Die Vereisung im Jungkänozoikum (heutige Eiszeit) 

Ozeanographische und klimatische Auswirkungen der Schließung des Isthmus von Panama zwischen Nord- und Südamerika. Die Zahlen geben den Salzgehalt des Meerwassers in Promille an.

Umgezeichnet und verändert nach Stanley (1999).

Das ozeanische Strömungssystem, wie es mit dem thermohalinen Zirkulationsband heute vorherrscht (oben rechts) unterscheidet sich wesentlich von jenem, welches noch im frühen Pliozän (oben links) herrschte, bevor die Vereisung der nördlichen Hemisphäre begann. Heute bringen die westlichen Passatwinde Feuchtigkeit in den Pazifik, welche sie vorher in dem erhitzten Westatlantik (Karibik) evaporiert hatten. Dadurch wird das Atlantikwasser sehr salzreich und schwer, sodass es nach Transport in Nordostrichtung (Nordatlantik- oder Golfstrom) bei noch weiterer Abkühlung bereits im Raum zwischen Grönland und Norwegen so schwer wird, dass es absinkt und sauerstoffreiches Tiefenwasser bildet. Dadurch gelangen warme Strömungen nicht mehr so weit nach Norden wie noch im frühen Pliozän, als warme und nicht so salzreich (deshalb nicht so schwere) Ozeanwässer in das arktische Meer gelangen und den arktischen Raum warm halten konnten. Die Schließung des Isthmus von Panama (ein plattentektonischer Vorgang) hat also den Startschuss für die Vereisung der Nordhemisphäre gegeben. Der Schwellwert hierfür war vor 4,6 Millionen Jahren erreicht.

Temperaturzyklen der letzten 5 Millionen Jahre. Umgezeichnet und verändert nach Oschmann et al. (2000).

Das Schwanken der Sonneneinstrahlung aufgrund überlagerter zyklisch schwankender orbitaler Parameter (Lage der Erdachse 23 ka, Schiefe der Erdachse 40 ka, Exztrenzitität der Erdumlaufbahn 100 ka) bewirkte besonders im Quartär (letzte 1,75 Ma) Aufbau und Abschmelzen großer nordhemisphärischer Eisschilde. Dies ist der Grund, dass erst lange nach dem Erreichen des Schwellwertes bei 4,6 Ma (Schließung des Panamaseeweges, s.o.) die Bedingungen zum Aufbau der ersten großen Eisschilde auch im Norden im Zusammenhang mit den orbitalen Parametern vor ca. 3 Ma erreicht waren. Wichtig waren hier minimale Neigungswinkel der Erdachse und demzufolge geringste saisonale Temperaturschwankungen. Dadurch begann Schnee, der im Winter gefallen war, im Sommer nicht mehr abzutauen, als Folge begannen erste Tieflandgletscher zu wachsen. Zu diesem Zeitpunkt begann die eigentliche Nord-Eiszeit.

Die Temperaturschwankungen der letzten 1 Ma waren etwas regelmäßiger und langfristiger als in den Millionen Jahren davor. Besonders die letzten ca. 500 ka waren durch aufeinanderfolgende Glaziale (Kaltzeiten) und Interglaziale (Warmzeiten) mit einer Amplitude von - in der Größenordnung - etwa 100 ka geprägt. Hierbei fällt auf, dass die Glaziale jeweils recht abrupt mit raschen Temperaturanstiegen endeten und sich die jeweils nächsten Glaziale nur allmählich aus den darauffolgenden Interglazialen entwickelten. Die kältesten Phasen (Hochglaziale) wurden immer kurz vor dem Ende der Glaziale erreicht.

Mit der Lupe betrachtet, waren die eiszeitlichen Klimate jedoch nicht so stabil wie bis vor kurzem gedacht. Es kam vor allem im nordatlantischen Raum (Europa und Nordamerika) immer wieder zu Temperatursprüngen von bis zu 10 Grad Celsius in 10 Jahren (Dansgaard-Oeschger- und Heinrich-Events).

Verbreitung der Inlandsgletscher in Nordeuropa während der drei letzten großen Vereisungsphasen (Elster-, Saale-, Weichseleiszeit) und die Position des Eisrandes am Ende des Pleistozäns vor ca. 10.000 Jahren.
Umgezeichnet und verändert nach Bowen (1978) aus Faupl (2000).

In Mittel- und Nordeuropa sind die letzten drei Glaziale des Pleistozäns gut durch Ablagerungen und morphologische Formen dokumentiert: Während die Elster- und die Saalegletscher bis an den Rand der Mittelgebirge vorstießen, erreichten die Gletscher der Weichsel-Eiszeit nur Warschau, den Raum am Südrand von Berlin und Schleswig-Holstein. Mit dem Zurückweichen der Weichsel-Gletscher aus Südschweden vor 10ka ist der Beginn des Holozäns (aktuelle Warmzeit) definiert.

Verlauf der Temperaturkurve in den letzten 150 ka und Projektion in die Zukunft mit aktueller und hypothetischer Super-Zwischeneiszeit.
Umgezeichnet und verändert nach Skinner & Porter (1999).

Die letzte Eiszeit (bzw. das letzte Glazial, bei uns in Mitteleuropa Weichselglazial genannt) entwickelte sich allmählich aus der letzten Zwischeneiszeit (dem Eem-Interglazial) zu seinem Höhepunkt ca. 20 ka (Brandenburg-Stadium). Der Übergang zur darauffolgenden Zwischeneiszeit (Holozän-Interglazial, jetzige Warmzeit) verlief, wie für die Glaziale der letzten 500 ka typisch, relativ schnell (allerdings modifiziert durch den kurzzeitigen Rückschlag der "Jüngeren Dryas", siehe unten). Die Frage, ob der Mensch denn nun eifrig dabei ist, das Klima durch seine Produktion von Treibhausgasen zu erwärmen oder nicht, wird entscheiden, ob wir uns schon relativ bald wieder der nächsten Eiszeit nähern oder vorher durch die "abnormale" Termperaturerhöhung erst einmal in eine Art von "Super"-Zwischeneiszeit kommen. So oder so, die nächste Eiszeit kommt bestimmt!

Die "Jüngere Dryas" vor ca. 11-12 ka. Relativer Temperaturverlauf nach Analysen der stabilen Sauerstoffisotope in Sedimenten eines schweizer Sees und eines grönländischen Eiskerns.
Umgezeichnet und verändert nach Skinner & Porter (1999).

Das Ende der letzten Eiszeit verlief nicht ohne Komplikationen. Nachdem sich das Klima vor ca. 13 ka schon relativ stark erwärmt hatte ("Dryas-Zeit", benannt nach der sich nun ausbreitenden Silberwurz), zeigen die an vielen Orten der Nordhemisphäre unabhängig voneinander noch einmal die Rückkehr zu kühleren Temperaturen an ("Jüngere Dryas vor ca. 11-12 ka), bis dann mit einer abrupten Erwärmung der endgültige Übergang zum Holozän erfolgte. Für diesen raschen Klimawechsel werden Extremwerte von 7 Grad Celsius in nur 40 Jahren (oder gar noch schneller) genannt, was alle für die derzeitig von uns Menschen gemachte Erwärmung gemessene oder vorhergesagte Geschwindigkeiten bei weitem überschreitet. Der Grund hierfür kann nur eine plötzliche Änderung des nordatlantischen Strömungssystems sein. Offenbar sprang das System nach Überschreiten eines Schwellwertes in einen anderen stabilen Zustand um, der uns seitdem mehr Wärme in das Nordmeer liefert.

Warum aber war es zwischenzeitlich noch einmal zur Abkühlung der "Jüngeren Dryas" gekommen?

Umgezeichnet und verändert nach Skinner & Porter (1999).

Den Grund hierfür sieht man mittlerweile recht einvernehmlich in dem (wiederholten?) katastrophalen Ausfließen großer Eisstauseen ("Lake Agassiz", heutige Große Seen, allerdings mit vielfacher Ausdehnung) am Südrand des nach Norden zurückweichenden kanadischen Eisschildes. Hierdurch wurde das aus der Karibik stammende salzreiche Wasser des Nordatlantikstroms (fälschlich auch Golfstrom genannt) so stark verdünnt, dass das thermohaline Strömungssystem zusammenbrach. Dadurch kühlte der Nordatlantik ab, und hier entstehende kühle Winde ließen die Temperaturen in Europa, aber auch auf Grönland wieder sinken. Nach weiterem Abtauen der kanadischen Gletscher ließ dieser Effekt nach, und es kam zu der beschriebenen abrupten Erwärmung im Übergang zum Holozän.