Globale Klima- und Umweltveränderungen Das quartäre Eiszeitalter

Sauerstoffisotope und Meeresspiegel „Die Erdgeschichte“ von Simon Lamb und David Sington. Da Wassermoleküle mit dem schweren Sauerstoff-Isotop 18O bei der Verdunstung benachteiligt sind und zusätzlich früher ausregnen, ist Schnee in hohen Breiten (und damit das Gletschereis) besonders reich an 16O. In Kaltzeiten sind große Mengen an isotopisch leichtem Wasser in mächtigen Eisschilden gebunden. Dadurch sinkt einerseits der Meeresspiegel, andererseits ist der 18O-Gehalt im verbleibenden Meerwasser höher als in den Warmzeiten (Bildquelle: Lamb & Sington). Das Verhältnis der Sauerstoffisotope in den Kalkschalen von Foraminiferen aus der Tiefsee (wo sich die Temperaturen nicht zu stark ändern) ist daher ein sehr guter Indikator für das globale Eisvolumen.

Schwankungen des Meeresspiegels Das Verhältnis der Sauerstoffisotope in den Kalkschalen von Foraminiferen aus der Tiefsee als Indikator für das globale Eisvolumen (links: Lamb & Sington). Die so genannte „Elchhorn-Koralle“ bzw. Acropora palmata (unten), die nur in den obersten 5 m des Meeres überleben kann, ist andererseits ein sehr guter direkter Indikator für die Schwankung des Meeresspiegels. Beide Methoden liefern praktisch idente Ergebnisse. Mehr Sauerstoff 18 Mehr Sauerstoff 18 © D. Hubbard

Taiga-Tundra-Rückkoppelung Und noch eine Rückkoppelung: Bei sinkender Temperatur wird in hohen Breiten Taiga durch Tundra ersetzt. Taiga-bäume sind typischerweise hoch und schlank, so dass der Schnee (meist) rasch von ihnen abfallen kann (allerdings nicht immer – siehe rechts unten). Schneebedeckte Taiga ist daher wesentlich dunkler als schneebedeckte Tundra (oben links, bei Werchojansk). Wenn also Taiga durch Tundra ersetzt wird, so führt das zu einem Anstieg der Albedo und damit zu weiterem Temperatur-Rückgang.

Die Milankovic – Zyklen Milutin Milanković (1879-1958) Achtung: Sonne nicht im Brennpunkt Änderung der Erdbahnparameter und damit der Sonnenstrahlung (a) Schwankung der Bahnexzentrizität mit einer Periode von etwa 100,000 Jahren (b) Änderung der Neigung der Erdachse mit einer Periode von etwa 41,000 Jahren (c) Präzession der Äquinoktien mit einer Periode von ungefähr 21,700 Jahren durch Präzession der Erdachse und Drehung der Apsidenlinie (Rosettenbahn). Apsidenlinie

Der Exzentriziztäts – Zyklus Schwankung der numerischen Exzentrizität der Erdbahn-Ellipse: links e = 0.0, rechts e = 0.5 (Bildquelle: NASA). Bei der Erde wird e allerdings maximal 0.06. Im Perihel, am sonnennächsten Punkt der Erdbahn, erscheint die Sonne größer als im Aphel, dem sonnenfernsten Punkt. Deshalb sind auch totale Sonnenfinsternisse manchmal ringförmig (und weil auch die Mondbahm nicht kreisförmig ist).

Die Milankovic – Zyklen 24.5° 23.5° 22.0° Präzession der Äquinoktien durch Präzession der Erdachse (rechts, Quelle: Greier-Greiner) und Drehung der Apsidenlinie (Rosettenbahn). Änderung der Neigung der Erdachse.

Eisvolumen – Milankovic Achtung: y-Achse! Variation der Exzentrizität der Erdbahn währen der letzten 500000 Jahre Eine Varianzanalyse der 18O Zeitreihe benthischer Foraminiferen zeigt deutlich die Frequenzen, die von der astronomischen Theorie vorhergesagt werden. Während der vergangenen 600,000 Jahre (oben im Detail) dominiert eindeutig der Exzentrizitätszyklus, maximale Vereisung tritt ~ alle 100,000 Jahre ein. Zu Beginn des quartären Eiszeitalters war dagegen noch der 41,000 Jahr-Zyklus vorherrschend (rote Kurve).

Milankovic Variation der Exzentrizität der Erdbahn währen der letzten 500000 Jahre Ein Zyklothem ist eine regelmäßige Abfolge von Sedimentschichten. Bei diesem Beispiel aus dem Miozän, aus dem Catalayud Becken in NE-Spanien sind Milankovic-Zyklen verantwortlich (Quelle: A. Aziz).

