Eiszeitalter

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Die Klimageschichte der Erde. Die Buchstaben „E“ zeigen die Eiszeitalter an.

Ein Eiszeitalter, auch Eiszeit genannt, ist ein Abschnitt der Erdgeschichte, in denen mindestens ein Pol der Erde vergletschert ist.[1] Nach einer anderen Definition ist von einem Eiszeitalter erst dann zu reden, wenn es sowohl auf der Nordhalbkugel als auf der Südhalbkugel zu ausgedehnten Vergletscherungen kommt.[2]

Nach der ersten Definition befindet sich die Erde seit etwa 30 Millionen Jahren im aktuellen Känozoischen Eiszeitalter, da seit dieser Zeit die Antarktis vergletschert ist. Nach der zweiten, engeren Definition begann das derzeitige Eiszeitalter erst vor etwa 2,7 Millionen Jahren, als auch die Arktis vergletscherte. Sie entspräche damit annähernd dem geologischen Zeitabschnitt Quartär.

Es gab in der bisherigen Erdgeschichte, je nach Definition, etwa vier bis sieben Eiszeitalter. Jedes davon umfasst einen Zeitraum von mehreren Hunderttausend bis mehreren Millionen Jahren. Zwischen ihnen liegen unterschiedlich lange Zeiten mit Warmklima.

Eiszeit und Eiszeitalter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Begriff Eiszeit wurde 1837 von Karl Friedrich Schimper eingeführt,[3] der sich dabei zunächst auf das ganze Quartär bezog. Nach der Entdeckung des Wechsels mehrerer aufeinanderfolgender Warm- und Kaltzeiten wurde das Wort einerseits weiterhin für das Eiszeitalter als ganzes verwendet, andrerseits auch als Bezeichnung für die einzelnen Kaltzeiten (Glaziale).

Ein Eiszeitalter umfasst sowohl die Kaltzeiten als auch die dazwischen liegenden Warmzeiten (Interglaziale). Das jüngste, bis in die Gegenwart reichende känozoische Eiszeitalter umfasst das gesamte Quartär, während die letzte Kaltzeit, die im Alpenraum auch als Würm-Kaltzeit, in Nordeuropa als Weichsel-Kaltzeit benannt ist, seit etwa 11.700 Jahren abgeschlossen ist. Erdgeschichtlich ist dieses jüngste Eiszeitalter noch nicht beendet, da das Holozän nur eine weitere Warmzeit innerhalb des känozoischen Eiszeitalters ist, das durch fortdauernde polare Eiskappen definiert ist. In der geologischen Terminologie wird das Pleistozän jedoch oft synonym für das jüngste Eiszeitalter verwendet, während das Holozän als „nacheiszeitlich“ bezeichnet wird.

 Klima 
 Warmklima (Erdpole unvergletschert) 

 Eiszeitalter (Erdpole vergletschert) 
 Warmzeit (Interglazial) 

Interstadial (?)


   

Stadial



 Kaltzeit (Glazial) 

Interstadial


   

Stadial



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Eiszeitalter in der Erdgeschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Temperaturverlaufsrekonstruktion und Eiszeiten der letzten 500 Millionen Jahre

Eiszeitalter traten im Lauf der Erdgeschichte mehrfach auf. Die Erde ist, betrachtet man ihre gesamte Geschichte, ein weitgehend eisfreier Planet, auf dem es jedoch in Abständen Kältephasen gab. Während dieser Phasen kam es zur Eisbedeckung an den Polen und in den Gebirgen sowie in Europa und Nordamerika während der letzten Kaltzeiten 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 (Cryogenium). Nach der „Schneeball Erde“-Hypothese war die Erde während der jüngeren dieser beiden Perioden mehrmals fast komplett von Eis bedeckt.[4] Die Entwicklung des Lebens wurde durch die großflächige Vergletscherung stark gefährdet. Eventuell wurde aber die Evolution der Vielzeller, die kurz nach dem Ende dieser Vereisung einsetzte, deutlich beschleunigt. Klimamodelle der frühen Erde unterstützen diese Hypothese; sie ist allerdings weiterhin umstritten.[5]

