(8) Das quartäre Eiszeitalter

Klima- und UmweltveränderungenKlima 166

Sauerstoffisotope und Meeresspiegel

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.

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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

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© D. Hubbard

Taiga-Tundra-RückkoppelungKlima 169

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

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

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Milutin Milanković (1879-1958)

Achtung: Sonne nicht im Brennpunkt

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.

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Im Perihel, am sonnennächsten Punkt der Erdbahn, erscheint die Sonne größer als im Aphel, dem sonnenfernsten Punkt. Deshalb (und weil die Mondbahn nicht kreisförmig ist) sind auch totale Sonnenfinsternisse manchmal ringförmig.

Die Milankovic – Zyklen

Präzession der Äquinoktien durch Präzession der Erdachse (rechts, Quelle: Greier-Greiner) und Drehung der Apsidenlinie – mit einer Periode von 112 000 Jahren (Rosettenbahn).

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Änderung der Neigung der Erdachse.

22.0°

23.5°

24.5°

Eisvolumen – Milankovic

Eine Fourieranalyse 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).

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Achtung: y-Achse!

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 ausgewaschene Löss gibt übrigens dem „Gelben Fluss“ seinen Namen.

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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.

Milankovic

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).

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MilankovicKlima 176

Die Maroon Bells (Aspen, Rocky Mountains, Colorado) mit ihren charakteristischen Zyklothemen im (brüchigen) Tonstein – durch Milankovic-Zyklen während des Permo-karbonischen Eiszeit-alters (Bild: UF).

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).

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Blaues EisKlima 178

Unter zunehmendem Druck wird die Luft aus dem Eis gedrückt – das Gletschereis wird blau, wie hier beim Tunabreen, Spitzbergen (Bild: UF).

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).

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Gletscher - SpaltenKlima 180

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.

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Gletscher - Schichten

Vor der Schmelz-Periode kann man (vorsichtig) über Schmelzwasser-Höhlen in die Gletscher Spitzbergens vordringen, dabei werden deutliche Schichten sichtbar – in Bodennähe sind sie häufig gefaltet (rechts) – hier wäre die Datierung eines Eis-Bohrkernes schwierig (Bilder: UF).

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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).

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Übergeordnete Gletscher (2)

Schild ≠ Schild

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Eisschild ?

Übergeordnete Gletscher (3)Klima 185

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). Der ostantarktische Eisschild, und der kleinere westantarktische Eis-schild bedecken zusammen eine Fläche von ca. 13 Millionen Quadratkilometer.

Bei einer Fläche von unter 50 000 km2 spricht man typischerweise von einer Eiskappe.

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).

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Übergeordnete Gletscher (4)

Selbst der „kleine“ Auslassgletscher des Vatnajökull (oben, Bild: NASA), der Svinafellsjökull (Pfeil) ist noch eine mächtige Erscheinung (rechts, Bild: UF).

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Übergeordnete Gletscher (5)

Vatnajökull wird typischerweise auch als Europas größter Gletscher genannt. Austfonna auf Spitzbergen (Bild: Univ. of Cambridge, Inset: Nat. Geogr.) hat eine geringfügig größere Fläche (jeweils ca. 8 100 km2), aber eine geringere Mächtigkeit. Noch wesentlich größer (~20 000 km2) ist die Eiskappe auf der Nordinsel von Nowaja Semlja (Sewerny ostrow) – wenn man Nowaja Semlja zu Europa zählt (rechts, Bild: NASA).

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Übergeordnete Gletscher (6)

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Übergeordnete Gletscher (7)

Eine – vergleichsweise kleine – Eiskappe auf James Ross Island, Antarktische Halbinsel (Quelle: Michael Hambrey).

Der Malaspinagletscher in Alaska ist ein Paradebeispiel eines Piedmontgletschers mit einer Fläche von ca. 4000 km2 (rechts in Falschfarben, Bildquelle: NASA). Die Berge im Hintergrund werden von einem Eisstromnetz durchzogen (das aber eine untergeordnete Gletscherform ist (!)). In der letzten Kaltzeit erreichten zahlreiche Alpengletscher das flache Vorland und bildeten solche Piedmont- oder Vorlandgletscher.

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Übergeordnete Gletscher (8)

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

Klima 191

Übergeordnete Gletscher (9)

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).

Klima 192

Übergeordnete Gletscher (10)

Das Columbia Icefield ist mit ~325 km2 der größte Plateaugletscher der Rocky Mountains. Von seinem Rand fließen Auslassgletscher, wie der Saskatchewan- (oben) oder der Athabasca-Gletscher (links). Diese sind. Für sich genommen, untergeordnete Talgletscher (Bilder: UF, Sat: Dep. of Natural Resources, Canada).

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Übergeordnete Gletscher (11)

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Untergeordnete Gletscher (1)

Eisstromnetz in Spitzbergen, im Vordergrund der Kronebreen (Quelle: Michael Hambrey).

Im Süden Patagoniens findet sich ein großes Eisstromnetz (links, Quelle: ESA) Weit verzweigte Fjorde zeigen an, dass sich das Eisstromnetz früher über einen noch wesentlich größeren Bereich ausgebreitet hatte. Oben: Das Sarmiento Gebirge (Quelle: G. Wiltsie, NG).

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Untergeordnete Gletscher (2)

Patagonien in Falschfarben (oben). Gletschermilch ist für die Farbe der Seen verantwortlich (rechts). Quelle: NASA. [Anmerkung: Große untergeordnete Gletscher können bedeutend größer sein, als kleine übergeordnete.]

Klima 196

Untergeordnete Gletscher (3)

Vom Südlichen Patagonischen Eis (oben, Quelle: NASA) fließen gewaltige Gletscher, wie der Perito Moreno Gletscher (oben rechts, Quelle: NASA) oder der Grey Gletscher (rechts) herab.

Klima 197

Untergeordnete Gletscher (4)

Klima 198

Untergeordnete Gletscher (5)

Sogar die gewaltigen Auslassgletscher der Antarktis, wie hier der Shakleton Gletscher (Quelle: Michael Hambrey), oder der Byrd Gletscher (Inset, Quelle: NASA) sind untergeordnete Gletscherformen.

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Untergeordnete Gletscher (6)

Amundsen Gletscher in der Antarktis (Quelle: Michael Hambrey).

Klima 200

Untergeordnete Gletscher (7)

Der Große Aletschgletscher im Berner Oberland (links, Quelle: B. Edmaier) ist der größte Gletscher der Alpen. Am Konkordia-platz (oben, Quelle: M. Hambrey) ist das Eis noch immer über 900 m mächtig.

Der Gornergletscher in der Schweiz (oben, hier der Zustrom zwischen Monte Rosa und Lyskamm) und der Trimble-Gletscher in Alsaka sind Beispiele für dendritische Talgletscher, die sich aus mehreren Firn-sammelbecken nähren.

Klima 201

Untergeordnete Gletscher (8)

Auch die Pasterze, der größte Gletscher der Ostalpen, ist ein typischer Talgletscher (Bildquelle: NASA).

Talgletscher gibt es auch in Neuseeland, wie hier den Fox Gletscher (NASA).

Klima 202

Untergeordnete Gletscher (9)

Am Mt. Erebus, einem aktiven Vulkan in der Antarktis, gibt es eine Besonderheit: Eine schwimmende Gletscherzunge (links: NASA, rechts: Michael Hambrey).

Klima 203

Untergeordnete Gletscher (10)

Der Morteratschgletscher in der Berninagruppe (links), ein typischer Talgletscher, Oben das Hochalmkees, das sich langsam zu einem Kar-gletscher zurück entwickelt.Der Lewisgletscher am Mt. Kenya (rechts) ist ein Beispiel für einen zurückschmelzenden Kargletscher.

Klima 204

Untergeordnete Gletscher (11)

Klima 205

Untergeordnete Gletscher (12)

Der Furtwänglergletscher am Kilimandscharo (Stand: 2001, Bild: UF).

Klima 206

Untergeordnete Gletscher (13)

Flankenvereisung in der Cordillera Blanca, Peru (Quelle: Michael Hambrey).

Klima 207

Untergeordnete Gletscher (14)

Flankenvereisung in der Cordillera Huayhuash, Peru (Quelle: Jürg Alean).