Wissenschaftler wissen seit einiger Zeit, dass die Erde Zyklen des Klimawandels durchläuft. Aufgrund von Änderungen der Erdumlaufbahn, geologischen Faktoren und/oder Änderungen der Sonnenleistung erfährt die Erde gelegentlich eine erhebliche Verringerung ihrer Oberflächen- und Atmosphärentemperatur. Dies führt zu langfristigen Vergletscherungen, umgangssprachlich als „Eiszeit“ bezeichnet.
Diese Perioden sind durch das Wachstum und die Ausdehnung von Eisschilden auf der Erdoberfläche gekennzeichnet, die alle paar Millionen Jahre auftritt. Per Definition befinden wir uns noch in der letzten großen Eiszeit – die im späten Pliozän (vor ca. 2,58 Millionen Jahren) begann – und befinden uns derzeit in einer Zwischeneiszeit, die durch den Rückzug der Gletscher gekennzeichnet ist.
Definition:
Während der Begriff „Eiszeit“ manchmal großzügig verwendet wird, um sich auf kalte Perioden in der Erdgeschichte zu beziehen, täuscht dies tendenziell über die Komplexität der Eiszeiten hinweg. Die genaueste Definition wäre, dass Eiszeiten Perioden sind, in denen sich Eisschilde und Gletscher über den ganzen Planeten ausbreiten, was einem signifikanten Rückgang der globalen Temperaturen entspricht und Millionen von Jahren andauern kann.
Der antarktische Eisschild, der sich während der letzten Eiszeit ausdehnte. Bildnachweis: Wikipedia Commons/Stephen Hudson
Während einer Eiszeit gibt es erhebliche Temperaturunterschiede zwischen dem Äquator und den Polen, und auch die Temperaturen in der Tiefsee sind nachweislich gesunken. Dadurch können sich große Gletscher (vergleichbar mit Kontinenten) ausdehnen und einen Großteil der Oberfläche des Planeten bedecken. Seit dem Präkambrium (vor ca. 600 Millionen Jahren) traten Eiszeiten in weiträumigen Abständen von etwa 200 Millionen Jahren auf.
Geschichte des Studiums:
Der erste Wissenschaftler, der Theorien über vergangene Eiszeiten aufstellte, war der Schweizer Ingenieur und Geograph Pierre Martel aus dem 18. Jahrhundert. Im Jahr 1742 schrieb er bei einem Besuch in einem Alpental über die Zersplitterung großer Felsen in erratischen Formationen, die die Einheimischen auf die einst viel weiter ausgedehnten Gletscher zurückführten. Ähnliche Erklärungen tauchten in den folgenden Jahrzehnten für ähnliche Muster der Felsbrockenverteilung in anderen Teilen der Welt auf.
Ab Mitte des 18. Jahrhunderts betrachteten europäische Gelehrte zunehmend Eis als Transportmittel für Gesteinsmaterial. Dazu gehörte das Vorkommen von Findlingen in Küstengebieten der baltischen Staaten und der skandinavischen Halbinsel. Es war jedoch der dänisch-norwegische Geologe Jens Esmark (1762–1839), der als erster die Existenz einer Abfolge von weltweiten Eiszeiten argumentierte.
Diese Theorie wurde in einem von ihm 1824 veröffentlichten Papier detailliert beschrieben, in dem er vorschlug, dass Veränderungen des Erdklimas (die auf Änderungen ihrer Umlaufbahn zurückzuführen waren) dafür verantwortlich waren. Dem folgte 1832 der deutsche Geologe und Forstprofessor Albrecht Reinhard Bernhardi, der darüber spekulierte, wie die polaren Eiskappen einst bis in die gemäßigten Zonen der Erde vorgedrungen sein könnten.
Blick auf den Grinnell-Gletscher im Glacier National Park, Montana. Bildnachweis: USGS
Zur gleichen Zeit begannen der deutsche Botaniker Karl Friedrich Schimper und der schweizerisch-amerikanische Biologe Louis Agassiz unabhängig voneinander eine eigene Theorie zur globalen Vereisung zu entwickeln, was dazu führte, dass Schimper 1837 den Begriff „Eiszeit“ prägte begann, breite Akzeptanz gegenüber der Vorstellung zu gewinnen, dass die Erde allmählich von ihrem ursprünglichen, geschmolzenen Zustand abkühlte.