Weitere Vereisungen sind aus dem Ordovizium und Silur (Anden-Sahara- bzw. Hirnantische Vereisung) sowie dem permo-karbonischen Eiszeitalter bekannt. Vor allem der südlich des Äquators liegende Großkontinent Gondwana wurde von den Eisvorstößen dieser Epochen überprägt. Mitteleuropa befand sich zu dieser Zeit in Äquatornähe und besaß ein tropisches Klima. Die Verteilung der Ablagerungen dieser Eiszeitalter auf verschiedenen Kontinentalplatten war eines der Argumente für Alfred Wegeners Kontinentaldrift-Hypothese.[6] 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 Vereisung geführt.

Name Beginn vor Mio. J. Dauer in Mio. J. Äon Ära Periode Kontinente
Huronische Eiszeit 2400 300 Proterozoikum Paläoproterozoikum Siderium, Rhyacium
Sturtische Eiszeit 735 35 Proterozoikum Neoproterozoikum Cryogenium
Marinoische Eiszeit 650 15 Proterozoikum Neoproterozoikum Cryogenium
Gaskiers-Eiszeit[7] 582 2 Proterozoikum Neoproterozoikum Ediacarium
Anden-Sahara-Eiszeit 450 30 Phanerozoikum Paläozoikum Ordovizium, Silur
Karoo-Eiszeit /
Permokarbonisches Eiszeitalter
360 100 Phanerozoikum Paläozoikum Karbon, Perm
Känozoisches Eiszeitalter[8]
(bzw. Quartäres Eiszeitalter[9])
33,5
(2,6)
bisher 33,5
(bisher 2,6)
Phanerozoikum Känozoikum Paläogen, Neogen, Quartär
(Quartär)
Summe Eiszeiten in den letzten 2400 Mio. Jahren: 515
(485)

Ursachen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Ursachen für die Eiszeitalter der Erdgeschichte sind noch nicht gesichert geklärt. Vor allem bei den älteren Vereisungsperioden im Präkambrium und Paläozoikum sind aufgrund der vergleichbar spärlichen Überlieferung kaum direkte Beobachtungen möglich. Es wird jedoch angenommen, dass die im Folgenden geschilderten Vorgänge, die auf den gut bekannten und intensiv studierten Zeugnissen des derzeitigen Eiszeitalters beruhen, in ähnlicher Weise auch auf die anderen Eiszeitalter der Erdgeschichte anzuwenden sind.

Irdische Ursachen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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Der angenommene Hauptantrieb für die allgemeine Abkühlung im Paläogen und Neogen war die Plattentektonik, das heißt die Verschiebungen der kontinentalen Platten.

Öffnung und Schließung von Meeresstraßen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch den Zusammenstoß von Platten kam es ab dem jüngeren Tertiär (Neogen) zu verstärkter Gebirgsbildung. Die Anhebung 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 Himalaya, 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.[10][11] Die deutliche Vergrößerung der Albedo (Rückstrahlvermögen) im Bereich des Tibetplateaus (etwa 30-40° nördlicher Breite) führte aufgrund der strahlungsgünstigen Lage zu einer Abkühlung der Atmosphäre und damit zu einem globalen Temperaturrückgang von etwa 5 °C. Dies begünstigte die Bildung von Flachlandgletschern in skandinavischen und nordamerikanischen Regionen, was zu einem Selbstverstärkungseffekt führt, wodurch Tibets Eisfläche weiter anwuchs und seine Auslassgletscherzungen durch die Randgebirge des Plateaus hindurch bis auf ca. 1000–2000 m über dem Meer hinabgeflossen sind (Glazial). Aufgrund des Milanković-Zyklus erhöhte sich die Temperatur und führte zu einem Anstieg der Schneegrenze von knapp 500 m – dies und die glazialisostatische Absenkung des Plateaus leitete nach Matthias Kuhle das Abschmelzen der Flachlandgletscher und der Auslassgletscherzungen des Tibeteises ein und bedingte eine Verringerung der globalen Albedo und damit eine Wiedererwärmung (Interglazial). Allerdings wird die geschlossene Vergletscherung Tibets teilweise abgelehnt, da sich, wie ein Autor meint, die glazialen Erosions- und Akkumulationsformen nur auf höhere Gebiete Tibets erstrecken.[12] Änderungen der Albedo über Änderungen in der Dauer der Schneebedeckung des Hochlandes sind allerdings unstrittig.

