Künstlerische Darstellung der Erde während der Eiszeit im Pleistozän ( Eiszeitmaximum) .

Eine Eiszeit ist ein Zeitraum, in dem die niedrigeren Temperaturen der Erdoberfläche und der Atmosphäre zur Entstehung oder Ausdehnung kontinentaler und polarer Eisschilde sowie alpiner Gletscher führen . Der Begriff wird in verschiedenen Bedeutungen sowohl für sehr lange als auch für vergleichsweise kurze Abkühlungsperioden verwendet. Kältere Perioden werden als Glaziale oder Eiszeiten, wärmere Perioden als Interglaziale bezeichnet.

Das Erdklima wechselt je nach Vorhandensein von Gletschern zwischen Eiszeit- und Warmzeiten. Den größten Teil der Erdgeschichte herrschte Warmzeit mit wenig oder gar keinem permanenten Eis. Langfristig gesehen befindet sich die Erde derzeit in einer Eiszeit, dem sogenannten späten Känozoikum , das vor 34 Millionen Jahren begann. Innerhalb dieser Eiszeit gab es kältere und wärmere Perioden. Der Begriff wird auch für die quartäre Vereisung verwendet , die vor 2,58 Millionen Jahren begann. In diesem Zeitraum endete vor 115.000 Jahren die letzte Warmzeit (Interglazial ), gefolgt von der letzten Eiszeit (LGP), die in das gegenwärtige warme Holozän überging , das vor 11.700 Jahren begann. Die kälteste Phase der LGP war das letzte glaziale Maximum , das seinen Höhepunkt vor 26.000 bis 20.000 Jahren erreichte. Die letzte Vereisung war die Jüngere Dryaszeit vor 12.800 bis 11.700 Jahren.

Forschungsgeschichte

1742 besuchte Pierre Martel (1706–1767), ein in Genf lebender Ingenieur und Geograph, das Chamonix -Tal in den Savoyer Alpen . [ 1 ] [ 2 ] Zwei Jahre später veröffentlichte er einen Reisebericht. Darin berichtete er, dass die Bewohner des Tals die Verstreuung der Findlinge den Gletschern zuschrieben und erklärten, diese hätten sich einst viel weiter ausgedehnt. [ 3 ] [ 4 ] Später wurden ähnliche Erklärungen aus anderen Regionen der Alpen berichtet. 1815 erklärte der Zimmermann und Gämsenjäger Jean-Pierre Perraudin (1767–1858) die Findlinge im Val de Bagnes im Schweizer Kanton Wallis mit der einst größeren Ausdehnung der Gletscher. [ 5 ] Ein unbekannter Holzfäller aus Meiringen im Berner Oberland vertrat 1834 in einer Diskussion mit dem schweizerisch-deutschen Geologen Jean de Charpentier (1786–1855) eine ähnliche Ansicht. [ 6 ] Vergleichbare Erklärungen sind auch aus dem Val de Ferret im Wallis und dem Seeland in der Westschweiz [ 7 ] sowie aus Goethes wissenschaftlichem Werk bekannt . [ 8 ] Solche Erklärungen fanden sich auch in anderen Teilen der Welt. Als der bayerische Naturforscher Ernst von Bibra (1806–1878) 1849/50 die chilenischen Anden bereiste, führten die Einheimischen die dortigen fossilen Moränen auf die frühere Aktivität von Gletschern zurück. [ 9 ]

Unterdessen begannen europäische Gelehrte sich zu fragen, was die Verteilung von Findlingen verursacht hatte. Ab Mitte des 18. Jahrhunderts diskutierten einige Eis als mögliches Transportmittel. Der schwedische Bergbauexperte Daniel Tilas (1712–1772) war 1742 der Erste, der treibendes Meereis als Ursache für das Vorkommen von Findlingen in Skandinavien und im Baltikum vermutete. [ 10 ] 1795 erklärte der schottische Philosoph und Naturforscher James Hutton (1726–1797) die Findlinge in den Alpen mit der Wirkung von Gletschern. [ 11 ] Zwei Jahrzehnte später, 1818, veröffentlichte der schwedische Botaniker Göran Wahlenberg (1780–1851) seine Theorie einer Vergletscherung der Skandinavischen Halbinsel. Er betrachtete die Vergletscherung als ein regionales Phänomen. [ 12 ]

Der Haukalivatnet-See (50 Meter über dem Meeresspiegel), an dem Jens Esmark 1823 Ähnlichkeiten zu Moränen in der Nähe bestehender Gletscher im Hochgebirge entdeckte.

Nur wenige Jahre später argumentierte der dänisch-norwegische Geologe Jens Esmark (1762–1839) für eine Abfolge weltweiter Eiszeiten. In einer 1824 veröffentlichten Arbeit schlug Esmark Klimaveränderungen als Ursache dieser Vereisungen vor. Er versuchte nachzuweisen, dass sie auf Veränderungen der Erdumlaufbahn zurückzuführen waren. [ 13 ] Esmark entdeckte die Ähnlichkeit zwischen Moränen nahe des Haukalivatnet- Sees in Rogaland und Moränen an Ausläufern des Jostedalsbreen . Esmarks Entdeckung wurde später Theodor Kjerulf und Louis Agassiz zugeschrieben oder von ihnen übernommen . [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

In den folgenden Jahren wurden Esmarks Ideen von schwedischen, schottischen und deutschen Wissenschaftlern diskutiert und teilweise übernommen. An der Universität Edinburgh schien Robert Jameson (1774–1854) Esmarks Ideen relativ aufgeschlossen gegenüberzustehen, wie der norwegische Glaziologieprofessor Bjørn G. Andersen (1992) darlegte. [ 17 ] Jamesons Bemerkungen über urzeitliche Gletscher in Schottland wurden höchstwahrscheinlich von Esmark angeregt. [ 18 ] In Deutschland übernahm Albrecht Reinhard Bernhardi (1797–1849), Geologe und Professor für Forstwissenschaft an einer Akademie in Dreissigacker (heute eingemeindet in Meiningen, Südthüringen ) , Esmarks Theorie. In einer 1832 veröffentlichten Arbeit spekulierte Bernhardi darüber, dass die Polarkappen einst bis in die gemäßigten Zonen der Erde reichten. [ 19 ]

Im Val de Bagnes , einem Tal in den Schweizer Alpen , hielt sich lange die Vorstellung, das Tal sei einst von Eis bedeckt gewesen. 1815 versuchte der einheimische Gämsenjäger Jean-Pierre Perraudin, den Geologen Jean de Charpentier von dieser Idee zu überzeugen. Er führte tiefe Schrammen im Gestein und riesige Findlinge als Beweise an. Charpentier war jedoch der Ansicht, diese Spuren seien von gewaltigen Überschwemmungen verursacht worden, und wies Perraudins Theorie als absurd zurück. 1818 schloss sich der Ingenieur Ignatz Venetz Perraudin und Charpentier an, um einen oberhalb des Tals gelegenen Gletschersee zu untersuchen. Dieser war durch einen Eisdamm infolge des Ausbruchs des Tambora im Jahr 1815 entstanden, dessen Bruch eine katastrophale Flut hätte auslösen können. Perraudin versuchte vergeblich, seine Kollegen von seiner Theorie zu überzeugen. Als der Damm schließlich brach, gab es jedoch nur geringfügige Findlinge und keine Gletscherschliffspuren. Venetz schloss daraus, dass Perraudin Recht hatte und nur Eis solche gewaltigen Veränderungen hätte verursachen können. 1821 trug er der Schweizerischen Gesellschaft einen preisgekrönten Vortrag über seine Theorie vor. Dieser wurde jedoch erst 1834 veröffentlicht, nachdem Charpentier, der sich ebenfalls seiner Theorie angeschlossen hatte, ihn zusammen mit seiner eigenen, weit verbreiteten Abhandlung publiziert hatte. [ 20 ]