Im 20. Jahrhundert entwickelte der serbische Universalgelehrte Milutin Milankovic sein Konzept der Milankovic-Zyklen, das langfristige Klimaänderungen mit periodischen Veränderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne verband. Dies bot eine nachweisbare Erklärung für Eiszeiten und ermöglichte es Wissenschaftlern, Vorhersagen darüber zu treffen, wann erneut signifikante Veränderungen des Erdklimas auftreten könnten.
Beweise für Eiszeiten:
Es gibt drei Beweisformen für die Eiszeittheorie, die von der geologischen über die chemische bis zur paläontologischen (d. h. dem Fossilienbestand) reichen. Jede hat ihre besonderen Vor- und Nachteile und hat den Wissenschaftlern geholfen, ein allgemeines Verständnis der Auswirkungen von Eiszeiten auf die geologischen Aufzeichnungen der letzten paar Milliarden Jahre zu entwickeln.
Geologisch:Geologische Beweise umfassen das Auswaschen und Kratzen von Felsen, geschnitzte Täler, die Bildung von besonderen Arten von Kämmen und die Ablagerung von Lockermaterial (Moränen) und großen Gesteinen in erratischen Formationen. Obwohl diese Art von Beweisen in erster Linie zur Eiszeittheorie geführt hat, bleibt sie temperamentvoll.
Zum einen haben aufeinanderfolgende Eiszeiten unterschiedliche Auswirkungen auf eine Region, was dazu neigt, geologische Beweise im Laufe der Zeit zu verzerren oder zu löschen. Darüber hinaus sind geologische Nachweise nur schwer genau zu datieren, was eine genaue Einschätzung der Dauer von Eis- und Zwischeneiszeiten erschwert.
Hufeisenförmige Seitenmoränen am Rande des Penny Ice Cap auf Baffin Island, Nunavut, Kanada. Seitenmoränen sind Ansammlungen von Schutt entlang der Seiten eines Gletschers, die durch von der Talwand fallendes Material gebildet werden. Bildnachweis: NASA/Michael Studinger
Chemisch:Dies besteht hauptsächlich aus Variationen der Isotopenverhältnisse in Fossilien, die in Sediment- und Gesteinsproben entdeckt wurden. Für jüngere Eiszeiten werden Eisbohrkerne verwendet, um eine globale Temperaturaufzeichnung zu erstellen, hauptsächlich aufgrund des Vorhandenseins schwererer Isotope (die zu höheren Verdunstungstemperaturen führen). Sie enthalten oft auch Luftblasen, die untersucht werden, um die Zusammensetzung der Atmosphäre zu beurteilen.
Einschränkungen ergeben sich jedoch aus verschiedenen Faktoren. An erster Stelle stehen Isotopenverhältnisse, die einen verwirrenden Einfluss auf die genaue Datierung haben können. Was jedoch die jüngsten Eis- und Zwischeneiszeiten betrifft (d. h. während der letzten paar Millionen Jahre), bleiben Eiskern- und Meeressedimentkernproben die vertrauenswürdigsten Beweismittel.
Paläontologisch:Dieser Beweis besteht aus Veränderungen in der geographischen Verteilung von Fossilien. Grundsätzlich sterben Organismen, die unter wärmeren Bedingungen gedeihen, während der Eiszeiten aus (oder werden in niedrigeren Breiten stark eingeschränkt), während kälteangepasste Organismen in diesen Breiten gedeihen. Ergo ist die reduzierte Fossilienmenge in höheren Breiten ein Hinweis auf die Ausbreitung von Gletschereisschilden.
Diese Beweise können auch schwer zu interpretieren sein, da sie erfordern, dass die Fossilien für den untersuchten geologischen Zeitraum relevant sind. Es erfordert auch, dass Sedimente über weite Breitengrade und lange Zeiträume eine deutliche Korrelation aufweisen (aufgrund von Veränderungen der Erdkruste im Laufe der Zeit). Darüber hinaus gibt es viele uralte Organismen, die die Fähigkeit bewiesen haben, Veränderungen der Bedingungen über Millionen von Jahren zu überleben.