Weitere irdische Ursachen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Große Vulkanausbrüche können das Erdklima stark beeinflussen.

In der Kreidezeit und im Paläogen gab es deutlich stärkeren Vulkanismus als im Neogen und Quartär. Da mit jedem Vulkanausbruch große Mengen von Kohlendioxid freigesetzt werden, 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der britische Astronom Fred Hoyle schlug als mögliche astronomische Ursache für Eiszeitalter die Durchquerung interstellarer Wolken vor.[13]

Das aktuelle Eiszeitalter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Känozoisches Eiszeitalter

Vergletscherungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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.

Während der aktuellen Nacheiszeit (Holozän) schwankte das Ausmaß der Vergletscherung stark. Nachdem während einer Kältephase gegen Ende der Jüngeren Dryaszeit viele Gletscher vorgerückt waren, kam es im frühen Holozän zu einem Rückgang, einige Gletscher verschwanden. Dies gilt für die Zeit vor ungefähr 7000 Jahren auf dem Höhepunkt der Nacheiszeit (Holozän) für viele Gletscher in Island und wahrscheinlich einige der skandinavischen Halbinsel. In den Alpen waren zu der Zeit die meisten Gletscher wohl kleiner als gegen Ende des 20. Jahrhunderts. Dass die heutigen Gletscher der Alpen oder Skandinaviens Reste der letzten Vereisung sind, wird vielfach angenommen, gilt aber demnach für viele nicht, sie sind höchstens 6000 Jahre alt. Viele Gletscher erreichten ihre maximale Ausdehnung vor einigen hundert Jahren.[14]

Der Meeresspiegel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch die Bildung kontinentaler Eismassen wurde den Meeren massiv Wasser entzogen. Während des Höhepunktes des jüngsten Eiszeitalters 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 die menschliche Besiedlung des amerikanischen Kontinentes erfolgte über diese Landbrücke.

Klima und Atmosphäre[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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 polarem Eis weiß man, dass der atmosphärische Anteil der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) nur 70 % und Methan (CH4) nur 50 % des vorindustriellen Wertes betrug (CO2 im LGM: 200 ppmv, vorindustriell: 288 ppmv, heute (2017): 404 ppmv; CH4 im LGM: 350 ppbv, vorindustriell: 750 ppbv, heute: 1800 ppbv).

Während der Endphasen der einzelnen Eiszeiten stieg infolge einer natürlichen Zunahme der Sonneneinstrahlung zuerst die globale Temperatur und danach, 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 jeder Abkühlung ein Absinken der Gasgehalte folgt. Dabei steuert der Temperaturgang den Gasgehalt in einer eindeutig proportionalen Abhängigkeit: die Kurvenverläufe von CO2 und Methan folgen der Temperaturkurve mit dem genannten zeitlichen Versatz fast kongruent.[15][16] 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 bei der aktuellen Erwärmung nur eine untergeordnete Rolle.[17]

Lebenswelt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Wollhaarmammut ist eines der Charaktertiere des letzten Eiszeitalters auf der Nordhalbkugel.

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.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Eiszeitalter – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Fußnoten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Hans Murawski & Wilhelm Meyer: Geologisches Wörterbuch. 11. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, München 2004, ISBN 3-8274-1445-8
  2. John Imbrie & Katherine Palmer Imbrie: Ice Ages: Solving the Mystery. Enslow Publishers, Short Hills (NJ) 1979, ISBN 978-0-89490-015-0.
  3. Tobias Krüger: Die Entdeckung der Eiszeiten. Internationale Rezeption und Konsequenzen für das Verständnis der Klimageschichte. Basel 2008, ISBN 978-3-7965-2439-4, S. 213 ff.
  4. Paul F. Hoffman, Alan J. Kaufman, Galen P. Halverson & Daniel P. Schrag: A Neoproterozoic Snowball Earth. In: Science. Vol. 281, No. 5381, 28. August 1998, S. 1342–1346, doi:10.1126/science.281.5381.1342
  5. Nicholas Eyles & Nicole Januszczak: „Zipper-rift“: A tectonic model for Neoproterozoic glaciations during the breakup of Rodinia after 750 Ma. In: Earth-Science Reviews. Vol. 65, Issues 1–2, März 2004, S. 1–73, doi:10.1016/S0012-8252(03)00080-1 (PDF)
  6. Alfred Wegener: Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. Vierte umgearbeitete Auflage. Braunschweig 1929, S. 135 f.
  7. Guy Narbonne: The Gaskiers glaciation as a significant divide in Ediacaran history and stratigraphy. Vortrag beim 33rd International Geological Congress. 2008
  8. New data illuminates Antarctic ice cap formation. In: insciences. 13. September 2009
  9. Felix Gradstein, James Ogg & Alan Smith: A Geologic Time Scale 2004. Cambridge University Press, New York 2004, ISBN 978-0-521-78673-7, S. 412.
  10. Matthias Kuhle: Reconstruction of the 2.4 Million qkm Late Pleistocene Ice Sheet on the Tibetan Plateau and its Impact on the Global Climate. In: Quaternary International. Vol. 45/46, S. 71–108, doi:10.1016/S1040-6182(97)00008-6
  11. Matthias Kuhle: The High Glacial (Last Ice Age and LGM) ice cover in High and Central Asia. In: Jürgen Ehlers & Philip L. Gibbard (Hrsg.): Quaternary Glaciation – Extent and Chronology. Part III: South America, Asia, Africa, Australia, Antarctica. Elsevier, 2004, ISBN 0-08-047408-X, S. 175–199
  12. Frank Lehmkuhl: Extent and spatial distribution of Pleistocene glaciations in Eastern Tibet. In: Quaternary International. Vol. 45/46, 1998, S. 123–134, doi:10.1016/S1040-6182(97)00010-4
  13. Fred Hoyle: A Life in Science. Cambridge University Press, 2011, ISBN 978-1-139-49595-0, S. 64 (books.google.de).
  14. P. Thompson Davis, Brian Menounos & Gerald Osborn: Holocene and latest Pleistocene alpine glacier fluctuations: a global perspective. In: Quaternary Science Reviews. Band 28, 2009, S. 2021–2033, doi:10.1016/j.quascirev.2009.05.020.
  15. Jean-Robert Petit, Jean Jouzel, Dominique Raynaud et al.: Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica. In: Nature. Vol. 399, 3. Juni 1999, S. 429–436, doi:10.1038/20859 (PDF)
  16. Eric Monnin, Andreas Indermühle, André Dällenbach, Jacqueline Flückiger, Bernhard Stauffer, Thomas F. Stocker, Dominique Raynaud & Jean-Marc Barnola: Atmospheric CO2 Concentrations over the Last Glacial Termination. In: Science. Vol. 291, No. 5501, 5. Januar 2001, S. 112–114, doi:10.1126/science.291.5501.112
  17. William Ruddiman: Earth’s climate, past and future. New York 2002, ISBN 0-7167-3741-8