Zur gleichen Zeit untersuchte der deutsche Botaniker Karl Friedrich Schimper (1803–1867) Moose, die auf Findlingen im bayerischen Alpenraum wuchsen. Er fragte sich, woher diese Gesteinsmassen stammten. Im Sommer 1835 unternahm er mehrere Exkursionen in die Bayerischen Alpen. Schimper kam zu dem Schluss, dass Eis die Findlinge im Alpenraum transportiert haben musste. Im Winter 1835/36 hielt er einige Vorträge in München. Schimper nahm daraufhin an, dass es globale Verödungszeiten mit kaltem Klima und gefrorenem Wasser gegeben haben müsse. [ 21 ] Die Sommermonate des Jahres 1836 verbrachte Schimper mit seinem ehemaligen Studienfreund Louis Agassiz (1801–1873) und Jean de Charpentier in Devens bei Bex in den Schweizer Alpen. Schimper, Charpentier und möglicherweise auch Venetz überzeugten Agassiz von der Existenz einer Eiszeit. Im Winter 1836/37 entwickelten Agassiz und Schimper die Theorie einer Abfolge von Vereisungen. Sie stützten sich dabei hauptsächlich auf die vorangegangenen Arbeiten von Venetz und Charpentier sowie auf ihre eigenen Feldstudien. Agassiz scheint zu dieser Zeit bereits mit Bernhardis Arbeit vertraut gewesen zu sein. [ 22 ] Anfang 1837 prägte Schimper den Begriff „Eiszeit“ für die Periode der Gletscher. [ 23 ] Im Juli 1837 präsentierte Agassiz ihre Synthese auf der Jahrestagung der Schweizerischen Gesellschaft für Naturforschung in Neuenburg. Das Publikum reagierte sehr kritisch, und einige lehnten die neue Theorie ab, da sie den etablierten Ansichten zur Klimageschichte widersprach. Die meisten zeitgenössischen Wissenschaftler gingen davon aus, dass sich die Erde seit ihrer Entstehung als geschmolzener Globus allmählich abgekühlt hatte. [ 24 ]

Um die Skeptiker zu überzeugen, begann Agassiz mit geologischen Feldstudien. 1840 veröffentlichte er sein Buch „Studien über Gletscher “ („Études sur les glaciers“). [ 25 ] Charpentier war darüber verärgert, da er ebenfalls ein Buch über die Vergletscherung der Alpen vorbereitete. Charpentier war der Ansicht, Agassiz hätte ihm den Vorrang einräumen sollen, da er es war, der Agassiz in die eingehende Gletscherforschung eingeführt hatte. [ 26 ] Aufgrund persönlicher Streitigkeiten hatte Agassiz in seinem Buch auch Schimper nicht erwähnt. [ 27 ]

Es dauerte mehrere Jahrzehnte, bis die Eiszeittheorie von Wissenschaftlern vollständig akzeptiert wurde. Dies geschah auf internationaler Ebene in der zweiten Hälfte der 1870er Jahre, nach den Arbeiten von James Croll , darunter die Veröffentlichung von „Climate and Time, in Their Geological Relations“ im Jahr 1875, die eine plausible Erklärung für die Ursachen der Eiszeiten lieferte. [ 28 ]

Beweis

Es gibt drei Hauptarten von Beweisen für Eiszeiten: geologische, chemische und paläontologische.

Geologische Belege für Eiszeiten finden sich in vielfältiger Form, darunter Felsabtragung und -kratzer, Gletschermoränen , Drumlins , Taleinschnitte sowie die Ablagerung von Geschiebemergel oder Tillit und Findlingen . Aufeinanderfolgende Vereisungen neigen dazu, die geologischen Spuren früherer Vereisungen zu verzerren und auszulöschen, was ihre Interpretation erschwert. Zudem war es schwierig, diese Belege exakt zu datieren; frühe Theorien gingen davon aus, dass die Eiszeiten im Vergleich zu den langen Warmzeiten kurz waren. Die Gewinnung von Sediment- und Eiskernen brachte die wahre Situation ans Licht: Eiszeiten sind lang, Warmzeiten kurz. Es dauerte einige Zeit, bis die heutige Theorie entwickelt war.

Die chemischen Belege bestehen hauptsächlich aus Variationen der Isotopenverhältnisse in Fossilien, die in Sedimenten, Sedimentgesteinen und Meeressedimentkernen vorkommen . Für die jüngsten Eiszeiten liefern Eiskerne Klimaindikatoren , sowohl aus dem Eis selbst als auch aus atmosphärischen Proben, die durch eingeschlossene Luftblasen gewonnen wurden. Da Wasser mit leichteren Isotopen eine geringere Verdampfungswärme besitzt , nimmt sein Anteil bei wärmeren Bedingungen ab. [ 29 ] Dies ermöglicht die Erstellung eines Temperaturverlaufs. Diese Belege können jedoch durch andere Faktoren, die sich in den Isotopenverhältnissen widerspiegeln, verfälscht werden.

Die paläontologischen Belege bestehen aus Veränderungen in der geografischen Verteilung von Fossilien. Während einer Eiszeit breiteten sich kälteangepasste Organismen in niedrigere Breitengrade aus, während wärmere Organismen ausstarben oder sich in niedrigere Breitengrade zurückzogen. Diese Belege sind zudem schwer zu interpretieren, da sie Folgendes erfordern:

  1. Abfolgen von Sedimenten, die sich über einen langen Zeitraum und einen weiten Breitengradbereich erstrecken und leicht korreliert werden können;
  2. Urzeitliche Organismen, die mehrere Millionen Jahre ohne Veränderung überleben und deren Temperaturpräferenzen leicht diagnostiziert werden können; und
  3. die Auffindung der entsprechenden Fossilien.

Trotz der Schwierigkeiten liefert die Analyse von Eis- und Meeressedimentkernen [ 30 ] verlässliche Daten zu Eis- und Warmzeiten der letzten Millionen Jahre. Sie bestätigt auch den Zusammenhang zwischen Eiszeiten und kontinentalen Krustenphänomenen wie Moränen, Drumlins und Findlingen. Daher gelten diese Phänomene als gute Belege für frühere Eiszeiten, wenn sie in Schichten gefunden werden, die deutlich vor dem Zeitraum entstanden sind, für den Eis- und Meeressedimentkerne vorliegen.