Daher verlassen sich Wissenschaftler, wo immer möglich, auf einen kombinierten Ansatz und mehrere Beweislinien.
Eiszeiten sind durch einen Rückgang der globalen Durchschnittstemperaturen gekennzeichnet, was zu einer weltweiten Ausdehnung der Eisschilde führt. Bildnachweis: NASA
Ursachen von Eiszeiten:
Der wissenschaftliche Konsens ist, dass mehrere Faktoren zum Ausbruch von Eiszeiten beitragen. Dazu gehören Änderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne, die Bewegung tektonischer Platten, Variationen der Sonnenleistung, Änderungen der atmosphärischen Zusammensetzung, vulkanische Aktivität und sogar der Einschlag großer Meteoriten. Viele davon sind miteinander verbunden, und die genaue Rolle, die jedes Spiel spielt, wird diskutiert.
Umlaufbahn der Erde:Im Wesentlichen unterliegt die Umlaufbahn der Erde um die Sonne zyklischen Schwankungen im Laufe der Zeit, ein Phänomen, das auch als Milankovic- (oder Milankovitch-) Zyklen bekannt ist. Diese sind gekennzeichnet durch sich ändernde Entfernungen von der Sonne, die Präzession der Erdachse und die sich ändernde Neigung der Erdachse – all dies führt zu einer Umverteilung des von der Erde empfangenen Sonnenlichts.
Die überzeugendsten Beweise für den Orbitalantrieb von Milankovic entsprechen weitgehend der jüngsten (und untersuchten) Periode in der Erdgeschichte (ca. während der letzten 400.000 Jahre). Während dieser Zeit ist der Zeitpunkt der Eis- und Zwischeneiszeiten so nah an den Veränderungen der Milankovic-Orbitalantriebsperioden, dass dies die am weitesten verbreitete Erklärung für die letzte Eiszeit ist.
Tektonischen Platten:Die geologischen Aufzeichnungen zeigen eine offensichtliche Korrelation zwischen dem Einsetzen von Eiszeiten und den Positionen der Kontinente der Erde. Während dieser Zeit befanden sie sich in Positionen, die den Zufluss von warmem Wasser zu den Polen störten oder blockierten und so die Bildung von Eisschilden ermöglichten.
Die tektonischen Platten der Erde. Bildnachweis: msnucleus.org
Dies wiederum erhöhte die Albedo der Erde, was die Menge an Sonnenenergie verringert, die von der Erdatmosphäre und -kruste absorbiert wird. Dies führte zu einer positiven Rückkopplungsschleife, bei der das Vorrücken der Eisschilde die Albedo der Erde weiter erhöhte und mehr Abkühlung und mehr Vergletscherung ermöglichte. Dies würde so lange andauern, bis mit dem Einsetzen eines Treibhauseffekts die Eiszeit beendet wurde.
Basierend auf vergangenen Eiszeiten wurden drei Konfigurationen identifiziert, die zu einer Eiszeit führen könnten – ein Kontinent, der auf dem Erdpol sitzt (wie die Antarktis heute); ein Polarmeer, das vom Land umschlossen ist (wie es der Arktische Ozean heute ist); und ein Superkontinent, der den größten Teil des Äquators bedeckt (wie Rodinia während der kryogenischen Zeit tat).
Darüber hinaus glauben einige Wissenschaftler, dass die vor 70 Millionen Jahren entstandene Gebirgskette des Himalaya in der jüngsten Eiszeit eine große Rolle gespielt hat. Durch die Erhöhung des Gesamtniederschlags der Erde hat es auch die Geschwindigkeit erhöht, mit der CO² aus der Atmosphäre entfernt wurde (wodurch der Treibhauseffekt verringert wird). Seine Existenz ging auch mit dem langfristigen Rückgang der Durchschnittstemperatur der Erde in den letzten 40 Millionen Jahren einher.
Atmosphärische Zusammensetzung:Es gibt Hinweise darauf, dass die Treibhausgase mit dem Vordringen der Eisschilde sinken und mit ihrem Rückzug steigen. Laut ' Schneeball Erde ”-Hypothese – bei der in der Vergangenheit der Planet zumindest einmal ganz oder fast vollständig von Eis bedeckt war – wurde die Eiszeit des späten Proterozoikums durch einen Anstieg des CO²-Gehalts in der Atmosphäre beendet, der auf Vulkanausbrüche zurückgeführt wurde.
