WAS IST EINE EISZEIT?

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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 signifikante Reduzierungen ihrer Oberflächen- und Atmosphärentemperaturen. Dies führt zu langfristigen Vereisungsperioden oder umgangssprachlich als „Eiszeit“ bezeichnet.

Diese Perioden sind gekennzeichnet durch das Wachstum und die Ausdehnung von Eisplatten über die Erdoberfläche, die alle paar Millionen Jahre auftreten. Per Definition befinden wir uns noch in der letzten großen Eiszeit - die während des späten Pliozäns (vor ca. 2,58 Millionen Jahren) begann - und befinden uns derzeit in einer interglazialen Periode, die durch den Rückzug der Gletscher gekennzeichnet ist.

Definition:

Während der Begriff "Eiszeit" manchmal großzügig verwendet wird, um sich auf Kälteperioden in der Erdgeschichte zu beziehen, glaubt dies eher an die Komplexität der Eiszeiten. Die genaueste Definition wäre, dass Eiszeiten Perioden sind, in denen sich Eisschilde und Gletscher über den Planeten ausdehnen, was einem signifikanten Rückgang der globalen Temperaturen entspricht und Millionen von Jahren andauern kann.

Während einer Eiszeit gibt es signifikante Temperaturunterschiede zwischen dem Äquator und den Polen, und es wurde auch gezeigt, dass die Temperaturen in der Tiefsee sinken. Dadurch können sich große Gletscher (vergleichbar mit Kontinenten) ausdehnen und einen Großteil der Oberfläche des Planeten bedecken. Seit der vorkambrischen Ära (vor ca. 600 Millionen Jahren) sind Eiszeiten in weiten Raumintervallen von etwa 200 Millionen Jahren aufgetreten.

Studiengeschichte:

Der erste Wissenschaftler, der über vergangene Eiszeiten theoretisierte, war der Schweizer Ingenieur und Geograf Pierre Martel aus dem 18. Jahrhundert. Als er 1742 ein Alpental besuchte, schrieb er über die Ausbreitung großer Felsen in unregelmäßigen Formationen, die die Einheimischen den Gletschern zuschrieben, die sich einst viel weiter ausgedehnt hatten. Ähnliche Erklärungen tauchten in den folgenden Jahrzehnten für ähnliche Muster der Felsbrockenverteilung in anderen Teilen der Welt auf.

Ab der Mitte des 18. Jahrhunderts begannen europäische Wissenschaftler zunehmend, Eis als Transportmittel für felsiges Material zu betrachten. Dies beinhaltete das Vorhandensein von Felsbrocken in Küstengebieten in den baltischen Staaten und auf der skandinavischen Halbinsel. Es war jedoch der dänisch-norwegische Geologe Jens Esmark (1762–1839), der zuerst die Existenz einer Abfolge weltweiter Eiszeiten argumentierte.

Diese Theorie wurde in einem von ihm 1824 veröffentlichten Artikel detailliert beschrieben, in dem er vorschlug, dass Änderungen des Erdklimas (die auf Änderungen seiner Umlaufbahn zurückzuführen sind) verantwortlich sind. 1832 folgte der deutsche Geologe und Forstprofessor Albrecht Reinhard Bernhardi, der darüber spekulierte, wie die polaren Eiskappen einst bis in die gemäßigten Zonen der Welt vorgedrungen sein könnten.

Zur gleichen Zeit begannen der deutsche Botaniker Karl Friedrich Schimper und der schweizerisch-amerikanische Biologe Louis Agassiz unabhängig voneinander, ihre eigene Theorie über die globale Vereisung zu entwickeln, was 1837 dazu führte, dass Schimper den Begriff „Eiszeit“ prägte. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts entwickelte sich die Eiszeittheorie allmählich begann breite Akzeptanz über die Vorstellung zu gewinnen, dass sich die Erde allmählich von ihrem ursprünglichen, geschmolzenen Zustand abkühlte.

Bis zum 20. Jahrhundert entwickelte der serbische Polymath Milutin Milankovic sein Konzept der Milankovic-Zyklen, das langfristige Klimaveränderungen 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 signifikante Änderungen des Erdklimas erneut auftreten könnten.

Beweise für Eiszeiten:

Es gibt drei Arten von Beweisen für die Eiszeittheorie, die von geologisch und chemisch bis paläontologisch (d. H. Fossilienbestand) reichen. Jedes hat seine besonderen Vor- und Nachteile und hat Wissenschaftlern geholfen, ein allgemeines Verständnis der Auswirkungen der Eiszeiten auf die geologische Aufzeichnung in den letzten Milliarden Jahren zu entwickeln.

