News | 08.08.2013 | Drucken | Teilen

Paläoklimatologie

Rätsel der Eiszeit-Zyklen entschlüsselt

Georg Neulinger
Antarktis

Klimaforscher um Ayako Abe-Ouchi von der Universität Tokio haben möglicherweise eines der größten Rätsel der letzten Eiszeit gelöst: Warum sich die Eisschilde auf der Nordhalbkugel in Zyklen von etwa 100 000 Jahren ausdehnen und wieder abschmelzen.

Eine Theorie des serbischen Mathematikers Milutin Milanković macht Schwankungen der Intensität der sommerlichen Sonneneinstrahlung in den nördlichen Breiten für die glazialen Zyklen verantwortlich und führt diese auf astronomische Parameter wie die Exzentrizität der Erdumlaufbahn (Abweichung von einer Ellipse) und die Präzession (Richtungsänderung der Erdachse) zurück. Jedoch kann die variable Sonneneinstrahlung in den hohen Breiten die 100 000-Jahres-Zyklen der Eisausdehnung nicht hinreichend erklären, da sie während der vergangenen Eiszeiten nur um 10 Prozent von heutigen Werten abwich: zu wenig, um zu derart gewaltigen Klimaveränderungen zu führen.

Deshalb nehmen Forscher interne Feedbacks im Klimasystem als möglicherweise entscheidenden Faktor an: So verstärkt sich ein Wachstum der Eisschilde selbst, da deren helle Oberfläche mehr Sonnenstrahlung reflektiert als die dunklen Ozeane, was zu immer weiterer Abkühlung führt. Was den Prozess der Eisausdehnung jedoch letztlich zum Erliegen bringt und später sogar umkehrt, war bislang unklar.

Abe-Ouchi und seinem Team gelang es durch umfassende Modellrechnungen und Simulationen, eine mögliche Erklärung für dieses Rätsel zu finden: Der nordamerikanische Eisschild erreicht seine größte Ausdehnung und seine maximale Dicke zu dem Zeitpunkt, wenn die Erdbahn um die Sonne eine minimale Exzentrizität aufweist und somit die Sonneneinstrahlung während der Sommermonate in hohen Breiten am geringsten ist. Nun reicht an den südlichen Rändern der Eismassen schon eine geringe Erhöhung der Strahlungsintensität aus, um innerhalb weniger tausend Jahre zu einem kompletten Abschmelzen und Rückzug der Eisschilde zu führen.

Der entscheidende "Verstärker" dabei scheint der so genannte isostatische Ausgleich zu sein: Wenn die Eisschilde nach Süden vordringen und an Mächtigkeit zunehmen, drückt ihr gewaltiges Gewicht die Erdkruste in den darunter liegenden, plastisch-verformbaren Mantel. Schmilzt das Eis wieder ab, kommt es zu einer Ausgleichsbewegung – die Erdkruste federt gewissermaßen in ihre Ausgangslage zurück. Dieser Prozess erfolgt jedoch deutlich verzögert. Während der Eisschild also langsam abschmilzt, verliert dessen Oberfläche an Höhe und gelangt in eine wärmere Klimazone. Die abschmelzende Eisoberfläche vergrößert sich dadurch: eine der wenigen bekannten negativen Rückkoppelungen, die in weiterer Folge den Rückzug der Eisschilde beschleunigt.

Der Prozess ist am effektivsten bei einer maximalen Ausdehnung und Dicke des Eisschildes, was eine enorme Zeitspanne erfordert. Abe-Ouchi und seinen Kollegen zufolge könnte dies eine Erklärung für die 100 000 Jahre währenden Zyklen sein. In Eurasien hingegen, wo die Eisschilde auf Grund der Geografie des Kontinentes dünner, weniger ausgedehnt und einem im Schnitt wärmeren Klima ausgesetzt sind, folgt ihr Zyklus eher den Veränderungen der Erdbahn in Zeiträumen von 20 000 und 41 000 Jahren.

Ein großes Rätsel bleibt jedoch offen, wie der Geograf Shawn J. Marshall von der University of Calgary einräumt: Vor 900 000 Jahren fand ein Übergang von einem 41 000-Jahre- zu einem 100 000-Jahre-Zyklus statt, ohne dass sich an der Geografie Nordamerikas oder der Geschwindigkeit der Isostasie etwas änderte. Die Eiszeit hat noch lange nicht alle ihre Geheimnisse preisgegeben.

© Spektrum.de
Antarktis

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