Große Eiszeiten

Zeitleiste der Vereisungen, blau dargestellt

In der Erdgeschichte gab es mindestens fünf große Eiszeiten (die Huronische , die Cryogenische , die Andin-Saharanische , die späte Paläozoische und die jüngste Quartäre Eiszeit ). Außerhalb dieser Eiszeiten ging man bisher davon aus, dass die Erde selbst in hohen Breiten eisfrei war; [ 31 ] [ 32 ] solche Perioden werden als Treibhausperioden bezeichnet . [ 33 ] Andere Studien widersprechen dem jedoch und finden Hinweise auf gelegentliche Vereisungen in hohen Breiten, selbst während vermeintlicher Treibhausperioden. [ 34 ] [ 35 ]

Eiszeitkarte Norddeutschlands und seiner nördlichen Nachbarn. Rot: Maximale Vereisung der Weichsel -Eiszeit; Gelb: Maximale Vereisung der Saale -Eiszeit (Drenthe-Stadium); Blau: Maximale Vereisung der Elster -Eiszeit.

Gesteine ​​der frühesten gut belegten Eiszeit, der sogenannten Huronischen Eiszeit , wurden auf etwa 2,4 bis 2,1 Milliarden Jahre vor heute im frühen Proterozoikum datiert . Mehrere hundert Kilometer der Huronischen Supergruppe sind 10 bis 100 Kilometer nördlich des Nordufers des Huronsees aufgeschlossen und erstrecken sich von der Nähe von Sault Ste. Marie bis nach Sudbury, nordöstlich des Huronsees. Sie bestehen aus riesigen Schichten verfestigter Geschiebemergel, Findlingen , Warven , Schmelzwasserablagerungen und ausgewaschenen Grundgesteinen. Korrelative huronische Ablagerungen wurden in der Nähe von Marquette, Michigan , gefunden und mit paläoproterozoischen Gletscherablagerungen aus Westaustralien korreliert. Die Huronische Eiszeit wurde durch den Rückgang des atmosphärischen Methans , eines Treibhausgases , während des Großen Sauerstoffereignisses verursacht . [ 36 ]

Die nächste gut dokumentierte Eiszeit, die wahrscheinlich schwerste der letzten Milliarde Jahre, ereignete sich vor 720 bis 630 Millionen Jahren (das Cryogenium ) und führte möglicherweise zu einer „ Schneeball-Erde“, in der die Gletschereisschilde bis zum Äquator reichten [ 37 ]. Ihr Ende könnte durch die Ansammlung von Treibhausgasen wie dem vulkanischen CO₂ gefunden worden sein. „Das Vorhandensein von Eis auf den Kontinenten und Packeis in den Ozeanen würde sowohl die Silikatverwitterung als auch die Photosynthese hemmen , die beiden wichtigsten CO₂-Senken der Gegenwart.“ [ 38 ] Es wurde vermutet, dass das Ende dieser Eiszeit für die darauffolgende Ediacarium- und Kambrium-Explosion verantwortlich war , obwohl dieses Modell relativ neu und umstritten ist.

Die Anden-Sahara-Formation fand vor 460 bis 420 Millionen Jahren, im späten Ordovizium und im Silur, statt .

Sedimentablagerungen, die die schwankenden Abfolgen von Eiszeiten und Warmzeiten während der letzten Millionen Jahre zeigen

Die Entwicklung der Landpflanzen zu Beginn des Devon führte zu einem langfristigen Anstieg des Sauerstoffgehalts und einer Abnahme des CO₂- Gehalts auf der Erde, was die spätpaläozoische Eiszeit zur Folge hatte . Diese wurde früher als Karoo-Vereisung bezeichnet, benannt nach den Geschiebemergelablagerungen in der Karoo-Region Südafrikas. Vor 360 bis 260 Millionen Jahren, während des Karbons und des frühen Perms , gab es in Südafrika zeitweise ausgedehnte Polareiskappen . Ähnliche Phänomene sind aus Argentinien bekannt, das ebenfalls im Zentrum des Urkontinents Gondwana lag .

Obwohl das Mesozoikum über seinen gesamten Zeitraum ein Treibhausklima aufwies und man früher annahm, es sei gänzlich eisfrei gewesen, deuten neuere Studien darauf hin, dass es in der Unterkreide auf beiden Hemisphären zu kurzen Vereisungsperioden kam. Geologische und paläoklimatologische Aufzeichnungen legen die Existenz von Eiszeiten während des Valanginiums , Hauteriviums und Aptiums der Unterkreide nahe. Eisverfrachtete Findlinge deuten darauf hin, dass sich die Eisschilde der Nordhalbkugel im Hauterivium und Aptium bis zur Iberischen Halbinsel erstreckten . [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] Obwohl die Eisschilde für den Rest des Zeitraums weitgehend von der Erde verschwanden (mögliche Berichte aus dem Turonium , der wärmsten Periode des Phanerozoikums, sind umstritten), [ 34 ] [ 35 ] scheinen Eisschilde und das dazugehörige Meereis gegen Ende des Maastrichtiums, kurz vor dem Massenaussterben an der Kreide-Paläogen-Grenze, kurzzeitig in die Antarktis zurückgekehrt zu sein . [ 35 ] [ 42 ]

Die quartäre Vereisung/Eiszeit begann vor etwa 2,58 Millionen Jahren zu Beginn des Quartärs mit der Ausbreitung der Eisschilde auf der Nordhalbkugel. Seitdem erlebt die Erde Zyklen von Vereisungen, in denen die Eisschilde in Zeiträumen von 40.000 bis 100.000 Jahren vorrückten und sich zurückzogen. Diese Zyklen werden als Eiszeiten (Glaziale oder Gletschervorstöße) und Warmzeiten (Interglaziale oder Gletscherrückzüge) bezeichnet. Die Erde befindet sich derzeit in einer Warmzeit; die letzte Eiszeit endete vor etwa 11.700 Jahren. Von den kontinentalen Eisschilden sind heute nur noch die grönländischen und antarktischen Eisschilde sowie kleinere Gletscher wie beispielsweise auf der Baffininsel erhalten .

Die Definition des Quartärs mit Beginn vor 2,58 Millionen Jahren basiert auf der Bildung der arktischen Eiskappe . Der antarktische Eisschild begann sich bereits früher, vor etwa 34 Millionen Jahren, im mittleren Känozoikum ( Eozän-Oligozän-Grenze ) zu bilden. Der Begriff „Spätkänozoische Eiszeit“ umfasst auch diese frühe Phase. [ 43 ]

Eiszeiten lassen sich weiter nach Ort und Zeit unterteilen; beispielsweise bezeichnen die Namen Riss (180.000–130.000 Jahre v. Chr. ) und Würm (70.000–10.000 Jahre v. Chr.) speziell die Vereisung im Alpenraum . Die maximale Ausdehnung des Eises bleibt nicht über den gesamten Zeitraum erhalten. Die Erosionskraft jeder Vereisung beseitigt die meisten Spuren früherer Eisschilde nahezu vollständig, außer in Gebieten, in denen der spätere Eisschild keine vollständige Bedeckung erreicht.