Geologisch: Geologische Beweise umfassen das Scheuern und Kratzen von Gesteinen, geschnitzte Täler, die Bildung besonderer Arten von Graten und die Ablagerung von nicht konsolidiertem Material (Moränen) und großen Gesteinen in unregelmäßigen Formationen. Während diese Art von Beweisen in erster Linie zur Eiszeittheorie führte, bleibt sie temperamentvoll.

Zum einen haben aufeinanderfolgende Vereisungsperioden unterschiedliche Auswirkungen auf eine Region, was dazu führt, dass geologische Beweise im Laufe der Zeit verzerrt oder gelöscht werden. Darüber hinaus ist es schwierig, geologische Beweise genau zu datieren, was zu Problemen führt, wenn es darum geht, eine genaue Einschätzung der Dauer von Eis- und Zwischeneiszeiten zu erhalten.

Chemisch: Dies besteht hauptsächlich aus Variationen der Isotopenverhältnisse in Fossilien, die in Sediment- und Gesteinsproben entdeckt wurden. Für neuere Gletscherperioden werden Eisbohrkerne verwendet, um einen globalen Temperaturrekord zu erstellen, der hauptsächlich auf dem Vorhandensein schwererer Isotope beruht (was zu höheren Verdampfungstemperaturen führt). Sie enthalten häufig auch Luftblasen, die untersucht werden, um die Zusammensetzung der Atmosphäre zu diesem Zeitpunkt zu beurteilen.

Einschränkungen ergeben sich jedoch aus verschiedenen Faktoren. Zu den wichtigsten zählen Isotopenverhältnisse, die sich störend auf die genaue Datierung auswirken können. In Bezug auf die jüngsten Gletscher- und Interglazialperioden (d. H. In den letzten Millionen Jahren) bleiben Eiskern- und Ozean-Sedimentkernproben die vertrauenswürdigste Beweisform.

Paläontologisch: Dieser Beweis besteht aus Veränderungen in der geografischen Verteilung von Fossilien. Grundsätzlich sterben Organismen, die unter wärmeren Bedingungen gedeihen, während der Eiszeiten aus (oder werden in niedrigeren Breiten stark eingeschränkt), während kaltangepasste Organismen in denselben Breiten gedeihen. Ergo sind reduzierte Mengen an Fossilien in höheren Breiten ein Hinweis auf die Ausbreitung von Gletschereisplatten.

Diese Beweise können auch schwierig zu interpretieren sein, da die Fossilien für die untersuchte geologische Periode relevant sein müssen. Es erfordert auch, dass Sedimente über weite Breitenbereiche und lange Zeiträume eine deutliche Korrelation aufweisen (aufgrund von Veränderungen in der Erdkruste im Laufe der Zeit). Darüber hinaus gibt es viele alte Organismen, die seit Millionen von Jahren die Fähigkeit bewiesen haben, Änderungen der Bedingungen zu überleben.

Daher verlassen sich Wissenschaftler, wo immer möglich, auf einen kombinierten Ansatz und mehrere Beweislinien.

Ursachen der Eiszeit:

Der wissenschaftliche Konsens ist, dass mehrere Faktoren zum Einsetzen von Eiszeiten beitragen. Dazu gehören Änderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne, die Bewegung tektonischer Platten, Änderungen der Sonnenleistung, Änderungen der atmosphärischen Zusammensetzung, vulkanische Aktivität und sogar die Auswirkungen großer Meteoriten. Viele davon hängen miteinander zusammen, und die genaue Rolle, die jedes Spiel spielt, ist umstritten.

Erdumlaufbahn: Im Wesentlichen unterliegt die Erdumlaufbahn um die Sonne im Laufe der Zeit zyklischen Schwankungen, 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.

Der überzeugendste Beweis für den Orbitalantrieb von Milankovic entspricht genau der jüngsten (und untersuchten) Periode in der Erdgeschichte (ca. in den letzten 400.000 Jahren). Während dieser Zeit liegt der Zeitpunkt der Gletscher- und Interglazialperioden so nahe an den Veränderungen der Milankovic-Orbitalantriebsperioden, dass dies die am weitesten verbreitete Erklärung für die letzte Eiszeit ist.

Tektonischen Platten:Die geologische Aufzeichnung zeigt eine offensichtliche Korrelation zwischen dem Einsetzen der Eiszeiten und den Positionen der Erdkontinente. Während dieser Zeit befanden sie sich in Positionen, die den Fluss von warmem Wasser zu den Polen störten oder blockierten, wodurch sich Eisschilde bildeten.

