Eiszeitalter
Als Eiszeit bezeichnet man eine Periode der Erdgeschichte, die durch Vereisung beider Pole gekennzeichnet ist. Gemäß dieser Definition leben wir seit etwa 2,5 Millionen Jahren in einer Eiszeit. Seit dieser Zeit ist das Klima der Erde kurzfristigeren Schwankungen unterworfen, den Kaltzeiten (Glaziale) und Warmzeiten (Interglaziale).
Oft wird der Begriff Eiszeit auch synonym zu Kaltzeit bzw. Glazial verwendet. Er wurde in diesem Sinn 1837 von Karl Friedrich Schimper eingeführt.
Struktur der Eiszeiten
Eiszeiten sind auf der Erde relativ selten. Die Erde ist generell, betrachtet man ihre gesamte Geschichte, ein völlig eis- und frostfreier Planet, auf dem es jedoch periodisch relativ kurze Kältephasen von ca. 15–20 Millionen Jahren Dauer gibt, in denen eine Eisbedeckung an Polen und in Gebirgen auftritt. Dies sind die Eiszeiten.
Unsere jetzige Eiszeit hat vor etwa 2,5 Millionen Jahren begonnen. Wir sind also vermutlich erst am Anfang einer längeren Eiszeitphase. Innerhalb der Eiszeiten gibt es allerdings relativ warme und extrem kalte Zwischenphasen. Die Kältephasen einer Eiszeit (Kaltzeiten bzw. Glaziale; gekennzeichnet durch massive Gletschervorstöße von ca. 20 000 Jahren Dauer) sind in der Regel länger als die Wärmephasen (Warmzeiten bzw. Interglaziale von ca. 6 000 Jahren Dauer). Warmzeiten beginnen häufig recht abrupt, während die Abkühlung eher schleichend erfolgt. Dabei verläuft die Klimaveränderung selten gleichmäßig, sondern oft stoßweise und mit eingelagerten gegenläufigen Entwicklungen im kleineren Maßstab.
Ein gesamter Zyklus dauert häufig um die 41 000 Jahre und wird mit der gleich langen Periode, mit der die Schiefe der Ekliptik schwankt, in Verbindung gebracht. Daneben gibt es aber auch Phasen, in denen die vorherrschende Dauer eines Zyklus etwa 100 000 Jahre beträgt, wie es auch bei den letzten 8 Zyklen der Fall war.
Unsere heutige Klimaperiode, die seit etwa 11 000 Jahren andauert, ist eine Warmzeit innerhalb einer globalen Eiszeit. In der Wärmephase einer globalen Eiszeit bleibt das Klima im erdgeschichtlichen Vergleich relativ kalt und die Eisbedeckung von Polen und höheren Gebirgen wird durch Dauerfrost erhalten, Gletschervorstöße in mittlere Breiten werden aber zurückgebildet und es kommt dort zu wesentlich gemäßigterem Klima, insbesondere mit milderen Wintern.
Kaltzeiten der gegenwärtigen Eiszeit
Während der Kaltzeiten breiten sich im Lauf der Zeit die Eismassen von Arktis, Antarktis und den Gebirgen stark aus und bedecken schließlich große Teile Europas, Asiens, Japans und Nordamerikas. Zu den Spuren der Eiszeiten gehören zum Beispiel Trogtäler (bei einigen Gletschern im Gebirge), Moränen, Gletscherschrammen, Findlinge und Toteislöcher.
Dass die heutigen Gletscher der Alpen oder Skandinaviens Reste dieser letzten Vereisung sind, wird vielfach angenommen, ist aber falsch. Vielmehr waren Europa und Skandinavien auf dem Wärmehöhepunkt der jetzigen Warmphase vor ungefähr 7 000 Jahren völlig eisfrei. Die jetzigen europäischen Gletscher sind also ziemlich jung, höchstens 6 000 Jahre alt und keine eiszeitlichen Reste, und ihr Umfang schwankte in den letzten Jahrtausenden zudem stark.
Durch die Bildung kontinentaler Eismassen wurde den Meeren massiv Wasser entzogen, wodurch viele Landbrücken entstanden und Meere wie die Nordsee und das Mittelmeer trocken fielen.
Das letzte glaziale Maximum (LGM) war vor etwa 21 000 Jahren; damals gab es bis zu 3 km mächtige Eisschilde, zum Beispiel im heutigen Ostseeraum und dem kanadischen Schild, der Meeresspiegel lag 130 m unter dem heutigen Niveau und die globale Durchschnittstemperatur war 5 bis 6 K niedriger. Aus den Gaseinschlüssen in polarem Eis weiß man, dass die atmosphärische Konzentration der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) nur 70 % und Methan (CH4) nur 50 % des vorindustriellen Wertes betrug (CO2 im LGM: 200 ppmv, vorindustriell: 288 ppmv, heute: 370 ppmv; CH4 im LGM: 350 ppbv, vorindustriell: 750 ppbv, heute: 1750 ppbv). Heute werden etwa 10 % der Erdoberfläche von Eis bedeckt. Am letzten Höhepunkt der Vereisung waren es 32 %, wobei die Veränderung in der Antarktis im Vergleich zur Arktis nicht so dramatisch ist. Man nimmt an, dass dies vor allem darauf zurückzuführen ist, dass der Eisaufbau auf dem Land und flachen Schelfen der Nordhemisphäre effektiver ist als in zirkumantarktischen Ozeangebieten.
Die letzten Kaltzeiten
In Mitteleuropa werden die Kaltzeiten nach Flüssen benannt, die im Allgemeinen die weiteste Ausdehnung der Eisschilde angeben. In Süddeutschland ging die Vereisung von den Alpengletschern aus, in Norddeutschland kam das Eis aus dem baltischen Raum. Deswegen werden im Alpenraum und Norddeutschland unterschiedliche Flüsse zur Namensgebung synchroner Vereisungen verwendet. Dabei ist der Begriff Eiszeit anstelle des heute bevorzugten Kaltzeit nach wie vor gebräuchlich.
| Alpenraum (Namensgeber) |
Norddeutschland (Namensgeber) |
Zeitraum (Tsd. Jahre) |
|---|---|---|
| Günz-Eiszeit (Günz) | Elbe-Eiszeit (Elbe) | 640–540 |
| Mindel-Eiszeit (Mindel) | Elster-Eiszeit (Weiße Elster) | 350–250 |
| Riß-Eiszeit (Riß) | Saale-Eiszeit (Saale) | 230-130 |
| Würm-Eiszeit (Würm) | Weichsel-Eiszeit (Weichsel) | 115– 10 |
Alle Eiszeiten hatten erhebliche Auswirkungen auf die Fauna und Flora ihrer Zeit. Charakteristisch waren etwa Tiere wie Mammuts, Mastodonten, Säbelzahnkatzen, Höhlenlöwen, Höhlenbären und weiteren Formen. Auch lebten der Homo heidelbergensis, der Neandertaler und der Homo sapiens in Europa während der Eiszeiten.
Frühere Eiszeiten
Auch die ältere Erdgeschichte ist durch das Auftreten bedeutender Vereisungsphasen geprägt. Die so genannte »Schneeball Erde«-Theorie geht davon aus, dass die Erde in ihrer Frühzeit vor etwa 700 bis 600 Millionen Jahren mehrmals fast komplett von Eis bedeckt war, was die Entstehung des Lebens weit hinauszögerte. Klimamodelle der frühen Erde unterstützen diese Theorie mittlerweile zunehmend. Die Vermutung einer Eiszeit als Ursache für das Artensterben zu Beginn des Mesozoikums wurde dagegen mittlerweile widerlegt.
Ursachen von Kalt- und Warmzeiten
Die Suche nach den Ursachen für die zyklisch auftretenden Kalt- und Warmzeiten gehört auch heute noch zu den spannendsten Herausforderungen für die Paläoklimatologie. Sie ist eng mit den Namen James Croll und Milutin Milanković verbunden. Beide hatten Ideen des Franzosen Joseph Alphonse Adhémar weiterentwickelt, wonach Veränderungen der Erdbahngeometrie für wiederkehrende Kaltzeiten verantwortlich waren.
Die Veränderung der Erdbahngeometrie wiederum wird durch wechselseitige Gravitationskräfte im System Sonne, Erde, Mond hervorgerufen. Durch diese Gravitationskräfte ändert sich die Form der elliptischen Erdumlaufbahn um die Sonne mit einer Periode von etwa 100 000 Jahren (Exzentrizität), 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 20 000 Jahren dieselbe Position auf der Ellipse einnimmt (Präzession). Durch diese so genannten Milanković-Zyklen verändert sich die Verteilung der Sonnenenergie auf der Erde.
Angeregt durch den deutschen Meteorologen Wladimir Peter Köppen formulierte 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. Milankovitch suchte also dort nach den Ursachen für Eiszeiten, wo sie am offensichtlichsten sind, in den hohen nördlichen Breiten.
In jüngster Zeit gerät die Milanković-Theorie immer mehr in die Kritik. Die Vorstellung von einer wichtigen Rolle der Tropen und der Südhemisphäre bei Kaltzeit-Warmzeit-Wechseln gewinnt seit Ende der 1990er-Jahre zunehmend an Bedeutung. Statt eines Antriebs in hohen nördlichen Breiten allein muss nun von Veränderungen des globalen Strahlungshaushalts ausgegangen werden. Komplexe interne Wechselwirkungen durch ozeanische und atmosphärische Zirkulation – vor allem im Zusammenhang mit dem Golfstrom –, die Wirkung der Treibhausgase und andere Prozesse führen zu einem komplizierteren Mechanismus zur Steuerung von Kaltzeit-Warmzeit-Wechseln.