Eiszeiten und Warmzeiten

Muster der Temperatur- und Eisvolumenänderungen im Zusammenhang mit den jüngsten Eis- und Warmzeiten
Minimale und maximale Vergletscherung
Minimale (Interglazialzeit, schwarz) und maximale (Glazialzeit, grau) Vereisung der Nordhalbkugel
Minimale (Interglazialzeit, schwarz) und maximale (Glazialzeit, grau) Vereisung der Südhalbkugel

Innerhalb der gegenwärtigen Vereisung traten sowohl gemäßigtere als auch extremere Perioden auf. Die kälteren Perioden werden als Eiszeiten , die wärmeren als Zwischeneiszeiten bezeichnet , wie beispielsweise die Eem-Eiszeit . [ 44 ] Es gibt Hinweise darauf, dass ähnliche Eiszeitzyklen auch in früheren Vereisungen auftraten, darunter die Anden-Sahara- Eiszeit [ 45 ] und das spätpaläozoische Eiszeitalter. Die Eiszeitzyklen des spätpaläozoischen Eiszeitalters sind wahrscheinlich für die Ablagerung von Zyklothemen verantwortlich . [ 46 ]

Eiszeiten sind durch kühlere und trockenere Klimazonen auf dem größten Teil der Erde und große Land- und Meereismassen gekennzeichnet, die sich von den Polen ausbreiten. Gebirgsgletscher in ansonsten eisfreien Gebieten reichen aufgrund der niedrigeren Schneegrenze bis in tiefere Lagen . Der Meeresspiegel sinkt durch das Verschwinden großer Wassermengen aus den Eiskappen. Es gibt Hinweise darauf, dass die Meeresströmungen durch Vereisungen gestört werden. Eiszeiten und Warmzeiten fallen mit Veränderungen der orbitalen Klimaeinflüsse aufgrund der Milankovitch-Zyklen zusammen . Diese Zyklen beschreiben periodische Veränderungen der Erdumlaufbahn und der Neigung der Erdachse.

Die Erde befindet sich seit etwa 11.700 Jahren in einer Warmzeit, dem Holozän [ 47 ]. Ein Artikel in Nature aus dem Jahr 2004 argumentiert, dass diese Warmzeit am ehesten einer vorangegangenen Warmzeit von 28.000 Jahren ähnelt [ 48 ] . Prognostizierte Veränderungen der orbitalen Strahlungsantriebe deuten darauf hin, dass die nächste Kaltzeit frühestens in 50.000 Jahren beginnen wird. Darüber hinaus wird geschätzt, dass der anthropogene Strahlungsantrieb durch erhöhte Treibhausgaskonzentrationen den orbitalen Strahlungsantrieb der Milankovitch-Zyklen für Hunderttausende von Jahren überwiegen könnte [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ].

Feedbackprozesse

Jede Eiszeit unterliegt positiven Rückkopplungsmechanismen , die sie verstärken, und negativen Rückkopplungen , welche die Gesamtklimareaktion auf verschiedene Einflüsse dämpfen. Im Falle der quartären Eiszeiten trugen die hohe Albedo der Erde aufgrund von Eisschilden und atmosphärischem Staub sowie die niedrigen CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre zu kalten Eiszeitklimaten bei. [ 52 ]

Diagramm der wichtigsten Rückkopplungen im Klima-Kohlenstoff-Kreislauf, die quartäre Klimate und Temperaturen, die verallgemeinerte Milankovitch-Theorie (GMT), mit atmosphärischem CO₂ und Eisschilden verknüpfen . [ 53 ] Positive Rückkopplungen verstärken und negative Rückkopplungen dämpfen Umweltveränderungen; langsam wirkende Reaktionen sind als gestrichelte Pfeile dargestellt.

Positiv

Eine wichtige Form der Rückkopplung stellt die Albedo der Erde dar , also wie viel Sonnenenergie von der Erde reflektiert statt absorbiert wird. Eis und Schnee erhöhen die Albedo der Erde, während Wälder sie verringern. Sinkt die Lufttemperatur, wachsen Eis- und Schneefelder und reduzieren die Waldfläche. Dieser Prozess setzt sich fort, bis ein negativer Rückkopplungsmechanismus das System in ein Gleichgewicht bringt.

Eine Theorie besagt, dass bei der Entstehung von Gletschern zwei Dinge geschehen: Das Eis zermahlt Gestein zu Staub, und das Land wird trocken und arid. Dadurch können Winde eisenreichen Staub ins offene Meer transportieren, wo er als Dünger wirkt und massive Algenblüten verursacht, die große Mengen CO₂ aus der Atmosphäre binden . Dies wiederum führt zu weiterer Abkühlung und lässt die Gletscher weiter wachsen. [ 54 ]

Ewing und Donn [ 55 ] stellten 1956 die Hypothese auf, dass ein eisfreier Arktischer Ozean zu vermehrtem Schneefall in höheren Breiten führt. Wenn der Arktische Ozean von kaltem Eis bedeckt ist, findet nur geringe Verdunstung und Sublimation statt , und die Polarregionen sind hinsichtlich des Niederschlags recht trocken, vergleichbar mit den Niederschlagsmengen in Wüsten mittlerer Breiten . Dieser geringe Niederschlag ermöglicht es, dass der Schnee in höheren Breiten im Sommer schmilzt. Ein eisfreier Arktischer Ozean absorbiert während der langen Sommertage die Sonnenstrahlung und lässt mehr Wasser in die arktische Atmosphäre verdunsten. Bei höheren Niederschlägen schmilzt ein Teil dieses Schnees im Sommer möglicherweise nicht, sodass sich Gletschereis in niedrigeren Höhen und südlicheren Breiten bilden kann. Dies führt, wie bereits erwähnt, durch die erhöhte Albedo zu einer Abkühlung der Temperaturen über Land. Darüber hinaus ermöglicht das Fehlen von Packeis gemäß dieser Hypothese einen verstärkten Wasseraustausch zwischen dem Arktischen und dem Nordatlantischen Ozean, wodurch sich die Arktis erwärmt und der Nordatlantik abkühlt. (Zu den derzeit prognostizierten Folgen der globalen Erwärmung gehört eine kurze eisfreie Periode im Arktischen Ozean bis 2050. ) Zusätzliches Süßwasser, das während eines Erwärmungszyklus in den Nordatlantik strömt, könnte auch die globale Meeresströmung verringern . Eine solche Verringerung (durch die Abschwächung des Golfstroms ) hätte einen kühlenden Effekt auf Nordeuropa, was wiederum zu einer erhöhten Schneemenge in niedrigen Breiten im Sommer führen würde. [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] Es wurde auch vermutet, dass Gletscher während einer ausgedehnten Eiszeit durch den Sankt-Lorenz-Golf fließen und sich so weit in den Nordatlantik ausdehnen könnten, dass sie den Golfstrom blockieren.

