Warum kommt es zu Eiszeiten?

Stellen Sie sich die Skyline von Chicago vor. Jetzt stellen Sie sie sich unter fast 3 km Eis vor. So sah die Landschaft auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit aus.

Im Rahmen der jüngeren Erdgeschichte wäre dies kein so ungewöhnlicher Anblick gewesen. In den vergangenen 2,6 Millionen Jahren (dem so genannten Quartär) hat der Planet mehr als 50 Eiszeiten erlebt, mit wärmeren Zwischeneiszeiten dazwischen.

Aber wie kommt es dazu, dass sich Eisschilde und Gletscher periodisch ausdehnen? Eiszeiten werden von einer komplexen, miteinander verbundenen Reihe von Faktoren angetrieben, die die Position der Erde im Sonnensystem und eher lokale Einflüsse wie den Kohlendioxidgehalt beinhalten. Die Wissenschaftler versuchen immer noch zu verstehen, wie dieses System funktioniert, vor allem, weil der vom Menschen verursachte Klimawandel den Zyklus möglicherweise dauerhaft unterbrochen hat.

Erst vor ein paar Jahrhunderten begannen Wissenschaftler, Hinweise auf vergangene Tiefsttemperaturen zu erkennen. Mitte des 19. Jahrhunderts dokumentierte der schweizerisch-amerikanische Naturforscher Louis Agassiz die Spuren, die Gletscher auf der Erde hinterlassen hatten, wie z. B. deplatzierte Felsen und riesige Schutthaufen, sogenannte Moränen, von denen er vermutete, dass sie von den Gletschern über weite Strecken mitgeschleppt und verschoben wurden.

Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts hatten Wissenschaftler vier Eiszeiten benannt, die während des Pleistozäns auftraten, das von vor etwa 2,6 Millionen Jahren bis vor etwa 11.700 Jahren dauerte. Erst Jahrzehnte später erkannten die Forscher jedoch, dass diese Kälteperioden mit viel größerer Regelmäßigkeit auftraten.

Ein großer Durchbruch im Verständnis der Eiszeitzyklen kam in den 1940er Jahren, als der serbische Astrophysiker Milutin Milankovitch die sogenannten Milankovitch-Zyklen vorschlug, Erkenntnisse über die Bewegung der Erde, die noch heute zur Erklärung von Klimaschwankungen herangezogen werden.

Milankovitch skizzierte drei Hauptwege, auf denen die Erdumlaufbahn in Bezug auf die Sonne variiert, erklärte Mark Maslin, Professor für Paläoklimatologie am University College London, gegenüber Live Science. Diese Faktoren bestimmen, wie viel Sonnenstrahlung (in anderen Worten: Wärme) den Planeten erreicht.

Zunächst ist da die exzentrische Form der Erdumlaufbahn um die Sonne, die in einem Zyklus von 96.000 Jahren von fast kreisförmig bis elliptisch variiert. „Der Grund für diese Ausbuchtung ist, dass der Jupiter, der 4 % der Masse unseres Sonnensystems ausmacht, eine starke Gravitationswirkung hat, die die Erdbahn nach außen und wieder zurück verschiebt“, erklärt Maslin.

Zweitens gibt es die Neigung der Erde, die der Grund für die Jahreszeiten ist. Die gekippte Achse der Erdrotation bedeutet, dass sich eine Hemisphäre immer von der Sonne wegneigt (was den Winter verursacht), während sich die andere zur Sonne hinneigt (was den Sommer verursacht). Der Winkel dieser Neigung variiert in einem Zyklus von etwa 41.000 Jahren, was die Extreme der Jahreszeiten verändert, so Maslin. „Wenn es mehr aufrecht ist, dann werden die Sommer natürlich weniger warm und die Winter etwas weniger kalt sein.“

Drittens gibt es das Taumeln der gekippten Erdachse, die sich wie ein Kreisel bewegt. „Was passiert, ist, dass der Drehimpuls der Erde, die sich einmal am Tag sehr schnell dreht, dazu führt, dass auch die Achse wackelt“, sagte Maslin. Dieses Wackeln tritt in einem 20.000-Jahres-Zyklus auf.

Milankovitch stellte fest, dass die orbitalen Bedingungen für kühle Sommer besonders wichtige Vorläufer für Eiszeiten sind. „Man wird immer Eis im Winter haben“, sagte Maslin. „Um eine Eiszeit auszubilden, muss ein Teil dieses Eises den Sommer überstehen.“

Aber um in eine Eiszeit überzugehen, reichen orbitale Phänomene allein nicht aus. Die eigentliche Ursache für eine Eiszeit sind die fundamentalen Rückkopplungen im Klimasystem, so Maslin. Die Wissenschaftler sind immer noch dabei, die verschiedenen Umweltfaktoren auseinanderzuhalten, die die Vergletscherung beeinflussen, aber neuere Forschungen legen nahe, dass der Gehalt an Treibhausgasen in der Atmosphäre eine wichtige Rolle spielt.

Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) in Deutschland haben beispielsweise gezeigt, dass die Ausbrüche vergangener Eiszeiten vor allem durch die Abnahme von Kohlendioxid ausgelöst wurden und dass der dramatische Anstieg des Kohlendioxids in der Atmosphäre aufgrund der vom Menschen verursachten Emissionen den Ausbruch der nächsten Eiszeit wahrscheinlich für bis zu 100.000 Jahre unterdrückt hat.

„Wie keine andere Kraft auf dem Planeten haben Eiszeiten die globale Umwelt geprägt und damit die Entwicklung der menschlichen Zivilisation bestimmt“, sagte Hans Joachim Schellnhuber, damaliger Direktor des PIK und Mitautor einer dieser Studien, 2016 in einer Stellungnahme. „So verdanken wir unseren fruchtbaren Boden der letzten Eiszeit, die auch die heutigen Landschaften geformt hat, indem sie Gletscher und Flüsse hinterließ und Fjorde, Moränen und Seen bildete. Heute ist es jedoch der Mensch mit seinen Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, der die zukünftige Entwicklung des Planeten bestimmt.“

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Originalartikel auf Live Science.