Dies wiederum erhöhte die Albedo der Erde, wodurch die Menge an Sonnenenergie, die von der Erdatmosphäre und -kruste absorbiert wird, verringert wird. Dies führte zu einer positiven Rückkopplungsschleife, bei der das Vorrücken der Eisdecke die Albedo der Erde weiter erhöhte und mehr Abkühlung und Vereisung ermöglichte. Dies würde so lange andauern, bis der Beginn eines Treibhauseffekts die Eiszeit beendete.

Basierend auf früheren Eiszeiten wurden drei Konfigurationen identifiziert, die zu einer Eiszeit führen könnten - ein Kontinent, der auf dem Erdpol sitzt (wie es die Antarktis heute tut); ein Polarmeer, das von Land eingeschlossen ist (wie der Arktische Ozean heute ist); und ein Superkontinent, der den größten Teil des Äquators bedeckt (wie Rodinia es während der Kryogenzeit tat).

Darüber hinaus glauben einige Wissenschaftler, dass die vor 70 Millionen Jahren entstandene Himalaya-Gebirgskette in der jüngsten Eiszeit eine wichtige Rolle gespielt hat. Durch die Erhöhung des Gesamtniederschlags der Erde wurde auch die Geschwindigkeit erhöht, mit der CO² aus der Atmosphäre entfernt wurde (wodurch der Treibhauseffekt verringert wurde). 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 der Gehalt an Treibhausgasen mit dem Vorrücken der Eisdecke sinkt und mit ihrem Rückzug steigt. Nach der Hypothese „Schneeball Erde“, bei der Eis den Planeten in der Vergangenheit mindestens einmal vollständig oder fast vollständig bedeckt hatte, wurde die Eiszeit des späten Proterozoikums durch einen Anstieg des CO²-Spiegels in der Atmosphäre beendet, der dem Vulkan zugeschrieben wurde Eruptionen.

Es gibt jedoch diejenigen, die vermuten, dass ein erhöhter Kohlendioxidgehalt eher als Rückkopplungsmechanismus als als Ursache gedient haben könnte. Beispielsweise erstellte ein internationales Wissenschaftlerteam im Jahr 2009 eine Studie mit dem Titel „Das letzte Gletschermaximum“, aus der hervorgeht, dass eine Zunahme der Sonneneinstrahlung (dh der von der Sonne absorbierten Energie) die erste Änderung darstellt, während Treibhausgase die Ursache dafür sind Ausmaß der Veränderung.

Große Eiszeiten:

Wissenschaftler haben festgestellt, dass mindestens fünf große Eiszeiten in der Erdgeschichte stattgefunden haben. Dazu gehören die Huronen-, Kryogen-, Anden-Sahara-, Karoo- und Qauternary-Eiszeiten. Die Huronen-Eiszeit ist auf das frühe Protzerozoikum vor etwa 2,4 bis 2,1 Milliarden Jahren datiert, basierend auf geologischen Beweisen, die nördlich und nordöstlich des Huronsees beobachtet wurden (und mit Ablagerungen in Michigan und Westaustralien korrelierten).

Die kryogene Eiszeit dauerte vor etwa 850 bis 630 Millionen Jahren und war vielleicht die schwerste in der Geschichte der Erde. Es wird angenommen, dass während dieser Zeit die Gletschereisplatten den Äquator erreichten, was zu einem „Schneeball-Erde“ -Szenario führte. Es wird auch angenommen, dass dies aufgrund eines plötzlichen Anstiegs der vulkanischen Aktivität endete, der einen Treibhauseffekt auslöste, obwohl dies (wie erwähnt) Gegenstand von Debatten ist.

Die Anden-Sahara-Eiszeit ereignete sich während der späten ordovizischen und der silurischen Zeit (vor ungefähr 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 korrelieren mit Beweisen aus der Andengebirgskette in Südamerika (sowie der arabischen Halbinsel und dem Süden) Amazonas Becken).

Die Karoo-Eiszeit wird auf die Entwicklung der Landpflanzen während des Beginns der Devon-Zeit (vor ca. 360 bis 260 Millionen Jahren) zurückgeführt, die langfristig zu einem Anstieg des planetaren Sauerstoffgehalts und einer Verringerung des CO²-Gehalts führte - was zu einem globalen Anstieg führte Kühlung. Es ist nach Sedimentablagerungen benannt, die in der Karoo-Region Südafrikas entdeckt wurden, wobei korrelierende Beweise in Argentinien gefunden wurden.