Spuren der Kaltzeit Löss ist ein terrestrisches äolisches Sediment, das insbesondere während der Kaltzeiten aus den Sandern im Vorfeld der Großen Gletscher ausgeweht wurde. Besonders eindrucksvoll sind die Lössplateaus in China, die Mächtigkeiten von 400 m erreichen (Quelle: GEO, T. Jieyan). Der ausgewaschen Löss gibt übrigens dem „Gelben Fluss“ seinen Namen. Die Lössablagerungen in China eignen sich auch hervorragend als paläo-klimatologische Informat-ionsquelle, sie liefern eine wertvolle Ergänzung zu den Daten aus Tiefsee- und Eisbohrkernen. Im Löss findet man immer wieder die so genannte „Lösskindel“ (Bildquelle K. H. Hentschel).

Gletscher - Metamorphose Ein Gletscher - ganz schematisch (oben), Metamorphose von Neu-schnee zu Gletschereis (links, Press & Siever). Wachstum der Körner in Grönland mit zunehmendem Alter (oben rechts). Luftblasen in 200 Jahre altem Gletschereis (rechts, Lamb & Sington).

Gletscher - Gleichgewichtslinie Die Gleichgewichtslinie trennt bei einem Alpengletscher das Akkumulationsgebiet (oben) vom Ablationsgebiet (rechts, am Glärnisgletscher in der Schweiz (Quelle: Jürg Alean*). Am Ende des Haushaltsjahres muss im Akkumulationsgebiet jedenfalls noch Schnee liegen (Das war im „Jahrhundert-sommer“ 2003 vielfach nicht mehr der Fall). Quelle und web-Tipp: http://www.swisseduc.ch/glaciers/index-de.html Buch-Tipp: Glaciers (Cambridge University Press, 2004) von Michael Hambrey und Jürg Alean.

Gletscher - Spalten Gletscherspalten, wie hier am Fox-Gletscher in Neuseeland sind deut-lich sichtbare Folgen der Gletscherbewegung (Quelle: M. Hambrey). Gletschereis ist unter Druck plastisch, unter Zug aber spröde.

Gletscher - Firn Firnschichten am Weißmies (Quelle: Jürg Alean). Man beachte die dunkle Schicht mit Sahara-Staub.

Übergeordnete Gletscher (1) Die Antarktis und Grönland sind fast zur Gänze von großen Eisschilden bedeckt. Eisschilde gibt es aber auch am Nord- und Südpol des Mars (Quelle: NASA, ESA).

Übergeordnete Gletscher (2) Bei Eisschilden ist die Eisbewegung i. A. sehr gering (links, Bildquelle: J. L. Bamber), außer im Bereich der so genannten Auslaßgletscher, wie z.B. beim Lambert-Gletscher (oben, Quelle: NASA).

Übergeordnete Gletscher (3) Der Malaspinagletscher in Alaska ist ein Paradebeispiel eines Piedmontgletschers (rechts in Falschfarben, Bildquelle: NASA). Die Berge im Hintergrund werden von einem Eisstromnetz durchzogen (das aber einer untergeordnete Gletscherform ist (!)). In der letzten Kaltzeit erreichten zahlreiche Alpengletscher das flache Vorland und bildeten solche Piedmont- od. Vorlandgletscher.

Übergeordnete Gletscher (4) „Bilderbuch“-Piedmontgletscher findet man auf Axel-Heiberg Land in der kanadischen Arktis (Quelle: J. Alean)

Übergeordnete Gletscher (5) Der Vatnajökull in Island (links) ist ein gewaltige Eiskappe von der zahlreiche Talgletscher aus-gehen. Ganz ähnlich ist es bei der Bylot-Insel in Kanada (links unten) und auf Ellesmere Island (rechts): hier kalbt der Eugene Gletscher ins Meer (Quelle: NASA).

Übergeordnete Gletscher (6) Eiskappe auf James Ross Island, Antarktische Halbinsel (Quelle: Michael Hambrey).

Übergeordnete Gletscher (7) Die Übergossene Alm am Hochkönig war ein Parade-Beispiel für einen Plateaugletscher (oben: 1925). Inzwischen ist sie gar kein „offizieller“ Gletscher mehr (obern rechts: 2003). Bildquelle: Gletscherarchiv. „Vernünftig“ ernährte Plateaugletscher findet man heute noch in Norwegen, wie z.B. den Jostedalsbreen (rechts, Bild: H. Neumann).