Bild des Harding-Eisfeldes auf der Kenai-Halbinsel in Alaska. Credit: US Fish and Wildlife Service
Es gibt jedoch diejenigen, die vermuten, dass erhöhte Kohlendioxidwerte eher als Rückkopplungsmechanismus als als Ursache gedient haben. Im Jahr 2009 erstellte beispielsweise ein internationales Wissenschaftlerteam eine Studie mit dem Titel 'The Last Glacial Maximum', die darauf hindeutete, dass eine Zunahme der Sonneneinstrahlung (dh die von der Sonne absorbierte Energie) die anfängliche Änderung bewirkte, während die Treibhausgase für die Ausmaß der Veränderung.
Große Eiszeiten:
Wissenschaftler haben festgestellt, dass in der Erdgeschichte mindestens fünf große Eiszeiten stattgefunden haben. Dazu gehören die Huron-, Kryogen-, Anden-Sahara-, Karoo- und Qauternär-Eiszeiten. Die Huronische Eiszeit wird auf das frühe Protzerozoikum vor etwa 2,4 bis 2,1 Milliarden Jahren datiert, basierend auf geologischen Erkenntnissen, die nördlich und nordöstlich des Huronsees beobachtet wurden (und mit Ablagerungen in Michigan und Westaustralien korreliert).
Die kryogene Eiszeit dauerte vor etwa 850 bis 630 Millionen Jahren und war vielleicht die schwerste in der Erdgeschichte. Es wird angenommen, dass die Gletschereisplatten in dieser Zeit den Äquator erreichten, was zu einem „Schneeballerde“-Szenario führte. Es wird auch angenommen, dass dies aufgrund eines plötzlichen Anstiegs der vulkanischen Aktivität endete, der einen Treibhauseffekt auslöste, obwohl dies (wie bereits erwähnt) umstritten ist.
Die Anden-Sahara-Eiszeit ereignete sich im späten Ordovizium und im Silur (vor etwa 460 bis 420 Millionen Jahren). Wie der Name schon sagt, basieren die Beweise hier auf geologischen Proben aus dem Tassili n'Ajjer-Gebirge in der Westsahara und korreliert mit Beweisen aus der Andenkette in Südamerika (sowie der arabischen Halbinsel und dem Süden). Amazonas Becken).
Treibendes Eis an der Kalbungsfront des grönländischen Kangerdlugssuaq-Gletschers, fotografiert im Jahr 2011 während der Operation IceBridge. Bildnachweis: NASA/Michael Studinger
Die Karoo-Eiszeit wird auf die Entwicklung von Landpflanzen während des Beginns der Devon-Zeit (vor ca. 360 bis 260 Millionen Jahren) zurückgeführt, die einen langfristigen Anstieg des planetarischen Sauerstoffgehalts und eine Verringerung des CO²-Gehalts verursachte – was zu globalen Kühlung. Es ist nach Sedimentablagerungen benannt, die in der Karoo-Region in Südafrika entdeckt wurden, mit entsprechenden Beweisen, die in Argentinien gefunden wurden.
Die aktuelle Eiszeit, die als Pliozän-Quartäre Vereisung bekannt ist, begann vor etwa 2,58 Millionen Jahren während des späten Pliozäns, als die Ausbreitung der Eisschilde auf der nördlichen Hemisphäre begann. Seitdem hat die Welt mehrere Eis- und Zwischeneiszeiten erlebt, in denen Eisschilde auf Zeitskalen von 40.000 bis 100.000 Jahren vor- und zurückgehen.
Die Erde befindet sich derzeit in einer Zwischeneiszeit, und die letzte Eiszeit endete vor etwa 10.000 Jahren. Die Überreste der kontinentalen Eisschilde, die sich einst über den Globus erstreckten, sind heute auf Grönland und die Antarktis sowie auf kleinere Gletscher beschränkt – wie der, der die Baffininsel bedeckt.