Negativ

Eisschilde, die sich während Eiszeiten bilden, erodieren das darunterliegende Land. Dadurch verringert sich die Landfläche über dem Meeresspiegel und somit auch der Raum, auf dem sich Eisschilde bilden können. Dies schwächt den Albedo-Rückkopplungseffekt ab, ebenso wie der mit der Verringerung der Eisschildfläche einhergehende Meeresspiegelanstieg, da das offene Meer eine geringere Albedo als Land aufweist. [ 59 ]

Ein weiterer negativer Rückkopplungsmechanismus ist die mit den Eiszeitmaxima einhergehende erhöhte Trockenheit, die die zur Aufrechterhaltung der Vergletscherung verfügbaren Niederschläge verringert. Der durch diesen oder einen anderen Prozess hervorgerufene Gletscherrückgang kann durch ähnliche inverse positive Rückkopplungen wie bei Gletschervorstößen verstärkt werden. [ 60 ]

Laut einer in Nature Geoscience veröffentlichten Studie werden die menschlichen Kohlendioxidemissionen (CO₂ ) die nächste Eiszeit verzögern. Die Forscher nutzten Daten zur Erdumlaufbahn, um die historische Warmzeit zu ermitteln, die der aktuellen am ähnlichsten ist, und sagten daraus voraus, dass die nächste Eiszeit normalerweise innerhalb von 1500 Jahren beginnen würde. Sie prognostizieren jedoch, dass die Emissionen so hoch waren, dass dies nicht der Fall sein wird. [ 61 ]

Ursachen

Die Ursachen der Eiszeiten sind weder für die großräumigen Eiszeitperioden noch für die kleineren Schwankungen zwischen Glazial- und Interglazialzeiten innerhalb einer Eiszeit vollständig geklärt. Es herrscht jedoch Einigkeit darüber, dass mehrere Faktoren eine wichtige Rolle spielen: die Zusammensetzung der Atmosphäre , wie beispielsweise die Konzentrationen von Kohlendioxid und Methan (die genauen Konzentrationen dieser Gase lassen sich nun anhand der neuen Eiskernproben des Europäischen Projekts für Eiskernbohrungen in der Antarktis (EPICA) Dome C in der Antarktis über die letzten 800.000 Jahre bestimmen); Veränderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne, bekannt als Milankovitch-Zyklen ; die Bewegung tektonischer Platten, die zu Veränderungen der relativen Lage und Menge kontinentaler und ozeanischer Kruste an der Erdoberfläche führt und Wind- und Meeresströmungen beeinflusst ; Schwankungen der Sonnenaktivität ; die Orbitaldynamik des Erde-Mond-Systems; der Einschlag relativ großer Meteoriten und Vulkanismus, einschließlich Ausbrüchen von Supervulkanen . [ 62 ]

Einige dieser Faktoren beeinflussen sich gegenseitig. Beispielsweise können Veränderungen in der Zusammensetzung der Erdatmosphäre (insbesondere der Konzentrationen von Treibhausgasen) das Klima verändern, während der Klimawandel selbst die Zusammensetzung der Atmosphäre verändern kann (zum Beispiel durch eine Veränderung der Geschwindigkeit, mit der die Verwitterung CO2 entfernt ).

Maureen Raymo , William Ruddiman und andere vertreten die These, dass das Tibetische und das Colorado-Plateau riesige CO₂-Speicher sind , die so viel CO₂ aus der globalen Atmosphäre entfernen können , dass sie maßgeblich zur 40 Millionen Jahre andauernden Abkühlung im Känozoikum beigetragen haben . Sie behaupten weiterhin, dass etwa die Hälfte ihrer Hebung (und damit ihrer CO₂ - Speicherkapazität) in den letzten 10 Millionen Jahren stattfand. [ 63 ] [ 64 ]

Veränderungen in der Erdatmosphäre

Es gibt Hinweise darauf, dass die Treibhausgaskonzentrationen zu Beginn der Eiszeiten sanken und während des Rückzugs der Eisschilde wieder anstiegen, doch lässt sich ein ursächlicher Zusammenhang nur schwer herstellen (siehe die obigen Anmerkungen zur Rolle der Verwitterung). Die Treibhausgaskonzentrationen könnten auch durch andere Faktoren beeinflusst worden sein, die als Ursachen für Eiszeiten vorgeschlagen wurden, wie etwa Kontinentaldrift und Vulkanismus.

Die Schneeball-Erde- Hypothese besagt, dass die extreme Vereisung im späten Proterozoikum durch einen Anstieg des CO₂-Gehalts in der Atmosphäre, hauptsächlich vulkanischen Ursprungs, beendet wurde. Einige Befürworter der Schneeball-Erde-Hypothese argumentieren sogar, dass die ursprüngliche Ursache in einer Reduktion des atmosphärischen CO₂ lag . Die Hypothese warnt zudem vor zukünftigen Schneeball-Erden.

Im Jahr 2009 wurden weitere Belege dafür erbracht, dass Veränderungen der Sonneneinstrahlung den initialen Auslöser für die Erwärmung der Erde nach einer Eiszeit darstellen, wobei sekundäre Faktoren wie der Anstieg der Treibhausgase für das Ausmaß der Veränderung verantwortlich sind. [ 65 ]

Lage der Kontinente

Die geologischen Aufzeichnungen scheinen zu zeigen, dass Eiszeiten dann beginnen, wenn die Kontinente so positioniert sind , dass der Zufluss warmen Wassers vom Äquator zu den Polen blockiert oder verringert wird und sich dadurch Eisschilde bilden können. Diese Eisschilde erhöhen das Reflexionsvermögen der Erde und verringern somit die Absorption von Sonnenstrahlung. Durch die geringere Strahlungsabsorption kühlt sich die Atmosphäre ab; die Abkühlung lässt die Eisschilde wachsen, was wiederum das Reflexionsvermögen in einem sich selbst verstärkenden Kreislauf weiter erhöht. Die Eiszeit dauert so lange an, bis die verringerte Verwitterung zu einer Verstärkung des Treibhauseffekts führt .

Es gibt drei Hauptfaktoren, die durch die Anordnung der Kontinente bedingt sind und den Transport von warmem Wasser zu den Polen behindern: [ 66 ]

  • Ein Kontinent liegt über einem Pol, so wie es heute mit der Antarktis der Fall ist.
  • Ein Polarmeer ist fast vollständig vom Land umschlossen, so wie es heute beim Arktischen Ozean der Fall ist.
  • Ein Superkontinent bedeckt den größten Teil des Äquators, so wie es Rodinia während des Cryogeniums tat .

Da die Erde heute einen Kontinent über dem Südpol und einen fast vollständig vom Land umschlossenen Ozean über dem Nordpol besitzt, gehen Geologen davon aus, dass die Erde auch in geologisch naher Zukunft weiterhin Eiszeiten erleben wird.

Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Himalaya maßgeblich zur gegenwärtigen Eiszeit beiträgt, da er die Gesamtniederschlagsmenge der Erde erhöht und somit die Rate der Kohlendioxid-Entfernung aus der Atmosphäre beschleunigt hat, wodurch der Treibhauseffekt abgeschwächt wird. [ 64 ] Die Entstehung des Himalaya begann vor etwa 70 Millionen Jahren mit der Kollision der Indo-Australischen Platte mit der Eurasischen Platte . Der Himalaya hebt sich noch immer um etwa 5 mm pro Jahr, da sich die Indo-Australische Platte weiterhin mit 67 mm/Jahr bewegt. Die Geschichte des Himalaya korrespondiert weitgehend mit dem langfristigen Rückgang der durchschnittlichen Erdtemperatur seit dem mittleren Eozän vor 40 Millionen Jahren.

Schwankungen der Meeresströmungen

Ein weiterer wichtiger Faktor für die Entstehung des Klimas in der Vergangenheit sind die Meeresströmungen , die durch die Lage der Kontinente, den Meeresspiegel und den Salzgehalt sowie weitere Faktoren beeinflusst werden. Sie können kühlend wirken (z. B. zur Entstehung des antarktischen Eises beitragen) und erwärmend wirken (z. B. den Britischen Inseln ein gemäßigtes statt eines borealen Klimas verleihen). Die Schließung der Landenge von Panama vor etwa 3 Millionen Jahren könnte die gegenwärtige Periode starker Vereisung über Nordamerika eingeleitet haben, indem sie den Wasseraustausch zwischen dem tropischen Atlantik und dem Pazifik unterbrach. [ 67 ]

Analysen legen nahe, dass Schwankungen der Meeresströmungen die jüngsten glazialen Schwankungen hinreichend erklären können. Während der letzten Eiszeit schwankte der Meeresspiegel um 20 bis 30 Meter, da Wasser, vorwiegend in den Eisschilden der Nordhalbkugel , gebunden wurde. Als sich Eis ansammelte und der Meeresspiegel ausreichend sank, verringerte sich der Wasserfluss durch die Beringstraße (die schmale Meerenge zwischen Sibirien und Alaska ist heute etwa 50 Meter tief), was zu einem verstärkten Zufluss aus dem Nordatlantik führte. Dies veränderte die thermohaline Zirkulation im Atlantik und erhöhte den Wärmetransport in die Arktis, wodurch das polare Eis schmolz und andere kontinentale Eisschilde abnahmen. Die Freisetzung des Wassers ließ den Meeresspiegel wieder ansteigen und setzte den Zufluss kälteren Wassers aus dem Pazifik wieder ein, begleitet von einer Verlagerung der Eisbildung auf die Nordhalbkugel. [ 68 ]

Einer 2021 in Nature veröffentlichten Studie zufolge waren alle Eiszeiten der letzten 1,5 Millionen Jahre mit einer Nordverlagerung schmelzender antarktischer Eisberge verbunden. Dies veränderte die Meeresströmungen und führte zu einer erhöhten CO₂- Freisetzung aus der Atmosphäre . Die Autoren vermuten, dass dieser Prozess in Zukunft gestört werden könnte, da der Südliche Ozean zu warm wird, als dass die Eisberge weit genug treiben könnten, um diese Veränderungen auszulösen. [ 69 ] [ 70 ]

Hebung des tibetischen Hochplateaus

Matthias Kuhles geologische Theorie zur Entstehung der Eiszeit basiert auf der Annahme, dass das Tibetische Plateau während der Eiszeiten ( Letztes Glaziales Maximum ?) von einem Eisschild bedeckt war. Laut Kuhle führte die plattentektonische Hebung Tibets über die Schneegrenze hinaus dazu, dass sich eine Fläche von ca. 2.400.000 Quadratkilometern von unbewachsenem Land in Eis mit einer um 70 % höheren Albedo verwandelte . Die Reflexion von Energie ins Weltall bewirkte eine globale Abkühlung und löste so die pleistozäne Eiszeit aus. Da dieses Hochland in subtropischen Breiten liegt und die Sonneneinstrahlung vier- bis fünfmal so hoch ist wie in höheren Breiten, wurde die normalerweise am stärksten erwärmte Fläche der Erde zu einer kühlenden Fläche.

Kuhle erklärt die Warmzeiten durch den 100.000-jährigen Zyklus von Strahlungsänderungen aufgrund von Schwankungen der Erdumlaufbahn. Diese vergleichsweise geringe Erwärmung führte in Kombination mit der Absenkung der nordischen Inlandeisgebiete und Tibets durch die darüber liegende Eislast zum wiederholten vollständigen Auftauen der Inlandeisgebiete. [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]

Variationen in der Erdumlaufbahn

Vergangenheit und Zukunft der durchschnittlichen täglichen Sonneneinstrahlung am oberen Rand der Atmosphäre am Tag der Sommersonnenwende bei 65° nördlicher Breite

Die Milankovitch-Zyklen beschreiben zyklische Schwankungen der Eigenschaften der Erdumlaufbahn um die Sonne. Jeder Zyklus hat eine unterschiedliche Länge, sodass sich ihre Auswirkungen zeitweise verstärken und zeitweise (teilweise) aufheben.

Es gibt starke Hinweise darauf, dass die Milanković-Zyklen das Auftreten von Kalt- und Warmzeiten innerhalb einer Eiszeit beeinflussen. Die gegenwärtige Eiszeit ist die am besten untersuchte und verstandene, insbesondere die letzten 400.000 Jahre, da dieser Zeitraum durch Eiskerne abgedeckt wird , die die atmosphärische Zusammensetzung sowie Indikatoren für Temperatur und Eisvolumen dokumentieren. Innerhalb dieses Zeitraums stimmt die Häufigkeit von Kalt- und Warmzeiten so gut mit den Milanković-Zyklen überein, dass die Annahme eines Einflusses der Erdumlaufbahn allgemein akzeptiert ist. Die kombinierten Auswirkungen der sich ändernden Entfernung zur Sonne, der Präzession der Erdachse und der sich ändernden Neigung der Erdachse führen zu einer veränderten Verteilung des auf die Erde einfallenden Sonnenlichts. Von besonderer Bedeutung sind die Änderungen der Neigung der Erdachse, die die Intensität der Jahreszeiten beeinflussen. So schwankt beispielsweise die Sonneneinstrahlung im Juli auf dem 65. Breitengrad Nord um bis zu 22 % (von 450 W/m² auf 550 W/m² ) . Es herrscht die weitverbreitete Annahme, dass Eisschilde vorrücken, wenn die Sommer zu kühl werden, um den gesamten Schnee des vorangegangenen Winters zu schmelzen. Manche glauben, die Stärke der Erdanziehungskraft sei zu gering, um Vereisungen auszulösen, doch Rückkopplungsmechanismen wie CO₂ könnten diese Diskrepanz erklären.

Während die Milankovitch-Theorie vorhersagt, dass sich zyklische Veränderungen der Erdbahnelemente in den Vereisungsaufzeichnungen widerspiegeln, sind weitere Erklärungen erforderlich, um zu klären, welche Zyklen für die zeitliche Abfolge von Eis- und Warmzeiten am wichtigsten sind. Insbesondere in den letzten 800.000 Jahren betrug die dominante Periode der Eis- und Warmzeit-Oszillation 100.000 Jahre, was mit Veränderungen der Exzentrizität und Bahnneigung der Erde korrespondiert . Dies ist jedoch die mit Abstand schwächste der drei von Milankovitch vorhergesagten Frequenzen. Im Zeitraum vor 3,0 bis 0,8 Millionen Jahren entsprach das dominante Vereisungsmuster der 41.000-jährigen Periode der Veränderungen der Erdachsenneigung . Die Gründe für die Dominanz der einen Frequenz gegenüber der anderen sind noch weitgehend unverstanden und Gegenstand aktueller Forschung. Die Antwort hängt wahrscheinlich mit einer Art Resonanz im Klimasystem der Erde zusammen. Jüngste Arbeiten deuten darauf hin, dass der 100.000-Jahres-Zyklus dominiert, da das zunehmende Meereis am Südpol die gesamte solare Reflektivität erhöht. [ 75 ] [ 76 ]

Die „traditionelle“ Milankovitch-Erklärung hat Schwierigkeiten, die Dominanz des 100.000-Jahre-Zyklus in den letzten acht Zyklen zu erklären. Richard A. Muller , Gordon J. F. MacDonald [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] und andere wiesen darauf hin, dass diese Berechnungen für eine zweidimensionale Erdumlaufbahn gelten, die dreidimensionale Umlaufbahn jedoch ebenfalls einen 100.000-Jahre-Zyklus der Bahnneigung aufweist. Sie schlugen vor, dass diese Schwankungen der Bahnneigung zu Schwankungen der Sonneneinstrahlung führen, da sich die Erde in bekannte Staubbänder des Sonnensystems hinein- und wieder herausbewegt . Obwohl dies ein anderer Mechanismus als die traditionelle Sichtweise ist, stimmen die „vorhergesagten“ Perioden der letzten 400.000 Jahre nahezu überein. Die Theorie von Muller und MacDonald wurde wiederum von José Antonio Rial [ 80 ] in Frage gestellt.

William Ruddiman schlug ein Modell vor, das den 100.000-Jahre-Zyklus durch den modulierenden Einfluss der Exzentrizität (schwacher 100.000-Jahre-Zyklus) auf die Präzession (26.000-Jahre-Zyklus) in Kombination mit Treibhausgas-Rückkopplungen in den 41.000- und 26.000-Jahre-Zyklen erklärt. Eine andere Theorie stammt von Peter Huybers, der argumentiert, dass der 41.000-Jahre-Zyklus stets dominant war, die Erde aber in einen Klimamodus eingetreten ist, in dem nur der zweite oder dritte Zyklus eine Eiszeit auslöst. Dies würde bedeuten, dass die 100.000-Jahre-Periodizität eine Illusion ist, die durch die Mittelung von Zyklen mit einer Dauer von 80.000 und 120.000 Jahren entsteht. [ 81 ] Diese Theorie stimmt mit einem einfachen empirischen Mehrzustandsmodell von Didier Paillard überein . [ 82 ] Paillard schlägt vor, die spätpleistozänen Eiszeitzyklen als Sprünge zwischen drei quasi-stabilen Klimazuständen zu interpretieren. Diese Sprünge werden durch die orbitale Einwirkung hervorgerufen, während die 41.000-jährigen Eiszeitzyklen im frühen Pleistozän auf Sprünge zwischen lediglich zwei Klimazuständen zurückzuführen sind. Ein dynamisches Modell, das dieses Verhalten erklärt, wurde von Peter Ditlevsen vorgeschlagen. [ 83 ] Dies stützt die Annahme, dass die spätpleistozänen Eiszeitzyklen nicht durch den schwachen 100.000-jährigen Exzentrizitätszyklus bedingt sind, sondern eine nichtlineare Reaktion hauptsächlich auf den 41.000-jährigen Obliquitätszyklus darstellen.

Schwankungen in der Energieabgabe der Sonne

Es gibt mindestens zwei Arten von Schwankungen in der Energieabgabe der Sonne: [ 84 ]

  • Astrophysiker gehen davon aus, dass die Strahlungsleistung der Sonne langfristig etwa alle Milliarde Jahre um 7 % zunimmt.
  • Kurzfristige Schwankungen wie Sonnenfleckenzyklen und längere Perioden wie das Maunder-Minimum , das während des kältesten Abschnitts der Kleinen Eiszeit auftrat .

Der langfristige Anstieg der Sonnenaktivität kann nicht die Ursache für Eiszeiten sein.

Vulkanismus

Vulkanausbrüche könnten zum Beginn und/oder Ende von Eiszeiten beigetragen haben. Zeitweise waren die Kohlendioxidkonzentrationen im Paläozän/Eozän zwei- bis dreimal höher als heute. Vulkane und die Bewegung kontinentaler Platten trugen zu hohen CO₂-Gehalten in der Atmosphäre bei. Das aus Vulkanen freigesetzte Kohlendioxid trug wahrscheinlich zu Perioden mit den höchsten Gesamttemperaturen bei. [ 85 ] Eine mögliche Erklärung für das Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum ist, dass Unterwasservulkane Methan aus Clathraten freisetzten und so einen starken und raschen Anstieg des Treibhauseffekts verursachten . [ 86 ] Bislang gibt es keine geologischen Belege für solche Ausbrüche zum entsprechenden Zeitpunkt, was aber nicht beweist, dass sie nicht stattgefunden haben.

Jüngste Eis- und Warmzeiten

Die Vereisung der Nordhalbkugel während der letzten Eiszeiten. Die Bildung von 3 bis 4 Kilometer dicken Eisschichten führte zu einer Absenkung des Meeresspiegels um etwa 120 m.

Das gegenwärtige geologische Zeitalter, das Quartär , das vor etwa 2,6 Millionen Jahren begann und bis heute andauert [ 87 ], ist durch Warm- und Kaltzeiten gekennzeichnet. Kaltzeiten, sogenannte Glaziale ( Eiszeit des Quartärs ), dauern etwa 100.000 Jahre, und Warmzeiten, sogenannte Interglaziale, dauern 10.000 bis 15.000 Jahre. Die letzte Kaltzeit der letzten Eiszeit endete vor etwa 10.000 Jahren [ 88 ] . Die Erde befindet sich derzeit in einer Interglazialzeit des Quartärs, dem Holozän .

Eiszeiten in Nordamerika

Die wichtigsten Eiszeitphasen der gegenwärtigen Eiszeit in Nordamerika sind die Illinoian- , Eemian- und Wisconsin-Vereisung . Die Unterteilung der Eiszeit in Nordamerika in Nebraskan-, Afton-, Kansan- und Yarmouthian-Phasen wird von Quartärgeologen und Geomorphologen nicht mehr verwendet. Diese Phasen wurden in den 1980er Jahren alle in die Prä-Illinoian-Phase zusammengefasst . [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]

Während der letzten nordamerikanischen Vereisung, im späten Abschnitt des letzten glazialen Maximums (vor 26.000 bis 13.300 Jahren), reichten die Eisschilde bis etwa zum 45. nördlichen Breitengrad . Diese Eisschilde waren 3 bis 4 Kilometer dick. [ 90 ]

Stadien der proglazialen Seeentwicklung in der Region der heutigen nordamerikanischen Großen Seen

Die Vereisung Wisconsins hinterließ weitreichende Spuren in der nordamerikanischen Landschaft. Die Großen Seen und die Finger Lakes entstanden durch die Vertiefung alter Täler durch das Eis. Die meisten Seen in Minnesota und Wisconsin wurden von Gletschern ausgehöhlt und später mit Schmelzwasser gefüllt. Das alte Flusssystem des Teays River wurde radikal verändert und größtenteils zum Flusssystem des Ohio River umgestaltet. Andere Flüsse wurden aufgestaut und in neue Flussbetten umgeleitet, so wie die Niagarafälle , die einen imposanten Wasserfall und eine Schlucht bildeten, als das Wasser auf eine Kalksteinwand traf. Ein ähnlicher Wasserfall im heutigen Clark Reservation State Park nahe Syracuse, New York , ist heute ausgetrocknet.