Die gegenwärtige Eiszeit, bekannt als pliozän-quaternäre Vereisung, begann vor etwa 2,58 Millionen Jahren während des späten Pliozäns, als die Ausbreitung von Eisplatten auf der Nordhalbkugel 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. Was von den kontinentalen Eisplatten übrig bleibt, die sich einst über den Globus erstreckten, beschränkt sich jetzt auf Grönland und die Antarktis sowie auf kleinere Gletscher - wie die, die Baffin Island bedeckt.

Anthropogener Klimawandel:

Die genaue Rolle aller Mechanismen, denen Eiszeiten zugeschrieben werden - d. H. Orbitalantrieb, Sonnenantrieb, geologische und vulkanische Aktivität - ist noch nicht vollständig geklärt. Angesichts der Rolle von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasemissionen gab es in den letzten Jahrzehnten jedoch große Bedenken, welche langfristigen Auswirkungen menschliche Aktivitäten auf den Planeten haben werden.

Beispielsweise wird angenommen, dass in mindestens zwei großen Eiszeiten, der kryogenen und der Karoo-Eiszeit, die Zunahme und Abnahme der atmosphärischen Treibhausgase eine wichtige Rolle gespielt hat. In allen anderen Fällen, in denen angenommen wird, dass der Orbitalantrieb die Hauptursache für das Ende der Eiszeit ist, waren erhöhte Treibhausgasemissionen immer noch für die negative Rückkopplung verantwortlich, die zu einem noch stärkeren Temperaturanstieg führte.

Die Zugabe von CO2 durch menschliche Aktivitäten hat auch eine direkte Rolle bei Klimaveränderungen auf der ganzen Welt gespielt. Gegenwärtig stellt die Verbrennung fossiler Brennstoffe durch den Menschen die weltweit größte Quelle für Kohlendioxidemissionen dar (etwa 90%). Dies ist eines der wichtigsten Treibhausgase, die den Strahlungsantrieb (auch bekannt als Treibhauseffekt) ermöglichen.

Im Jahr 2013 gab die National Oceanic and Atmospheric Administration bekannt, dass der CO²-Gehalt in der oberen Atmosphäre zum ersten Mal seit Beginn der Messungen im 19. Jahrhundert 400 ppm (parts per million) erreichte. Basierend auf der aktuellen Wachstumsrate der Emissionen schätzt die NASA, dass der Kohlenstoffgehalt im kommenden Jahrhundert zwischen 550 und 800 ppm liegen könnte.

Wenn das erstere Szenario der Fall ist, rechnet die NASA mit einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperaturen um 2,5 ° C (4,5 ° F), was nachhaltig wäre. Sollte sich jedoch das letztere Szenario als richtig erweisen, werden die globalen Temperaturen um durchschnittlich 4,5 ° C (8 ° F) ansteigen, was das Leben für viele Teile des Planeten unhaltbar machen würde. Aus diesem Grund wird nach Alternativen für die Entwicklung und die weit verbreitete kommerzielle Akzeptanz gesucht.

Laut einer 2012 veröffentlichten Forschungsstudie in Naturgeowissenschaften- mit dem Titel „Bestimmung der natürlichen Länge des aktuellen Interglazials“ - Es wird erwartet, dass die CO²-Emissionen des Menschen auch die nächste Eiszeit verschieben. Unter Verwendung von Daten auf der Erdumlaufbahn zur Berechnung der Länge der interglazialen Perioden gelangte das Forscherteam zu dem Schluss, dass für das nächste Eis (voraussichtlich in 1500 Jahren) die atmosphärischen CO²-Werte unter etwa 240 ppm liegen müssen.

Das Erlernen der längeren Eiszeiten sowie der kürzeren Eiszeiten in der Vergangenheit der Erde 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 möchten, wie viel vom modernen Klimawandel vom Menschen verursacht wird und welche möglichen Gegenmaßnahmen entwickelt werden können.

Wir haben viele Artikel über das Ice Age for Space Magazine geschrieben. Hier ist eine neue Studie über die kleine Eiszeit, die vom Vulkanismus getrieben wird. Hat ein Killer-Asteroid den Planeten in eine Eiszeit getrieben? Gab es eine Slushball-Erde? Und kommt der Mars aus einer Eiszeit?

Wenn Sie weitere Informationen zur Erde wünschen, lesen Sie den NASA-Leitfaden zur Erforschung des Sonnensystems auf der Erde. Und hier ist ein Link zum Earth Observatory der NASA.

Wir haben auch eine Episode von Astronomy Cast rund um den Planeten Erde aufgenommen. Hören Sie hier, Episode 51: Erde und Episode 308: Klimawandel.

Quelle: