Kurz und knapp

In einer Art "Day after Tomorrow"-Szenario war die Idee, dass eine neue Eiszeit vor der Tür steht, Gegenstand eines Buches, einer DVD und einer Website aus dem Jahr 2002. Der Autor war übrigens ein Architekt im Ruhestand. Zum Glück für uns sind sowohl der Film als auch das obige Zitat nur ein Hirngespinst. Aber lassen Sie uns einen kurzen Blick auf Eiszeiten werfen und wie sie funktionieren. Danach werden Sie uns hoffentlich zustimmen, dass die Vorstellung, eine weitere Eiszeit stehe vor der Tür, unsinnig ist.

Eiszeiten, auch Glaziale genannt, sind zyklisch auftretende Kälteperioden in einem eiszeitlichen Klimazustand. Das Klima auf der Erde war meist vom Treibhaus-Typ (keine polaren Eisschilde). Gelegentlich kühlt sie sich jedoch in ein Icehouse-Klima ab, wie es in den letzten Millionen Jahren der Fall gewesen ist. Die Umlaufbahn der Erde um die Sonne unterliegt regelmäßigen Schwankungen, die sich über Zehntausende von Jahren erstrecken. Diese beeinflussen die Menge der Sonnenstrahlung, die unseren Planeten erreicht. Während der Eiszeit können diese Schwankungen die Temperatur des Planeten so weit senken und erhöhen, dass es zu einem Wechsel zwischen kalten Eiszeiten - wenn sich die Eisschilde in Richtung Äquator ausdehnen - und milden Zwischeneiszeiten - wenn sich das Eis wieder in Richtung Pol zurückzieht - kommt.

Um eine Vorstellung von den damit verbundenen Zeiträumen zu vermitteln, haben Europa und Nordamerika in den letzten 2,5 Millionen Jahren wiederholt Glaziale und Interglaziale erlebt, die als Quartärzeit bezeichnet werden. Die letzte Eiszeit begann vor 115 000 Jahren, und das letzte glaziale Maximum (LGM), bei dem die größte Eisausdehnung erreicht wurde, liegt etwa 22 000 Jahre zurück. Die aktuelle Zwischeneiszeit - auch Holozän genannt - begann vor 11 700 Jahren.

Hier lässt sich ein allgemeines Muster erkennen: eine lange Abkühlung bis zum Glazialen Maximum, aber eine relativ schnelle Erwärmung bis zum Interglazial. Die Geschwindigkeit des Erwärmungsteils des Zyklus ist auf klimatische Rückkopplungen zurückzuführen. Durch das Abtragen der hellen, reflektierenden Schnee- und Eisdecke wird der darunter liegende dunklere Boden freigelegt, wodurch mehr Sonnenwärmeenergie aufgenommen werden kann. Das Schmelzen des Permafrosts setzt Kohlendioxid und Methan frei. Diese und andere Rückkopplungen verstärken den Erwärmungseffekt und beschleunigen ihn.

Unsere Verbrennung fossiler Brennstoffe hat jedoch in einem so großen Ausmaß stattgefunden, dass wir diese Faktoren außer Kraft gesetzt haben. Die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre ist weit über den Bereich von 180-280 ppm angestiegen, der für die letzten Eiszeit-Zwischeneiszeiten typisch war. Das derzeitige Niveau, das sich auf 420 ppm zubewegt, ist eher typisch für das mittlere Pliozän. Das war eine geologische Epoche, die etwa eine Million Jahre vor dem Beginn des Quartärs lag. Die Eisschilde des mittleren Pliozäns waren viel kleiner als die der Gegenwart. Es ist also nicht mit einer weiteren Vergletscherung zu rechnen, sondern eher mit einem weiteren Übergang zu mittelpleistozänen Bedingungen.

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Weiterführende Informationen

Da unsere derzeitige Zwischeneiszeit (das Holozän) bereits etwa 12.000 Jahre andauert, haben einige behauptet, dass eine neue Eiszeit unmittelbar bevorsteht. Ist diese Behauptung berechtigt? Nein.

Um dieses Thema weiter zu erforschen, muss man verstehen, was die Ursache für den zyklischen Wechsel zwischen Eiszeiten und Zwischeneiszeiten während des Quartärs war (Abb. 1). Solche Wechsel sind zum Teil eine Reaktion auf regelmäßige Veränderungen der Erdumlaufbahn und der Neigung der Erde, die sich auf die Menge des Sonnenlichts im Sommer auswirken, das die hohen nördlichen Breiten erreicht, und wurden durch die Milankovitch-Zyklen beschrieben, die der serbische Mathematiker Milutin Milankovitch (1879-1958) zu Beginn des 20. Mehr über die Milankovitch-Zyklen erfahren Sie auf dieser NASA-Seite mit vielen Grafiken und Erklärungen.

Abbildung 1: Temperaturveränderungen im späten Quartär aus dem Vostok-Eiskern, Antarktis (Petit et al. 2000). Der Zeitpunkt der wärmeren Interglaziale ist grün hervorgehoben; unser gegenwärtiges Interglazial, das Holozän, ist dasjenige ganz rechts im Diagramm.