Das Gebiet von Long Island bis Nantucket, Massachusetts, entstand aus Geschiebemergel , und die Vielzahl an Seen auf dem Kanadischen Schild im Norden Kanadas ist fast ausschließlich auf die Einwirkung des Eises zurückzuführen. Als das Eis zurückging und der Gesteinsstaub trocknete, trugen Winde das Material Hunderte von Kilometern weit und bildeten im Missouri-Tal mehrere Dutzend Meter dicke Lössschichten . Die postglaziale Landhebung formt die Großen Seen und andere Gebiete, die einst unter dem Gewicht der Eisschilde lagen, bis heute um.

Das Driftless Area , ein Gebiet im Westen und Südwesten Wisconsins sowie Teile der angrenzenden Bundesstaaten Minnesota , Iowa und Illinois , war nicht von Gletschern bedeckt.

Auswirkungen der Vergletscherung

Skandinavien weist einige typische Auswirkungen der Eiszeitvergletscherung auf, wie zum Beispiel Fjorde und Seen.

Obwohl die letzte Eiszeit vor über 8.000 Jahren endete, sind ihre Auswirkungen noch heute spürbar. So formte das Eis beispielsweise die Landschaft in Kanada (siehe Kanadischer Arktischer Archipel ), Grönland, Nordeurasien und der Antarktis. Findlinge , Geschiebemergel , Drumlins , Oser , Fjorde , Kesselseen , Moränen , Kare , Hörner usw. sind typische Merkmale, die von den Gletschern hinterlassen wurden. Das Gewicht der Eisschilde war so groß, dass es die Erdkruste und den Erdmantel verformte. Nach dem Abschmelzen der Eisschilde hob sich das eisbedeckte Land wieder an . Aufgrund der hohen Viskosität des Erdmantels verläuft die Bewegung der Mantelgesteine, die diesen Hebungsprozess steuert, sehr langsam – heute etwa 1 cm pro Jahr im Zentrum des Hebungsgebiets.

Während der Eiszeit wurde Wasser aus den Ozeanen entnommen, um in hohen Breiten Eis zu bilden. Dadurch sank der globale Meeresspiegel um etwa 110 Meter, wodurch die Kontinentalschelfe freigelegt wurden und Landbrücken zwischen den Landmassen entstanden, die Tieren die Wanderung ermöglichten. Beim Abschmelzen der Eiszeit floss das Schmelzwasser zurück in die Ozeane und ließ den Meeresspiegel wieder ansteigen. Dieser Prozess kann zu plötzlichen Verschiebungen von Küstenlinien und Wassersystemen führen. Dies hat die Folge, dass neue Landmassen überflutet werden, Landmassen auftauchen, Eisdämme zusammenbrechen und Seen versalzen , neue Eisdämme große Süßwassergebiete entstehen und sich die regionalen Wettermuster in großem, aber vorübergehendem Ausmaß verändern. Es kann sogar zu einer vorübergehenden erneuten Vereisung kommen . Dieses chaotische Muster sich rasch verändernder Landmassen, Eisflächen, Salz- und Süßwassermengen gilt als wahrscheinliches Modell für die baltischen und skandinavischen Regionen sowie für weite Teile Zentralnordamerikas am Ende des letzten glazialen Maximums. Die heutigen Küstenlinien entstanden demnach erst in den letzten Jahrtausenden der Vorgeschichte. Die Höhenlage Skandinaviens führte außerdem dazu, dass eine riesige kontinentale Ebene, die einst unter einem Großteil der heutigen Nordsee lag und die Britischen Inseln mit dem europäischen Festland verband, überflutet wurde. [ 92 ]

Die Umverteilung von Eiswasser an der Erdoberfläche und die Bewegung von Mantelgesteinen bewirken Veränderungen im Gravitationsfeld sowie in der Verteilung des Trägheitsmoments der Erde. Diese Veränderungen des Trägheitsmoments führen zu einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit , der Achse und der Taumelbewegung der Erdrotation.

Das Gewicht der verlagerten Oberflächenmasse belastete die Lithosphäre , führte zu deren Biegung und erzeugte zudem Spannungen im Erdinneren. Die Gletscher hemmten im Allgemeinen die Bewegung der darunterliegenden Verwerfungen . [ 93 ] [ 94 ] [ 95 ] Während des Gletscherrückgangs kommt es zu beschleunigten Verschiebungen der Verwerfungen, die Erdbeben auslösen . Erdbeben in der Nähe des Eisrandes können wiederum das Kalben von Eis beschleunigen und die Heinrich-Ereignisse erklären . [ 96 ] Mit zunehmendem Eisverlust in der Nähe des Eisrandes werden vermehrt intraplatten Erdbeben ausgelöst, und diese positive Rückkopplung könnte den schnellen Kollaps der Eisschilde erklären.

In Europa entstand die Ostsee durch Gletschererosion und isostatisches Absinken aufgrund des Gewichts des Eises . Vor der Eiszeit war sie ein einziges Landgebiet, das vom Fluss Eridanos entwässert wurde .

Zukünftige Eiszeiten

Ausgehend von früheren Schätzungen der Dauer von Warmzeiten von etwa 10.000 Jahren bestand in den 1970er Jahren die Befürchtung, die nächste Eiszeit stünde unmittelbar bevor. [ 97 ] Man geht heute davon aus, dass menschliche Einflüsse eine ohnehin schon ungewöhnlich lange Warmzeit verlängern könnten. [ 98 ] [ 99 ] Eiszeiten durchlaufen Zyklen von etwa 100.000 Jahren, doch die nächste könnte aufgrund menschlicher Kohlendioxidemissionen möglicherweise verhindert werden. [ 50 ] Laut Stephen Barker von der Cardiff University würde die nächste Vereisung der Erde ohne menschliches Eingreifen „innerhalb der nächsten 11.000 Jahre stattfinden und in 66.000 Jahren enden“. [ 100 ]

Ein Bericht des Past Global Changes Project aus dem Jahr 2015 besagt, dass Simulationen zeigen, dass eine neue Vereisung in den nächsten rund 50.000 Jahren unwahrscheinlich ist, bevor der nächste starke Rückgang der sommerlichen Sonneneinstrahlung auf der Nordhalbkugel eintritt, „wenn entweder die atmosphärische CO₂- Konzentration über 300 ppm bleibt oder die kumulativen Kohlenstoffemissionen 1000 Pg C (d. h. 1.000 Gigatonnen Kohlenstoff) übersteigen“. „Nur bei einem atmosphärischen CO₂- Gehalt unterhalb des vorindustriellen Niveaus könnte es innerhalb der nächsten 10.000 Jahre zu einer Vereisung kommen. … Angesichts der anhaltenden anthropogenen CO₂ - Emissionen ist der Beginn einer Vereisung in den nächsten 50.000 Jahren sehr unwahrscheinlich, da der Zeitraum für die Reduzierung von CO₂ und Temperatur auf ungestörte Werte ohne aktive CO₂-Entfernung sehr lang ist [IPCC, 2013] und in den nächsten beiden Präzessionszyklen nur eine schwache Präzessionskraft auftritt.“ (Ein Präzessionszyklus dauert etwa 21.000 Jahre; dies ist die Zeit, die das Perihel benötigt, um einmal im tropischen Jahr einmal um die Kurve zu wandern .) [ 101 ]

Siehe auch

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Zitierte Werke