Quartärforschung

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Die Quartärforschung betreibt systematisch Untersuchungen zum erdgeschichtlichen Zeitabschnitt des Quartärs bzw. der jüngsten geologischen Periode. Diese Periode ist gekennzeichnet durch eine Serie von Vergletscherungen bzw. Eiszeiten, die sich abwechseln mit relativ warmen, interglazialen Zeitabschnitten, wie dem gegenwärtigen Holozän. Die Erforschung des Quartärs hatte ihren Ursprung im späten 18. Jahrhundert, wobei sie sich erst im 19. Jahrhundert zusammen mit der Paläontologie etablierte. Wie in vielen anderen Wissenschaftszweigen kämpften auch die frühen Pioniere der Quartärforschung mit der Überwindung festgefahrener Ideen und Vorstellungen früherer Gelehrter. Die moderne Quartärforschung ist stark interdisziplinär geprägt und integriert Informationen aus verschiedenen Wissenschaften (u. a. Klimatologie, Geologie, Ozeanographie, aber auch aus der Archäologie oder Anthropologie). Die Anwendung all dieser Ansätze zur Erklärung der quartären geologischen Archive hat seit Beginn des 20. Jahrhunderts maßgeblich dazu beigetragen, wie die jüngere Erdgeschichte heute interpretiert wird.

Geschichte der Quartärforschung und geologische Einordnung

Der Geologe Charles Lyell als einer der Mitbegründer der Quartärforschung

Der Begriff Quartär wurde geprägt vom italienischen Bergbauingenieur Giovanni Arduino (1714–95). Er unterschied vier geologische Ordnungen, die die gesamte Erdgeschichte beinhalteten: Primär, Sekundär, Tertiär und Quartär.[1] Diese vier „Schichten“, die übereinander zu liegen schienen, manifestierten sich in Italien regional unterschiedlich. So unterschied Arduino die Glimmerschiefer der Atesinischen Alpen im Norden Italiens (Primär), das Sekundär als die fossilreichen Ablagerungen der Südlichen Kalkalpen, das Tertiär als die fossilreichen Sedimentgesteine der Täler und das Quartär mit den Schottern der Po-Ebene.[2] Der Begriff Quartär wurde danach erst wieder im Jahr 1829 vom französischen Geologen Jules Desnoyers aufgegriffen, um die tertiären von den jüngeren Ablagerungen im Pariser Becken zu unterscheiden.[3] Der Begriff Quartär wurde kurze Zeit später im Jahr 1833 vom Franzosen Henri Reboul dahin gehend beschrieben, dass die quartären Schichten die rezente Flora und Fauna aufweisen.[4]

Der erdgeschichtliche Zeitabschnitt des Quartärs ist gegenwärtig in die geochronologischen Epochen des Pleistozäns und des Holozäns unterteilt. Die begriffliche Geschichte dieser Zeitabschnitte ist ebenfalls eine sehr schwierige gewesen. Der Begriff Pleistozän wurde 1839 durch den schottischen Geologen Charles Lyell geprägt.[5] Lyell definierte das Pleistozän als jüngste geologische Ära. Als sich die Theorie der Gletscherentstehung etablierte, wurde im Jahr 1846 das Pleistozän von Edward Forbes mit dem Zeitalter der Gletscher (Glacial epoch) gleichgesetzt.[6] Moriz Hoernes führte 1853 den Begriff des Neogens ein[7] und bildete damit das übergeordnete System zu Lyells Miozän und Pliozän. Darauf folgend spezifizierte Lyell im Jahr 1873, dass der Begriff Pleistozän „strictly synonymous with post-Pliocene“ („streng synonym zu Postpliozän“) verwendet werden sollte. In derselben Publikation trennte Lyell explizit das Pleistozän (Glazial) von der gegenwärtigen Zeit (Postglazial). Paul Gervais ersetzte kurze Zeit später (1867–69) den Begriff gegenwärtig durch Holozän.[1]

Demzufolge bestand zum Ende des 19. Jahrhunderts bereits die stratigraphische Nomenklatur des Quartärs. Allerdings wusste niemand, wann das Tertiär endete und das Quartär begann. In der Geologie werden zu diesem Zweck Typlokalitäten bestimmt, die Grenzen zwischen unterschiedlichen stratigraphischen Einheiten bilden. Während des 18th International Geological Congress in London im Jahr 1948 wurde beschlossen, eine solche Typlokalität für die Pliozän-Pleistozän-(Tertiär-Quartär)-Grenze zu finden. Nach knapp drei Jahrzehnten wurde im Jahr 1985 an der Lokalität Vrica in Kalabrien ein solches stratigraphisches Referenzprofil festgelegt und ursprünglich auf ca. 1,64 Millionen Jahre datiert.[8][9] Eine Altersbestimmung wurde erst durch die Weiterentwicklung radiometrischer Datierungsmethoden ermöglicht und ist damit zentraler Bestandteil der Quartärforschung.