Wenn das einfallende Sonnenlicht im hohen Norden abnimmt, geht die sommerliche Schnee- und Eisschmelze zurück und die Eisschilde beginnen zu wachsen. Wenn die Sonneneinstrahlung zunimmt, geschieht das Gegenteil. Wo stehen wir also heute in diesen Zyklen? Veränderungen der Erdumlaufbahn und der Erdneigung deuten in der Tat darauf hin, dass sich die Erde langsam abkühlen müsste, wenn sie allein für die Klimaveränderungen verantwortlich wären. Neuere Forschungen zeigen jedoch, dass dies zu einfach ist. Das liegt daran, dass wir jetzt Analysen von Eiskernen haben, die 800.000 Jahre oder mehr zurückreichen. Wir haben Wege gefunden, stabile Isotopenverhältnisse verschiedener Elemente in Fossilien zu nutzen, und wir haben viele andere Ersatzmethoden entwickelt, die uns mehr über die Bedingungen in der relativ jungen Vergangenheit, die das Quartär darstellt, verraten.

Es wurde eine Reihe von Unregelmäßigkeiten in den Glazial-Interglazial-Zyklen festgestellt, z. B. Zeiten, in denen Interglaziale übersprungen wurden, obwohl sie nach den Orbitalmustern eigentlich hätten stattfinden müssen. (Koehler und Van de Wal 2021). Diese Forschungen zielten auch darauf ab, die Frage zu klären, warum der 41.000 Jahre dauernde Zyklus der Erdschieflage bis vor etwa einer Million Jahren eine starke Triebkraft für die Übergänge zwischen Glazialen und Interglazialen war. Seither dauern die Glaziale in der Regel viel länger - etwa 100 000 Jahre.

Die Bedeutung von Rückkopplungen innerhalb des Klimasystems der Erde wurde im Laufe der Jahrzehnte zunehmend erkannt. Ein gutes Beispiel ist die Geschwindigkeit des Übergangs von einer Eiszeit zu einer Zwischeneiszeit, die relativ schnell erfolgt, weil bestimmte sehr wirksame Klima-Rückkopplungen beteiligt sind. Eine dieser Rückkopplungen ist die Albedo, definiert als die Fähigkeit verschiedener Körper, Sonnenlicht zu absorbieren oder zu reflektieren (z. B. Thackeray und Fletcher 2016).

Die Albedo wird auf einer Skala von 0 (schwarzer Körper, absorbiert alles) bis 1 (weißer Körper, reflektiert alles) angegeben. Frischer Schnee hat eine hohe Albedo von bis zu 0,9, während der Mist, der beim Schmelzen alter Schnee- und Eisdecken entsteht, eine viel niedrigere Albedo im Bereich von 0,2 bis 0,4 hat - er kann viel mehr Sonnenenergie absorbieren. Das Schmelzen von Schnee und Eis führt also dazu, dass mehr Wärmeenergie gespeichert wird, was die Erwärmung verstärkt (Abbildung 2).

Abbildung 2: Albedo-Rückkopplung erklärt. Frisch gefallener Schnee reflektiert die einfallende Sonne stark, so dass der größte Teil der Sonnenenergie einfach in den Weltraum zurückgeworfen wird. Nacktes Meereis kann potenziell etwa die Hälfte der einfallenden Energie absorbieren. Wenn also die Bedingungen wärmer werden und der Schnee schmilzt, bleibt mehr Energie auf der Erde. Wenn auch das Meereis schmilzt, wird fast die gesamte einfallende Sonnenenergie von der viel dunkleren Meeresoberfläche absorbiert. Eine anfängliche Erwärmung führt also direkt zu einer weiteren Erwärmung. Grafik: John Mason.

Eine weitere Rückkopplung tritt auf, wenn der Permafrostboden auftaut, da der Boden dann zuvor eingeschlossenes CO₂ und Methan freisetzen kann. Während einer Eiszeit ist die Ausdehnung des Permafrosts riesig, so dass beim Auftauen solche Gase in großem Umfang freigesetzt werden - was wiederum die Erwärmung verstärkt.

Die Forscher haben auch die Dynamik der Eisschilde modelliert und untersucht, wie sich die Eisschilde beispielsweise beim Schmelzen verhalten. Es wurde festgestellt, dass die kurzlebigeren Eisschilde der nördlichen Hemisphäre in niedrigeren Breitengraden, die vor einer Million Jahren existierten, viel dünner und daher leichter zu schmelzen waren. Die Dynamik der Eisschilde scheint also eine Rolle bei den viel längeren Frostperioden der letzten Millionen Jahre zu spielen. All dies zeigt, dass Eiszeiten durch eine ganze Reihe von Faktoren entstehen, die miteinander interagieren, wobei die orbitalen Zyklen nur ein, wenn auch wichtiges, Rädchen im Getriebe sind und das Klimasystem nicht unbedingt völlig isoliert von einem Zustand (Eiszeit) in einen anderen (Zwischeneiszeit) bringen können (z. B. Bintanja und Van de Wal 2008; Berends et al. 2021).

Apropos Rädchen im Getriebe: Wir sind ein weiteres - und ein großes. Unsere absichtliche Störung von Gesteinen mit Kohlenstoffreserven - was wir tun, wenn wir fossile Brennstoffe suchen, fördern und verbrennen - ist einzigartig in der geologischen Geschichte. Es ist ein einmaliger Vorgang in der 4,56 Milliarden Jahre langen Geschichte des Planeten, und während die daraus resultierende Überlastung der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre noch nicht ausreicht, um die Erde wieder in einen Treibhauszustand zu versetzen, ist sie vollkommen ausreichend, um eine weitere Vergletscherung in absehbarer Zeit zu verhindern.