Anthropogener Klimawandel:
Die genaue Rolle aller Mechanismen, denen Eiszeiten zugeschrieben werden – also Orbitalantrieb, Sonnenantrieb, geologische und vulkanische Aktivität – ist noch nicht vollständig verstanden. Angesichts der Rolle von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasemissionen gab es in den letzten Jahrzehnten jedoch große Besorgnis über die langfristigen Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf den Planeten.
Zum Beispiel wird angenommen, dass in mindestens zwei großen Eiszeiten, der Kryogen- und der Karoo-Eiszeit, Zunahmen und Abnahmen der atmosphärischen Treibhausgase eine wichtige Rolle gespielt haben. In allen anderen Fällen, in denen der Orbitalantrieb als Hauptursache für das Ende einer Eiszeit angesehen wird, waren immer noch erhöhte Treibhausgasemissionen für die negative Rückkopplung verantwortlich, die zu noch stärkeren Temperaturerhöhungen führte.
Die Zugabe von CO2 durch menschliche Aktivitäten hat auch eine direkte Rolle bei den weltweit stattfindenden Klimaveränderungen gespielt. Derzeit stellt die Verbrennung fossiler Brennstoffe durch den Menschen die größte Quelle von Kohlendioxidemissionen (ca. 90%) weltweit dar, einem der wichtigsten Treibhausgase, das den Strahlungsantrieb (auch bekannt als Treibhauseffekt) ermöglicht.
Im Jahr 2013 gab die National Oceanic and Atmospheric Administration bekannt, dass der CO²-Gehalt in der oberen Atmosphäre erreicht wurde 400 Teile pro Million (ppm) erstmals seit Beginn der Messungen im 19. Jahrhundert. Basierend auf der aktuellen Wachstumsrate der Emissionen, Schätzungen der NASA dass der Kohlenstoffgehalt im kommenden Jahrhundert zwischen 550 und 800 ppm erreichen könnte.
Wenn das erstere Szenario der Fall ist, erwartet die NASA einen Anstieg der durchschnittlichen globalen Temperaturen um 2,5 ° C (4,5 ° F), was nachhaltig wäre. Sollte sich das letztere Szenario jedoch erweisen, werden die globalen Temperaturen um durchschnittlich 4,5 °C (8 °F) steigen, was für viele Teile der Erde das Leben unhaltbar machen würde. Aus diesem Grund wird nach Alternativen für die Entwicklung und eine breite kommerzielle Anwendung gesucht.
Darüber hinaus geht aus einer Forschungsstudie aus dem Jahr 2012 hervor, die in . veröffentlicht wurdeNatur Geowissenschaften– mit dem Titel „ Bestimmung der natürlichen Länge des aktuellen Interglazials “ – Es wird erwartet, dass die menschlichen CO²-Emissionen auch die nächste Eiszeit hinauszögern. Anhand von Daten über die Erdumlaufbahn, um die Länge der Zwischeneiszeiten zu berechnen, kam das Forschungsteam zu dem Schluss, dass das nächste Eis (voraussichtlich in 1500 Jahren) erfordert, dass der atmosphärische CO²-Gehalt unter etwa 240?ppm bleibt.
Mehr über die längeren Eiszeiten sowie die kürzeren Eiszeiten in der Vergangenheit der Erde zu erfahren, ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie sich das Klima der Erde im Laufe der Zeit verändert. Dies ist besonders wichtig, da Wissenschaftler herausfinden wollen, wie viel des modernen Klimawandels vom Menschen verursacht wird und welche möglichen Gegenmaßnahmen entwickelt werden können.
Wir haben viele Artikel über die Eiszeit für Universe Today geschrieben. Hier ist Neue Studie enthüllt kleine Eiszeit, getrieben vom Vulkanismus , Hat ein Killer-Asteroid den Planeten in eine Eiszeit getrieben? , Gab es eine Slushball-Erde? , und Kommt der Mars aus einer Eiszeit?
Wenn Sie mehr über die Erde erfahren möchten, schauen Sie vorbei Der NASA-Leitfaden zur Erforschung des Sonnensystems auf der Erde . Und hier ist ein Link zu Erdobservatorium der NASA .
Wir haben auch eine Episode von Astronomy Cast rund um den Planeten Erde aufgenommen. Hör zu, Folge 51: Erde und Folge 308: Klimawandel .
Quelle:
