Earth. In: Science. Bd. 281. 1998, Nr. 5381, S. 1342–1346. ISSN 0036-8075
2. ↑ N. Eyles, N. Januszczak: Zipper-rift’ – A tectonic model for Neoproterozoic glaciations during the breakup of Rodinia after 750 Ma. In: Earth-Science Reviews. Amsterdam 65.2004, 1–2, 1–73. ISSN 0012-8252
3. ↑ Alfred Wegener: Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. Braunschweig 1929, S. 135 f. (4. Aufl., online)
4. ↑ Kuhle, M. (1998): Reconstruction of the 2.4 Million qkm Late Pleistocene Ice Sheet on the Tibetan Plateau and its Impact on the Global Climate. Quaternary International 45/46, 71–108 (Erratum: Vol. 47/48:173–182 (1998) included)
5. ↑ Kuhle, M. (2004): The High Glacial (Last Ice Age and LGM) ice cover in High and Central Asia. Development in Quaternary Science 2c (Quaternary Glaciation – Extent and Chronology, Part III: South America, Asia, Africa, Australia, Antarctica, Eds: Ehlers, J.; Gibbard, P. L.), 175–199
6. ↑ Lehmkuhl, F. (1998): Extent and spatial distribution of Pleistocene glaciations in Eastern Tibet – Quaternary International 45/46:123–134.
7. ↑ Haug, G., R. Tiedemann und R. Zahn (2002): Vom Panama-Isthmus zum Grönlandeis, Spektrum der Wissenschaft Dossier 1/2002, 50–52
8. ↑ neuerdings über die letzten 800.000 Jahre: Dieter Lüthi, Martine Le Floch, Bernhard Bereiter, Thomas Blunier, Jean-Marc Barnola, Urs Siegenthaler, Dominique Raynaud, Jean Jouzel, Hubertus Fischer, Kenji Kawamura und Thomas F. Stocker (2008): High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000–800,000 years before present, in: Nature, Vol. 453, S. 379–382, online
9. ↑ IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 6.4.1 und Figure 6.5
10. ↑ Hansen, J. et al. (2008): Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim?
11. ↑ Holger Braun, Marcus Christl, Stefan Rahmstorf u. a.: Possible solar origin of the 1,470-year glacial climate cycle demonstrated in a coupled model. in: Nature. Vol. 438. 2005, S. 208–211. doi:10.1038/nature04121 ISSN 0028-0836
12. ↑ K. A. Habbe: Das deutsche Alpenvorland. In: H. Liedtke, J. Marcinek (Hrsg.): Physische Geographie Deutschlands. Gotha/Stuttgart 2002, S.606.
13. ↑ Monnin, Petit und andere
14. ↑ Ruddiman 2002, s. Literatur

Siehe auch

• Klimageschichte
• Kleine Eiszeit
• Periglazial
• Glaziologie
• Globales Förderband

Literatur

• Edmund Blair Bolles: Eiszeit. Wie ein Professor, ein Politiker und ein Dichter das ewige Eis entdeckten. Argon, Berlin 2000. ISBN 3-870-24522-0 (Zur Forschungsgeschichte, insb. Louis Agassiz, Charles Lyell und Elisha Kent Kane)
• J. Ehlers & P.L. Gibbard: The extent and chronology of Cenozoic global glaciation. Quaternary International, 164-165, 6-20. 2007. doi:10.1016/j.quaint.2006.10.008
• Wolfgang Fraedrich: Spuren der Eiszeit – Landschaftsformen in Europa. Springer, Berlin 2006. ISBN 3-540-61110-X
• Hansjürgen Müller-Beck: Die Eiszeiten. Naturgeschichte und Menschheitsgeschichte. Beck, München 2005. ISBN 3-406-50863-4 (Knappe Einführung)
• Josef Klostermann: Das Klima im Eiszeitalter. Schweizerbart, Stuttgart 1999. ISBN 3-510-65189-8
• William Ruddiman: Earth’s climate, past and future. New York 2002. ISBN 0-716-73741-8 (englisch)
• Christian-Dietrich Schönwiese: Klima im Wandel. Tatsachen, Irrtümer, Risiken. Deutsche Verlagsanstalt, Stuttgart 1992. ISBN 3-421-02764-1
• Roland Walter: Erdgeschichte – Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. 5. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin/New York 2003. ISBN 3-11-017697-1

Weblinks

• NASA Earth Observatory Paleoclimatology (Allgemeine Informationen zum Paläoklima)
• Paläoklima-Programm der NOAA
• Subcommission on Quaternary Stratigraphy (Globale Korrelationstabelle für das Quartär)
• Deuqua – Deutsche Quartärvereinigung e. V.
• Eiszeit – Gletscherzeit – Zur Fernsehsendung planet-wissen des WDR