Die Entdeckung pleistozäner Säugetiere

Georges Cuvier als Verfechter der Kataklysmentheorie und Begründer der Paläontologie

Die Forschungszweige, die zur heute anerkannten modernen Quartärforschung führten, waren sehr vielfältig und die Erkenntnisse stammten aus einer großen Vielfalt verschiedener Disziplinen. Eine dieser Disziplinen war die Wirbeltierpaläontologie. Wie in vielen anderen Wissenschaftszweigen führte eine zentrale Entdeckung zur Begründung einer neuen, eigenständigen Forschungslinie. Eine solche Entdeckung erfolgte am Big Bone Lick, einem Fundort am Ohio River in Kentucky (USA).[10] Dies war die erste bedeutende Fossillagerstätte in der Neuen Welt, die Europäern bekannt war. Baron Charles de Lougueuil, der Kommandant einer französischen Militärexpedition, war vermutlich der erste Europäer, der diese Fundstätte im Jahr 1739 besuchte.[11] Er sammelte Fossilien des Amerikanischen Mastodons, die später von den französischen Naturforschern Louis Jean-Marie Daubenton, Georges-Louis Leclerc de Buffon und Georges Cuvier untersucht wurden. Cuvier veröffentlichte 1825 eine Beschreibung der Überreste des Big Bone Lick Mastodons.[12] Davon inspiriert, sowie von anderen pleistozänen Fossilfunden, entwickelte Cuvier die Theorie einer globalen Abkühlung, die zum Aussterben dieser Lebewesen führte.

Der Fund eines Amerikanischen Mastodons leitete die Entdeckung der Kaltzeiten ein

Im Jahr 1803 erstanden die USA das Territorium Louisianas von den Franzosen. Dieses Territorium umfasse eine Größe von mehr als zwei Millionen Quadratkilometern, das vom Mississippi bis zu den Rocky Mountains reichte. Als der damalige Präsident der Vereinigten Staaten Thomas Jefferson die Forscher Meriwether Lewis und William Clark aussandte, um dieses neue amerikanische Gebiet zu erkunden und zu kartieren, erwartete er möglicherweise die Entdeckung einiger lebender Exemplare des Mastodons bzw. anderer großer pleistozäner Säugetiere. Thomas Jefferson war ein begeisterter Naturforscher und zeigte großes Interesse an den fossilen Knochenfunden von Big Bone Lick.[13] Im Jahr 1807 beauftragte Thomas Jefferson den Entdecker William Clark im Anschluss an die Lewis-und-Clark-Expedition zu einer umfassenden Grabungskampagne am Big Bone Lick, die etwa 300 Exemplare unterschiedlichster Fossilien zum Vorschein brachte. Diese Fossilienfunde waren Grundstein für die pleistozäne Wirbeltierpaläontologie auf zwei Kontinenten. Die Entdeckung des Mastodons sowie anderer pleistozäner Vertreter der Megafauna an diesem Standort beflügelte die Phantasie sowohl von Wissenschaftlern, als auch von Politikern gleichermaßen.

Basierend auf Funden dieser Art, nahm das Gebiet der Wirbeltierpaläontologie im späten 18. und frühen 19. Jahrhundert Kontur an. Einer der führenden Wissenschaftler auf diesem neuen Gebiet war der Franzose Georges Cuvier. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war er Professor für Tieranatomie am Muséum national d’histoire naturelle in Paris. Cuvier war Widersacher der Evolutionstheorie; sein wichtigster Beitrag zum damaligen Erkenntnisstand der Wissenschaft war die Möglichkeit des Aussterbens von Lebewesen, basierend auf fossilen Knochenfunden. Bis zum 19. Jahrhundert lehnten die meisten Philosophen und Naturforscher die Idee ab, dass manche Lebewesen ausgestorben sind und sich im Laufe der Zeit andere Arten entwickelt hätten. Die meisten Europäer hielten sich an eine strikte, wörtliche Auslegung der Bibel, die eine Erschaffung der Erde innerhalb von sechs Tagen vorschrieb („Kreationismus“), vor nur wenigen tausend Jahren. Die pleistozänen Fossilfunde vieler Paläontologen führten erst allmählich zu einem Umdenken.[14]

