Die Geschichte des Eises auf der Erde

Von Michael Marshall

Urzeitliche Menschen, gekleidet in Tierfelle, wandern über weite Eisflächen auf der verzweifelten Suche nach Nahrung. Das ist das Bild, das den meisten von uns in den Sinn kommt, wenn sie an eine Eiszeit denken.

Aber tatsächlich hat es viele Eiszeiten gegeben, die meisten von ihnen lange vor dem ersten Auftauchen des Menschen. Und das vertraute Bild einer Eiszeit ist das einer vergleichsweise milden&Eiszeit; andere waren so schwerwiegend, dass die gesamte Erde für Dutzende oder sogar Hunderte von Millionen Jahren zufror.

In der Tat scheint der Planet drei Haupteinstellungen&Kolon zu haben; „Treibhaus“, wenn sich tropische Temperaturen bis zu den Polen erstrecken und es überhaupt keine Eisschichten gibt; „Eishaus“, wenn es etwas permanentes Eis gibt, obwohl dessen Ausmaß stark variiert; und „Schneeball“, bei dem die gesamte Oberfläche des Planeten zugefroren ist.

Warum das Eis periodisch vorstößt – und warum es sich wieder zurückzieht – ist ein Rätsel, das die Glaziologen gerade erst zu enträtseln begonnen haben. Hier ist unsere Zusammenfassung des Hin und Her, das sie zu erklären versuchen.

Schneeball-Erde

Vor 2,4 bis 2,1 Milliarden Jahren

Die Huronische Vereisung ist die älteste Eiszeit, die wir kennen. Die Erde war knapp über 2 Milliarden Jahre alt und beherbergte nur einzellige Lebensformen.

Die frühen Phasen des Huroniums, vor 2,4 bis 2,3 Milliarden Jahren, scheinen besonders heftig gewesen zu sein, wobei der gesamte Planet in der ersten „Schneeball-Erde“ zugefroren war. Dies könnte durch eine 250 Millionen Jahre andauernde Flaute in der vulkanischen Aktivität ausgelöst worden sein, was bedeutet hätte, dass weniger Kohlendioxid in die Atmosphäre gepumpt worden wäre und der Treibhauseffekt sich verringert hätte.

Tiefstfrost

Vor 850 bis 630 Millionen Jahren

Während der 200 Millionen Jahre des Kryogenikums wurde die Erde in die tiefste Kälte gestürzt, die sie je erlebt hat – und die Entstehung von komplexem Leben könnte die Ursache dafür gewesen sein.

Eine Theorie besagt, dass die Vereisung durch die Entwicklung von großen Zellen und möglicherweise auch vielzelligen Organismen ausgelöst wurde, die nach dem Absterben auf den Meeresboden sanken. Dies hätte CO2 aus der Atmosphäre gesaugt, den Treibhauseffekt geschwächt und damit die globalen Temperaturen gesenkt.

Es scheint zwei verschiedene kryogene Eiszeiten&gegeben zu haben; die so genannte sturtische Vereisung zwischen 750 und 700 Millionen Jahren, gefolgt von der Varanger- (oder Marino-) Vereisung vor 660 bis 635 Millionen Jahren. Es gibt einige Hinweise darauf, dass die Erde während der großen Vereisungen zeitweise zu einem Schneeball wurde, aber die Forscher versuchen immer noch, herauszufinden, was genau passiert ist.

Massenaussterben

Vor 460 bis 430 Millionen Jahren

Zwischen dem späten Ordovizium und dem frühen Silur kam es in der Anden-Sahara-Eiszeit zu einem Massenaussterben, dem zweitschwersten in der Erdgeschichte.

Das Aussterben wurde nur vom gigantischen Perm-Aussterben vor 250 Millionen Jahren übertroffen. Doch als sich das Ökosystem nach dem Einfrieren erholte, breitete es sich aus, und im Laufe der Silurzeit wurden Landpflanzen verbreitet. Und diese Pflanzen könnten die nächste große Eiszeit verursacht haben.

Pflanzen erobern das Land

Vor 360 bis 260 Millionen Jahren

Wie die kryogene Vergletscherung wies auch die Karoo-Eiszeit zwei Spitzen in der Eisbedeckung auf, die durchaus unterschiedliche Eiszeiten gewesen sein könnten. Sie fanden in der Mississipian-Periode vor 359 bis 318 Millionen Jahren und erneut im Pennsylvanian vor 318 bis 299 Millionen Jahren statt.

Diese Eiszeiten könnten das Ergebnis der Ausbreitung von Landpflanzen gewesen sein, die auf das Kryogenium folgte. Als sich die Pflanzen über den Planeten ausbreiteten, nahmen sie CO2 aus der Atmosphäre auf und gaben Sauerstoff ab (PDF). Infolgedessen sank der CO2-Gehalt und der Treibhauseffekt schwächte sich ab, was eine Eiszeit auslöste.

Es gibt Hinweise darauf, dass das Eis in regelmäßigen Zyklen kam und ging, angetrieben durch Veränderungen der Erdumlaufbahn. Wenn das stimmt, würde das bedeuten, dass die Karoo-Eiszeit ähnlich ablief wie die aktuelle.

Antarktis friert zu

Vor 14 Millionen Jahren

Antarktis war nicht immer eine gefrorene Einöde. Erst vor rund 34 Millionen Jahren bildeten sich die ersten kleinen Gletscher auf den Gipfeln der antarktischen Berge. Und erst 20 Millionen Jahre später, als die Temperaturen weltweit um 8 °C sanken, gefror das Eis der Gletscher auf dem Gestein und das südliche Inlandeis war geboren.

Ausgelöst wurde dieser Temperatursturz durch das Ansteigen des Himalayas. Durch das Höherwerden waren sie einer verstärkten Verwitterung ausgesetzt, die der Atmosphäre CO2 entzieht und den Treibhauseffekt verringert.

