Kaltzeit

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Computer-generierte Ansicht der Erde während der letzten Kaltzeit.
Eisbohrkerndaten und die Kalt- und Warmzeiten des Quartärs

Als Kaltzeit bezeichnet man in der Klimageschichte und auch in der Geologie neutral einen Zeitraum mit im Durchschnitt tieferen Temperaturen zwischen zwei Zeitabschnitten mit durchschnittlich höheren Temperaturen, sogenannten Warmzeiten.[1] Ist ein Zeitraum mit im Durchschnitt tieferen Temperaturen innerhalb eines Eiszeitalters gemeint, so spricht man auch von einem Glazial oder einer Eiszeit (siehe hierzu auch Verwendung der Begriffe Eiszeit und Eiszeitalter).[2] In der quartärgeologischen Literatur ist daher Kaltzeit meist gleichbedeutend mit Glazial. Selbst in der neueren wissenschaftlichen Literatur sind die Begriffe Eiszeit und Kaltzeit gelegentlich nicht eindeutig getrennt.[Anmerkung 1]

Die Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeiten innerhalb der letzten Million Jahre ist oszillierend mit einer Periodizität von etwa 100.000 Jahren.[3]

Dieselbe Kaltzeit wird in verschiedenen Regionen der Erde meist unterschiedlich benannt. So wird die letzte Kaltzeit mit ihrem Maximum vor etwas mehr als 20.000 Jahren im nördlichen Mitteleuropa als Weichsel-, im nördlichen Alpenraum als Würm-, in Nordrussland als Waldai-, in Sibirien als Zyryanka-, auf den Britischen Inseln als Devensian-, auf Irland als Midlandian-, in Nordamerika als Wisconsin-, in Venezuela als Mérida-, in Chile als Llanquihue- und in Neuseeland als Otira-Kaltzeit bezeichnet.

Der Begriff Glazial[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Begriff Glazial ist mehrdeutig und wird deshalb häufig nicht eindeutig verwendet. Zur Verwirrung trägt bei, dass er als Substantiv (das Glazial) und als Adjektiv (glazial) gebraucht wird.

Der Begriff Glazial als Substantiv (von lateinisch glacies ‚Eis‘) steht für einen Zeitabschnitt, der durch Eis und Kälte stark beeinflusst ist. Häufig wird Glazial mit Kaltzeit gleichgesetzt, und die beiden Begriffe werden in der quartärgeologischen Literatur meist als Synonyme gebraucht. Die Gleichsetzung der beiden Begriffe trifft im Quartär meist zu, da die dortigen Kaltzeiten häufig tatsächlich durch Gletschervorstöße und/oder sehr kalte Klimaphasen charakterisiert sind. In der neueren Literatur wird inzwischen überwiegend der Begriff Kaltzeit benutzt, um damit zu verdeutlichen, dass häufig die eigentliche „Eiszeit“ mit Gletscherablagerungen nur einen relativ kurzen Zeitraum der gesamten Kaltzeit einnimmt.

Das Adjektiv glazial wird für alle geomorphologischen und geologischen Erscheinungen benutzt, die während einer Vergletscherung direkt durch das Gletschereis entstanden sind. Ein genauerer Begriff für solche Erscheinungen ist glazigen, also durch die Aktion des Eises entstanden. Als Adjektiv wird glazial auch für geomorphologische Formen verwendet, die im Umkreis von Eis im weitesten Sinn auftreten. Hierfür gibt es den präziseren Begriff glaziär, wie zum Beispiel glaziäre Formen.

Sedimentablagerungen während Glazialen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Material aus Gletscherbächen oder Schmelzwässern des Inlandeises wird zwar vom fließenden Wasser abgelagert; ihre Entstehung ist aber an das Vorkommen von Gletschern geknüpft. Diese Erscheinungen werden glazifluvial, glazifluviatil oder fluvioglazial genannt, je nachdem ob die Aktion des Eises oder des fließenden Wassers im näheren Umfeld dominiert. Hierzu gehören die Übergangskegel in Gletschernähe, deren Gerölle im Allgemeinen noch wenig gerundet sind. Die Materialsortierung ist zwar bereits vorhanden aber undeutlich. Mit zunehmender Entfernung vom Gletscher sind die glazifluvialen Ablagerungen zwar rein fluviatil, jedoch ohne den Gletscher nicht zu erklären. Bekannt sind die Sander in Norddeutschland.

Die glaziäolischen Ablagerungen verdanken ihre Bildung dem Wind und dem Gletscher, aus dessen Vorland ihr Material stammt. In Mitteleuropa gehören dazu der Löss sowie Flugsandablagerungen (Düne).

Glaziolimnische Ablagerungen werden im Becken eines Sees abgelagert, der durch das Eis aufgestaut wird. Auch hier ist die Entstehung der Ablagerungen ohne den Gletscher nicht denkbar.

Material, das durch Gletscher und Gletscherflüsse im Meer abgelagert worden ist, bezeichnet man als glazimarin.

Ursachen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diagramm der Milanković-Zyklen im Verlauf der letzten 1 Million Jahre, mit den Zyklen der Präzession (Precession) und der Neigung der Erdachse (Obliquity) sowie der Exzentrizität der Erdbahn (Excentricity). Zudem aufgetragen sind die Schwankungen der Intensität der Solarstrahlung (Solar Forcing) sowie die Kalt- und Warmzeiten des jüngeren Pleistozäns (Stages of Glaciation).

Die Suche nach den Ursachen für die beinahe regelmäßigen Wechsel von Glazial- und Interglazialstadien innerhalb des derzeitigen Eiszeitalters gehört auch heute noch zu den Herausforderungen für die Paläoklimatologie. Sie ist eng mit den Namen James Croll und Milutin Milanković verbunden. Beide hatten Ideen des Franzosen Joseph-Alphonse Adhémar aufgegriffen, wonach Veränderungen der Erdbahngeometrie für wiederkehrende Kaltzeiten verantwortlich seien.

Die Veränderung der Erdbahngeometrie wird durch wechselseitige Gravitationskräfte im System Sonne, Planeten, 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 20.930 Jahren wieder dieselbe Position auf der Ellipse einnimmt (Tropische Apsidendrehung). 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 wurde. 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.[4] Außerdem ist der CO2-Gehalt der Atmosphäre ein wesentlicher Faktor, der mit den Temperaturschwankungen eine enge Kopplung aufweist, wie verschiedene Untersuchungen von Eisbohrkernen der Antarktis und Grönlands, die Eis der letzten 800.000 Jahre enthalten, belegen.[5] Danach soll die Konzentrationsabnahme des Treibhausgases Kohlendioxid (zusammen mit Methan und Distickstoffoxid) für ca. ein Drittel der Temperaturveränderung zwischen Warm- und Kaltzeit stehen,[6] nach einer jüngeren Veröffentlichung sogar für die Hälfte.[7] 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 in den Kaltzeiten zwischen sogenannten Stadialen und Interstadialen werden Rückkopplungseffekte im Zusammenhang mit der thermohalinen Zirkulation angenommen.

Nach heutigem Forschungsstand sind die von Milanković nachgewiesenen Zyklen zwar für Temperaturdepressionen verantwortlich, doch bedingen diese nur eine Abnahme von wenigen Zehntel Kelvin, erfassen nur eine Hemisphäre und waren darüber hinaus auch schon im Präkambrium präsent, wo es nach heutigem Wissensstand nicht zu einem solch markanten Wechsel von Warm- und Kaltzeiten kam. Auch ist letztlich ungeklärt, warum der Wechsel zwischen Warm- und Kaltzeiten bis vor etwa einer Million Jahren im Rhythmus von 41.000 Jahren, dann seit der sogenannten Mid-Pleistocene Revolution aber alle 100.000 Jahre erfolgte. Die Periodendauer von 41.000 Jahren wird mit der Schwankung der Erdachsenneigung in Zusammenhang gebracht, während die Periodendauer von 100.000 Jahren mit der Exzentrizität der Erdbahn in Zusammenhang stehen könnte, dabei aber die bei weitem schwächste der von Milanković vorhergesagten Frequenzen ist. Man nimmt an, dass Verstärkungen der Milanković-Zyklen durch Prozesse innerhalb des Erdklimas verantwortlich dafür sind. Daher müssen mehrere Ursachen, die sowohl exogenen als auch endogenen Ursprungs sind, für die pleistozänen Wechsel verantwortlich gemacht werden. Das Zusammenspiel von tektonischen, astronomischen, ozeanischen und klimatischen Prozessen muss dabei unbedingt beachtet werden, da jeder einzelne Prozess nicht in der Lage ist, globale Eiszeiten hervorzurufen.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Jürgen Ehlers: Allgemeine und historische Quartärgeologie. Enke, Stuttgart 1994, ISBN 3-432-25911-5.
  2. Murawski, H., Meyer, W. (2004): Geologisches Wörterbuch. Spektrum Akademischer Verlag, 11. Auflage, 262 S. ISBN 3-8274-1445-8
  3. Handbook of Paleoanthropology: Vol I:Principles, Methods and Approaches Vol II:Primate Evolution and Human Origins Vol III:Phylogeny of Hominids. Springer Science & Business Media, 2007, ISBN 978-3-540-32474-4, S. 362 (books.google.de).
  4. Gerald Haug, Ralf Tiedemann & Rainer Zahn: Vom Panama-Isthmus zum Grönlandeis. In: Spektrum der Wissenschaft. November 1998
  5. Dieter Lüthi, Martine Le Floch, Bernhard Bereiter, Thomas Blunier, Jean-Marc Barnola, Urs Siegenthaler, Dominique Raynaud, Jean Jouzel, Hubertus Fischer, Kenji Kawamura & Thomas F. Stocker: High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000–800,000 years before present. In: Nature. Vol. 453, S. 379–382, doi:10.1038/nature06949
  6. Eystein Jansen & Jonathan Overpeck et al.: Palaeoclimate. In: IPCC Fourth Assessment Report. 2007 (PDF; 8,1 MB – 6.4.1 und Figure 6.5)
  7. James Hansen, Makiko Sato, Pushker Kharecha, David Beerling, Robert Berner, Valerie Masson-Delmotte, Mark Pagani, Maureen Raymo, Dana L. Royer & James C. Zachos: Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim? In: The Open Atmospheric Science Journal. Vol. 2, 2008, S. 217–231, doi:10.2174/1874282300802010217 (PDF; 1,4 MB)

Anmerkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Ein gutes Beispiel für das Durcheinander der Begriffe ist das inzwischen etwas veraltete Standardwerk Das Quartär Deutschlands von Leopold Benda (Hrsg.), Verlag Bornsträger Stuttgart aus dem Jahr 1995. Als Beispiel sei der Saale-Komplex genannt, der in den Einzelartikeln in diesem Band als Saale-Kaltzeit, Saale-Glazial, Saale-Komplex und Saaleeiszeit bezeichnet wird.