Obwohl Cuvier zeit seines Lebens ein Vertreter des Kreationismus blieb, veränderten die Fossilien, die er beschrieb, seine Sicht auf den Prozess der Schöpfung. Er erklärte das Aussterben von Arten als periodische Revolutionen in der Erdgeschichte. Jede dieser Revolutionen war ein Naturereignis, das zum Aussterben einiger Arten führte (Kataklysmentheorie). Anders als andere Personen seiner Zeit (u. a. William Buckland als Verfechter der Sintfluttheorie), verglich Cuvier diese Revolutionen nicht mit biblischen oder historischen Ereignissen. Cuvier erwog die Möglichkeit, dass die letzte große Revolution, die zum Aussterben einiger Spezies wie des Mastodons und des Mammuts führte, durch eine starke und plötzliche globale Abkühlung bewirkt wurde. Der schweizerisch-amerikanische Naturforscher Louis Agassiz griff diese Idee auf und entwickelte sie zum Konzept einer Großen Eiszeit weiter.[15]

Die Entdeckung der pleistozänen Vergletscherungen

Louis Agassiz – bekannt geworden durch seine bahnbrechenden Eiszeitstudien

Louis Agassiz präsentierte seine Theorie über die Große Eiszeit erstmals 1837 der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft in Neuchâtel. Dies war eine ideale Umgebung um die anwesenden Geologen und Naturhistoriker von seiner Theorie zu überzeugen, da Agassiz den Effekt des Gletschereises unmittelbar in der Alpenlandschaft demonstrieren konnte. Agassiz deutete dazu auf große Gesteinsblöcke (Findlinge) und Schuttansammlungen (Moränen), die durch das Gletschereis transportiert wurden, sowie auf Spuren des Gletscherschliffs am Festgestein, die durch die Bewegung des Gletschers verursacht wurden. Agassiz veröffentlichte seine Theorie in den Büchern Étude sur les glaciers im Jahr 1840 sowie in Système glaciare im Jahr 1847.[16] Diese Bücher fassten seine Untersuchungen in Europa zusammen, wobei er später noch mehr Beweise für eine Vergletscherung in Nordamerika fand. Agassiz' Theorie wurde anfangs von zahlreichen führenden Geologen abgelehnt, die nach wie vor die Ansicht vertraten, dass oberflächlich transportiertes Sediment auf die Sintflut zurückzuführen sei. So sehr Agassis' Theorie über die Vergletscherung überzeugte, so ablehnend wurden seine Behauptungen zur pleistozänen Megafauna aufgenommen. Agassiz behauptete, man würde vermuten, dass Mammuts und andere ausgestorbene Arten ursprünglich an ein tropisches Klima angepasst gewesen seien; jedoch sei genau das Gegenteil der Fall gewesen. Diese Lebewesen lebten unter genau jenen Umweltbedingungen zur Zeit der Vergletscherung, in denen Agassiz ihr Verschwinden angesiedelt sah.[17]

Andere Wissenschaftler in Europa fanden ebenso Beweise für eine vergangene Vergletscherung. Jens Esmark fand Gletscherablagerungen in Norwegen, Johann Jakob Bernhardi fand Beweise für eine Vergletscherung in Deutschland, Ignaz Venetz und Johann von Charpentier fanden in der Schweiz Beweise für Gletschervorstöße weit über die heutigen Grenzen der Gletscher hinaus. Agassiz selbst fand erneut Beweise für eine Vergletscherung in Großbritannien und Nordamerika. Überzeugt von Agassiz' Eiszeittheorie forschten zahlreiche Geologen des mittleren und späten 19. Jahrhunderts an der Rekonstruktion der eiszeitlichen Gletscherstände. Agassiz vermutete eine massive Vergletscherung, dessen Eisschilde einen Großteil der mittleren und hohen Breiten der Erde bedeckten. Kurze Zeit später mehrten sich die Hinweise, dass es wohl mehrere Vergletscherungen gegeben haben muss, die jeweils durch warme Perioden getrennt waren. In den 1850ern wurde von zumindest zwei großen Vergletscherungen in Europa ausgegangen. Im Jahr 1877 hat James Geikie vier oder fünf Vergletscherungen während des Pleistozäns vorgeschlagen, die auf stratigraphischen Befunden basierten. Hinweise aus Nordamerika deuteten darauf hin, dass die letzte Vergletscherung nicht die größte war, denn Spuren davor liegender, größerer Vergletscherungen wurden durch die letzte nicht beseitigt. Geologen führten dazu die Begriffe Nebraskan, Kansan, Illinoian und Wisconsin ein, um eine Abfolge von vier Vergletscherungen in Nordamerika zu beschreiben. Diese wurden durch drei Interglaziale voneinander getrennt (Aftonian, Yarmouthian und Sangamon). Pionierarbeit in Europa für eine Erstellung einer Abfolge der Alpenvergletscherungen lieferten Albrecht Penck und Eduard Brückner. Sie identifizierten vier Alpenvergletscherungen, nämlich die Günz-, Mindel-, Riß- und Würm-Kaltzeit.[18] Ihr 1909 veröffentlichtes Buch Die Alpen im Eiszeitalter basierte auf der Auswertung stratigraphischer Profile entlang von Flussterrassen in den Tälern der nördlichen Alpen.

Theorien zur Entwicklung von Kaltzeiten

Zum Ende des 19. Jahrhunderts wusste die Wissenschaft, dass es wiederholt zu großräumigen Vergletscherungen gekommen ist, allerdings nicht aus welchen Gründen bzw. wie lange die glazialen und interglazialen Phasen andauerten. Relativ bald wurde klar, dass klimatische Schwankungen in der jüngeren Erdgeschichte über mehrere tausend Jahre erfolgten. Es gab mehrere Vorschläge, die diese Zyklen erklären sollten, so u. a. Änderungen im Kohlendioxidgehalt oder Änderungen der Sonnenaktivität.

Orbitaltheorie von James Croll

Eine der frühesten Theorien über den periodischen Wechsel zwischen Glazialen und Interglazialen stammt vom schottischen Naturforscher James Croll. Er führte Korrespondenz mit Charles Lyell in der ihm Croll von seiner Idee über den Zusammenhang der Vergletscherungen mit Änderungen der orbitalen Bahnelemente berichtete. Lyell war von seiner Idee beeindruckt und ermöglichte Croll im Jahr 1867 eine Anstellung beim Geological Survey of Scotland. Hier wurde er von Archibald Geikie ermutigt, seine Theorie weiter zu entwickeln. Er führte zu dieser Zeit regelmäßig Korrespondenz mit Charles Darwin, wodurch beide Wissenschaftler durch ihren Ideenaustausch profitierten. Croll begann seine Theorie im Jahr 1867 zu veröffentlichen. Seine bekanntesten Publikationen waren Climate and Time, in their Geological Relations im Jahr 1875 und Climate and Cosmology im Jahr 1885.[19]

Im Jahr 1846 publizierte der französische Astronom Urbain Le Verrier Formeln zur Berechnung der Bahnelemente. Diese griff Croll auf, um die Form des Erdorbits (Exzentrizität) der vergangenen drei Millionen Jahre zu berechnen. Dabei fand er heraus, dass Muster hoher Exzentrizität über hunderttausende Jahre bestanden und sich mit Mustern geringer Exzentrizität abwechseln, so wie sie zum Zeitpunkt seiner Berechnungen vorlagen. Je stärker der Orbit von einer Kreisform abwich, umso größer ist der Unterschied in der solaren Einstrahlung zwischen den Jahreszeiten. Croll begriff die Bedeutung der Saisonalität der solaren Einstrahlung und erzielte damit eine seiner wichtigsten Erkenntnisgewinne für die Paläoklimatologie.[20] Änderungen des Erdorbits führten demnach zu einer Verlängerung des Winters, da größere Schneemengen in den hohen Breiten fielen. Die größere Schneedecke reflektiert mehr Sonnenstrahlung und verstärkt damit die orbitalen Effekte (Eis-Albedo-Rückkopplung). Croll sah in dieser Verstärkung den Auslöser für das Wachstum von Eisschilden. Crolls Theorie war von großer Bedeutung für die Klimatologie, allerdings haben nachfolgende Untersuchungen deutliche Mängel aufgezeigt. Seine Theorie löste einerseits das globale Muster der pleistozänen Vergletscherungen nur unzureichend auf, andererseits war seine Chronologie der Vergletscherungen fehlerhaft. Vor allem stufte er das letzte Glazial weit älter ein, als geologische Untersuchungen von Geikie und anderen zeigten. Schließlich scheiterte Croll damit, einen Großteil seiner zeitgenössischen Kollegen zu überzeugen. Seine Ideen wurden bis in die 1940er Jahre größtenteils ignoriert.[21]

Milankovićs Theorie

Diagramm der Milanković-Zyklen mit Übersicht der
Präzession (Precession),
Schiefe der Ekliptik (Obliquity),
Exzentrizität (Excentricity),
Schwankungen der Solarstrahlung auf die Erde (Solar Forcing), sowie den
Eis- und Warmzeiten (Stages of Glaciation).

Milutin Milanković war ein jugoslawischer Mathematiker, der sich auf die Geophysik und Astronomie spezialisierte. Im Jahr 1909 wurde er Mitglied an der Fakultät für Angewandte Mathematik an der Universität Belgrad. Durch seine Inhaftierung während des Ersten Weltkriegs durch Österreich-Ungarn konnte er seine Forschungstätigkeit über die mathematische Theorie des Klimawandels erst im Jahr 1920 fortsetzen. Diese schloss er 1941 ab und basierte auf vorangegangenen Arbeiten von Joseph-Alphonse Adhémar und James Croll. Im Jahr 1842 erklärte Adhémar das glaziale Klima ausschließlich über die Präzession. Milanković baute auf Crolls Arbeit auf, um ein mathematisches Modell des Klimawandels aufzustellen. Dieses Modell vereinte die zyklischen Veränderungen der drei Bahnelemente des Erdorbits um die Sonne: Exzentrizität, Ekliptik und Präzession. Mit diesen drei Orbitalparametern entwickelte er ein umfassendes mathematisches Modell das imstande war, die Abhängigkeit der solaren Einstrahlung von der geographischen Breite und den dazugehörigen Oberflächentemperaturen der letzten 600.000 Jahre zu berechnen.[22]

Sein nächster Schritt lag im Versuch der Korrelation der veränderlichen Orbitalparameter mit den Glazial-Interglazial-Zyklen. Milanković arbeitete dazu mit dem deutschen Klimatologen Wladimir Köppen an seiner Annahme, dass Einstrahlungsänderungen in gewissen Breitengraden und Jahreszeiten Vergletscherungen begünstigen bzw. beeinträchtigen. Leider wurde Milankovićs Theorie für einige Jahrzehnte größtenteils ignoriert.[23] Erst im Jahr 1976 publizierte James Hays mit seinen Kollegen eine Untersuchung über Tiefseesedimentbohrkerne. Darin sahen sie eine große Übereinstimmung mit Milankovićs Vorhersagen und ihren Resultaten im Zusammenhang mit dem Zeitpunkt und der Intensität von veränderten klimatischen Bedingungen in den vergangenen 450.000 Jahren. Genauer gesagt fanden auch sie heraus, dass bedeutende klimatische Veränderungen eng an die orbitalen Parameter Exzentrizität, Ekliptik und Präzession geknüpft sind.[24] Diese orbitalen Veränderungen sind heute bekannt als Milanković-Zyklen.

Die Erfindung von Datierungsmethoden

Ohne der Möglichkeit einer absoluten Altersbestimmung von Ereignissen im Quartär wäre es unmöglich gewesen, die Gültigkeit von Milankovićs Theorie zu überprüfen. Bis in die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts hinein war es für Quartärforscher nicht möglich, Aussagen über absolute Alter zu treffen.[25] Die Alter von quartären Ereignissen wurden ausschließlich über relative Datierungsmethoden bestimmt. Das bedeutet, dass sie sich mit einer Sequenz von Ereignissen zufriedengeben mussten. Diese wurden zum Beispiel aufgrund von Fossilfunden und deren relativer stratigraphischer Position erstellt. Es waren aber keine Aussagen darüber möglich, ob ein bestimmtes Ereignis 50.000 oder 150.000 Jahre zurücklag.

Uran-Zerfallsreihen

Radiometrische Datierungsmethoden wurden im 20. Jahrhundert entwickelt und haben die Quartärforschung revolutioniert. Im Jahr 1902 haben die Physiker Ernest Rutherford und Frederick Soddy die Zerfallsreihe von radioaktiven Elementen entdeckt. Die Möglichkeit der Nutzung des radioaktiven Zerfalls für die Altersdatierung wurde von Rutherford erstmals 1904 erwähnt. Im Jahr 1906 begann Rutherford mit der Berechnung des radioaktiven Zerfalls des Elements Uran. Dieses zerfällt in unterschiedlichen Zerfallsreihen und basiert auf dem Aktivitätsverhältnis zwischen dem Mutterisotop 234U und verschiedenen Tochterisotopen (z. B. 230Th). Mit diesen Zerfallsreihen des Elements Uran war es fortan möglich, das numerische Alter von magmatischen Gesteinen und vulkanogenen Sedimenten zu bestimmen, die vor vielen Jahrmillionen erstarrt sind bzw. abgelagert wurden. Indirekt konnte dadurch auch das Alter von benachbarten fossil­führenden Sedimentgesteinen bestimmt und somit die geologische Zeitskala mit numerischen Altersdaten versehen werden. Gegenwärtig gebräuchliche Methoden sind die Uran-Thorium-Datierung oder die Uran-Blei-Datierung.

Radiokarbondatierung

Den wohl wichtigsten Beitrag zur Datierung quartärer Fossilien und Sedimente lieferte die Entdeckung der Radiokarbonmethode (14C-Methode). Im Jahr 1940 entdeckten die Physiker Martin Kamen und Sam Ruben das langlebige radioaktive Kohlenstoffisotop 14C.[26] Kamen verwendete 14C als Tracer in biologischen Systemen und fand heraus, dass unter dem Einfluss von kosmischer Strahlung atmosphärischer Stickstoff in 14C umgewandelt wird. Das Vorhandensein des Kohlenstoffisotops 14C wurde bereits 1934 postuliert, allerdings konnte es weder beobachtet noch charakterisiert werden. Kamen gelang es als erstem, die Halbwertszeit von 14C zu bestimmen.

Basierend auf Kamens Entdeckungen hat im Jahr 1947 der Chemiker Willard Libby herausgefunden, dass Pflanzen während ihrer Kohlenstoffaufnahme bei der Photosynthese Spuren von 14C absorbieren.[27] Nach ihrem Absterben endet die Absorption von Kohlenstoff und das enthaltene 14C zerfällt in ihrer gewohnten Rate ohne ersetzt zu werden. Im Jahr 1952 fand Libby schließlich heraus, dass durch die Messung der verbliebenen 14C-Konzentration in den Pflanzenüberresten der Absterbezeitpunkt bestimmt werden kann. Zusätzlich wurden Konzentrationen von 14C auch im Gewebe von Tieren entdeckt, da diese durch ihre Ernährung direkt oder indirekt pflanzliches Gewebe aufnehmen. Die Radiokarbondatierung ermöglicht somit eine absolute Altersbestimmung von fossilen tierischen oder pflanzlichen Funden der letzten ca. 50.000 Jahre. Für die Entdeckung der Radiokarbondatierung erhielt Willard Libby 1960 den Nobelpreis für Chemie

Lumineszenzdatierung

Die Lumineszenzdatierung ist eine physikalische Altersbestimmung für quartäre Sedimente. Diese Methode basiert auf einem mit dem Probealter anwachsenden Strahlenschaden, der durch die emittierte Lumineszenz quantifiziert wird. Innerhalb dieser Möglichkeit der Altersbestimmung wird nach der verwendeten Stimulationsenergie die Thermolumineszenz (TL) und die Optisch Stimulierte Lumineszenz (OSL) unterschieden. Die TL-Methode hat ihren Ursprung in den 1950er Jahren und wurde erstmals für die Datierung von gebranntem Keramik eingesetzt. Von großer Bedeutung in der Quartärforschung ist speziell die OSL-Methode. Sie basiert auf dem Prinzip, dass bei ausreichender Lichtexposition (z. B. Sonnenlicht) das gesamte Lumineszenzsignal zurückgesetzt wird. Das bedeutet, dass im Gegensatz zur Oberflächenexpositionsdatierung das Alter der Sedimentation bestimmt werden kann.[28] Die OSL Datierung wurde Mitte der 1980er Jahre entwickelt.[29] Die Lumineszenzdatierung hat signifikant zur Quartärforschung beigetragen, da es mit ihr erstmals möglich war, einzelne Mineralkörner zu datieren, und nicht nur organische Bestandteile (wie bei der Radiokarbondatierung).[30] Mit der Lumineszenzdatierung können Alter zwischen einigen Jahrhunderten und ca. 150.000 Jahren bestimmt werden.

Gegenwärtige Quartärforschung

Modelle für die zukünftige Entwicklung der globalen Erwärmung basieren auf rekonstruierten Temperaturangaben aus der Vergangenheit.

Die Quartärforschung ist ein stark interdisziplinäres Forschungsfeld, das sich mit Umweltveränderungen der letzten 2,6 Millionen Jahre (der Zeitspanne des Quartärs) beschäftigt. Ziel der Quartärforscher ist die Interpretation der geologischen Archive dieser Zeit um Schlüsselfaktoren, die Veränderungen auslösen und regeln, in verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen zu erfassen.[31] Diese Schlüsselfaktoren können sowohl physikalischen, chemischen, biologischen, atmosphärischen, aber auch anthropogenen Ursprungs sein. Dieses breite Forschungsspektrum vereint technische und geistige Errungenschaften zahlreicher Disziplinen. Die genaue Altersdatierung von quartären Ereignissen z. B. wurde nur durch Entwicklungen in der Atomphysik des frühen 20. Jahrhunderts ermöglicht. Errungenschaften in der Evolutionsbiologie oder den Analysemöglichkeiten von Biomolekülen haben zu einer verbesserten Interpretation von quartären Fossilfunden geführt. Neuerungen aus dem Ingenieurwesen nach Ende des Zweiten Weltkrieges haben dazu geführt, dass Bohrkerne aus den Ozeanböden bzw. von den Polkappen (z. B. EPICA, GISP, GRIP) gewonnen werden konnten. Diese Bohrkerne offenbarten erstmals die große Klimasensitivität der Erde.

Die Anwendung all dieser Ansätze zur Erklärung der quartären geologischen Archive hat seit Beginn des 20. Jahrhunderts maßgeblich dazu beigetragen, wie die jüngere Erdgeschichte heute interpretiert wird.[32] Das analytische Methodenspektrum zur Untersuchung dieser geologischen Gegebenheiten wuchs stetig an und ermöglichte eine Rekonstruktion mit einer zeitlichen Auflösung, die vor wenigen Jahrzehnten noch als undenkbar galt (z. B. Klimawandel).

Während des Quartärs (letzten 2,6 Millionen Jahre) hat die Erde ihr gegenwärtiges physisches Erscheinungsbild angenommen hinsichtlich der Größe und Verteilung der Kontinente und Gebirge, der Meeresströmungen, der Zusammensetzung der Erdatmosphäre oder der großen Biome. Innerhalb dieser Zeitspanne haben die quartären geologischen Archive offenbart, wie oft und zum Teil markant sich das Klimasystem auf der Erde verändert hat. Innerhalb des Quartärs hat sich zudem der moderne Mensch entfaltet, sich global verbreitet und sich zunehmend zum dominanten Faktor hinsichtlich der Veränderung der Landoberfläche und Atmosphäre entwickelt.

Quartärforscher integrieren Informationen aus diversen Naturwissenschaften wie der Klimatologie, Ökologie, Geologie, physischen Geographie oder der Ozeanographie, aber auch aus Humanwissenschaften wie der Archäologie oder Anthropologie. Dies offenbart die Notwendigkeit eines inter- und multidisziplinären Ansatzes für das Verständnis globaler Umweltveränderungen. Dies schließt mit ein, wie die Effekte einer Umweltveränderung kontrolliert und vermieden werden können sowie wie Menschen mit diesen Veränderungen umzugehen haben.[33] Der deutsche Quartärforscher Paul Woldstedt merkte bereits im Jahr 1951 an, dass die Quartärforschung „zum Verständnis der Gegenwart und unserer Stellung in ihr“ beiträgt.[34]

Siehe auch

Literatur

  • Elias, S.A.: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X.
  • Gornitz, V.: Encyclopedia of Paleoclimatology and Ancient Environments. Springer, 2008, ISBN 1-4020-4551-4.
  • Roberts, N.: The Holocene: An Environmental History. Wiley, 2014, ISBN 1-4051-5521-3.
  • Schreiner, A: Einführung in die Quartärgeologie. Schweizerbart, 1992, ISBN 3-510-65152-9.
  • Ehlers, J.: Allgemeine und historische Quartärgeologie. Enke, 1994, ISBN 3-432-25911-5.
  • Cronin, T.M.: Principles of Paleoclimatology. Columbia University Press, 1999, ISBN 0-231-10955-5.
  • Cronin, T.M.: Paleoclimates: Understanding Climate Change Past and Present. Columbia University Press, 2009, ISBN 0-231-14494-6.
  • Bradley, R.S.: Paleoclimatology. Reconstructing Climates of the Quaternary. Academic Press, 1999, ISBN 0-12-124010-X.
  • Ruddiman, W.F.: Earth's Climate: Past and Future. W. H. Freeman, 2007, ISBN 0-7167-8490-4.
  • Dodd, J.R., Stanton, R.J.: Paleoecology: Concepts and Applications. Wiley, 1990, ISBN 0-471-85711-4.
  • Allmon, W.: Evolutionary Paleoecology. Columbia University Press, 2000, ISBN 0-231-10995-4.
  • Brenchley, P.J., Harper, D.: Palaeoecology: Ecosystems, Environments and Evolution. Taylor & Francis, 2004, ISBN 0-412-43450-4.
  • Ager, D.V.: Principles Of Paleoecology: An Introduction To The Study Of How And Where Animals And Plants Lived In The Past. Literary Licensing, 2012, ISBN 1-258-39885-0.
  • Patzkowsky, M.E., Holland, S.M.: Stratigraphic Paleobiology: Understanding the Distribution of Fossil Taxa in Time and Space Paperback. University Of Chicago Press, 2012, ISBN 0-226-64938-5.
  • Schopf, T.J.M.: Paleoceanography. Harvard University, 1980, ISBN 0-674-65215-0.
  • Fischer, G., Wefer, G.: Use of Proxies in Paleoceanography: Examples from the South Atlantic. Springer, 1999, ISBN 3-540-66340-1.
  • Noller, J.S., Sowers, J.M., Lettis, W.R.: Quaternary Geochronology: Methods and Applications. Wiley, 2000, ISBN 0-87590-950-7.
  • Walker, M.: Quaternary Dating Methods: An Introduction. Wiley, 2005, ISBN 0-470-86926-7.

Wissenschaftliche Zeitschriften

Einzelnachweise

  1. ↑ a b Elias, S.A.: History of Quaternary Science. In: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 11. (PDF der zweiten Ausgabe, 2013)
  2. ↑ Allaby, M.: Earth Science: A scientific History of the Solid Earth. Facts On File, 2009, ISBN 0-8160-6097-5, S. 127.
  3. ↑ Desnoyers, J. (1829): Observations sur un ensemble de dépôts marins plus recents que les terrains tertiaries du bassin de la Seine, et constituant une formation geologique distincte; precedees d’une aperçu de la non-simulaneite des bassins tertiares. Annals Sciences Naturelles (Paris) 16: S. 171–214, S. 402–491.
  4. ↑ Henri Reboul (1833): Géologie de la période Quaternaire et introduction a l’histoire ancienne. Paris: F.G. Levrault, S. 1–2. (Digitalisat)
  5. ↑ Gradstein, F., Ogg, J., Schmitz, M., Ogg, G.: The Geologic Time Scale 2012. Elsevier, 2012, ISBN 0-444-59425-6, S. 411.
  6. ↑ Forbes, E. (1846): On the connection between the distribution of existing fauna and flora of the British Isles, and the geological changes which have affected their area, especially during the epoch of the Northern Drift. Great Britain Geological Survey Memoir 1: S. 336–342.
  7. ↑ Hörnes, M. (1853): Mittheilung an Prof. Bronn gerichtet. Wien, 3. Okt., 1853. Neues Jahrbuch Mineralogie Geologie Geognosie und Petrefaktenkunde, S. 806–810.
  8. ↑ Aguirre, E., Pasini, G. (1985): The Pliocene–Pleistocene boundary. Episodes 8: S. 116–120
  9. ↑ Bassett, M.G. (1985): Towards a 'common language' in stratigraphy. Episodes 8: S. 87–92.
  10. ↑ Elias, S.A.: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 12.
  11. ↑ Noss, R.F.: Forgotten Grasslands of the South: Natural History and Conservation. Island Press, 2012, ISBN 1-59726-489-X, S. 219.
  12. ↑ Cuvier, G. (1825): Recherches sur les ossemens fossiles: où l’on rétablit les charactères de plusieurs animaux dont les révolutions du globe ont détruit les espèces. Paris: G. Dufour et E. d’Ocagne.
  13. ↑ Elias, S.A.: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 12.
  14. ↑ Elias, S.A.: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 13.
  15. ↑ Elias, S.A.: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 13.
  16. ↑ Elias, S.A.: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 13.
  17. ↑ Elias, S.A.: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 13.
  18. ↑ Penck, A., Brückner, E. (1909): Die Alpen im Eiszeitalter. Leipzig: Tachnitz.
  19. ↑ Elias, S.A.: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 15.
  20. ↑ Elias, S.A.: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 15.
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