Die Nordhalbkugel blieb länger relativ eisfrei, erst ab etwa 3.2 Millionen Jahren stark vergletschert.

Letzter Vorstoß des Eises

Vor 2,58 Millionen Jahren

Die Quartäre Vereisung begann vor wenigen Millionen Jahren – und dauert immer noch an. Ihre Geschichte ist also geologisch gesehen relativ jung und kann viel detaillierter untersucht werden als die der anderen. Es ist offensichtlich, dass die Eisschilde im Laufe des Quartärs mehrere Phasen des Wachstums und des Rückzugs durchlaufen haben.

Während der „glazialen“ Phasen war die Temperatur niedrig und das Eis erstreckte sich weit von den Polen entfernt. Während „Interglazialen“ war die Temperatur etwas wärmer und das Eis zog sich zurück. Kurze, nicht eindeutige Perioden vorrückenden Eises – typischerweise kürzer als 10.000 Jahre – werden als „Stadiale“ bezeichnet; umgekehrt werden Perioden, in denen sich das Eis zurückzog, aber nur kurz, als „Interstadiale“ bezeichnet.

Hauptauslöser für die quartäre Vergletscherung war der anhaltende Rückgang des CO2-Gehalts in der Atmosphäre durch die Verwitterung des Himalayas. Das Timing der Eiszeiten und Zwischeneiszeiten wurde jedoch durch periodische Änderungen der Erdumlaufbahn angetrieben, die die Menge der Sonneneinstrahlung verändern, die verschiedene Teile des Planeten erreicht. Der Effekt dieser kleinen orbitalen Veränderungen wurde durch positive Rückkopplungen, wie z.B. Veränderungen der Treibhausgaskonzentration, verstärkt.

Während der ersten zwei Drittel des Quartärs schob sich das Eis etwa alle 41.000 Jahre vor und zurück – im gleichen Tempo wie die Veränderungen der Neigung der Erdachse. Vor etwa einer Million Jahren wechselte das Eis zu einem 100.000-Jahres-Zyklus – aus Gründen, die bis vor kurzem ein Rätsel waren. Jetzt haben genauere Informationen über das Timing der Eisbewegungen den Glaziologen geholfen, eine Antwort zu finden.

Um die Sache noch komplizierter zu machen, bewegte sich das Eis nicht überall auf der Welt gleichzeitig vor und zurück. Oft begann es auf einem Kontinent vorzustoßen, während die anderen erst Tausende von Jahren später bedeckt wurden, und verweilte dann auf einigen Kontinenten mehrere Jahrtausende, nachdem es von den anderen verschwunden war.

Es gab also tatsächlich viele sich überschneidende Vergletscherungen innerhalb des Quartärs, jede separat benannt&; die bayerischen und cromerischen Komplexe von Glazialen und Interglazialen; das Elsterglazial; das Holsteinische Interglazial und die Saale-Vereisung, unter anderem.

Zwischen 130.000 und 114.000 Jahren zog sich das Eis während des Eem-Interglazials zurück – und rückte dann wieder vor, um das Glazial zu schaffen, das die meisten Menschen als „die Eiszeit“ kennen.

Unsere Eiszeit

110.000 bis 12.000 Jahre vor

Die kühlen Temperaturen des Quartärs haben es möglicherweise ermöglicht, dass unsere Gehirne viel größer wurden als die unserer hominiden Vorfahren.

Neandertaler, mit denen wir bis kurz vor dem letzten glazialen Maximum vor 20.000 Jahren den Planeten teilten, kämpften möglicherweise ums Überleben, als das aufsteigende und abfallende Eis ihren Lebensraum zerfraß – obwohl viele andere Erklärungen für ihr Aussterben vorgeschlagen wurden. Unzweifelhaft ist, dass der Homo sapiens überlebte und sich bald nach dem Rückzug des Eises dem Ackerbau zuwandte und damit die Voraussetzungen für den Aufstieg der modernen Zivilisation schuf.

Als sich die Eiszeit dem Ende zuneigte und die Temperaturen zu steigen begannen, gab es zwei letzte Kälteeinbrüche. Zunächst verwandelte die kalte „Ältere Dryas“ vor 14.700 bis 13.400 Jahren einen Großteil Europas von Wald in Tundra, ähnlich dem heutigen Sibirien. Nach einer kurzen Atempause fror Europa in der Jüngeren Dryas vor 12.800 bis 11.500 Jahren innerhalb weniger Monate zu – wahrscheinlich als Folge des Schmelzwassers der zurückweichenden Gletscher, das den „Förderband“-Strom des Atlantischen Ozeans zum Erliegen brachte, obwohl auch ein Kometeneinschlag dafür verantwortlich gemacht wird.

Vor zwölftausend Jahren zogen sich die großen Eisschilde zu Beginn der letzten Zwischeneiszeit – der Flandrischen – zurück und erlaubten den Menschen die Rückkehr in nördliche Breiten. Diese Periode war relativ warm und das Klima relativ stabil, obwohl sie etwas kälter war als die letzte Zwischeneiszeit, die Eemzeit, und der Meeresspiegel derzeit mindestens drei Meter niedriger ist – Unterschiede, die von Forschern, die verstehen wollen, wie sich unser Klima entwickeln wird, genau unter die Lupe genommen werden.

Aber diese Atempause vom Eis wird sich wahrscheinlich als kurzlebig erweisen, zumindest aus geologischer Sicht. Ungeachtet der menschlichen Einflüsse auf das Klima wird sich der Kreislauf weiter drehen, die Treibhausperiode wird irgendwann zu Ende sein – und die Eisschilde werden wieder zurückgehen.

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