Neue Forschungen haben ergeben, dass die späten Pleistozänvereisungen durch die Neigung der Erdachse und nicht durch die Orbitexzentrizität beendet wurden.

28. August 2023 Eigenschaft

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von Hannah Bird , Phys.org

Die zyklische Vereisung der Erde wurde häufig auf 100.000 Jahre Zeitskalen betrachtet, insbesondere für das späte Pleistozän (~11.700 bis 129.000 Jahre vor heute), wobei sich die Perioden zwischen ausgedehnten polaren und gebirgigen Gletschereisdecken und wärmeren interglazialen Perioden wechselten, in denen die Eisdecken und Gletscher zurückwichen und anschließend der Meeresspiegel anstieg. Dies wird in Verbindung gebracht mit drei Schlüsselfaktoren, die die Menge an Sonnenstrahlung beeinflussen, die die Erde erreicht. 

Die sogenannte Milankovic-Zyklen, Exzentrizität betrachtet die Veränderung der Form der Erdumlaufbahn von kreisförmig zu elliptisch über 100.000 Jahre Zeitskalen, während Neigungswinkel die unterschiedliche 'Neigung' der Erdachse zwischen 22,1 und 24,5 Grad über 41.000 Jahre beschreibt (was zu den Jahreszeiten beiträgt) und Präzession, die vereinfacht gesagt die Richtung ist, in die die Erdachse zeigt und die den Unterschied zwischen den Jahreszeiten in einer Hemisphäre im Vergleich zur anderen verstärken kann.

Obwohl der Exzentrizitätszyklus ein Hauptfaktor war, der gedacht wurde, um die Vereisungs-/Interglazialzyklen voranzutreiben, legen neuere Forschungen nahe, dass sie stattdessen das Ergebnis einer Reihe von Neigungswinkel- oder Präzessionszyklen sein können (insbesondere da der erste vor 800.000 Jahren dominierte). Um diese Theorie zu testen, modellierten Bethany Hobart, eine Doktorandin an der University of California, und ihre Kollegen die Auswirkungen der Beendigung der Vergletscherung in 23.000 und 41.000 Jahreszyklen.

In einer Veröffentlichung in Nature Geoscience wurden drei Hypothesen vorgeschlagen: 1) Präzession, die durch Exzentrizität erzwungen wird, wobei schwache Präzessionszyklen mit nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen verbunden sind und daher die Sommerstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht, niedrig ist und das Anwachsen der Eisdecken begünstigt; 2) Vereisung beendet sich alle zwei oder drei Neigungswinkelzyklen, also etwa alle 100.000 Jahre; oder 3) sowohl Präzession als auch Neigungswinkel veranlassen den Wechsel zwischen Vereisung und Interglaziation.

Das Forschungsteam kam zu dem Schluss, dass es tatsächlich der kürzeste Umlaufzyklus, die Präzession, war, der den größten Einfluss auf die zyklische Vereisung in der geologischen Geschichte hatte. Für das späte Pleistozän ist die Präzessionserzwingung auf der nördlichen Hemisphäre im Sommer der Faktor, der zur signifikanten Eisschmelze der Eisdecken beigetragen und die glaziale Periode beendet hätte.

Diese Ergebnisse basieren auf Sauerstoffisotopen (demselben Element mit unterschiedlichen Atommassen), wobei die wärmeren Bedingungen zur Verdunstung von leichterem 16O führen, wodurch das Wasser angereichert wird mit schwererem 18O, das dann in die Schalen von Organismen, die im Ozean leben, wie einzellige Foraminiferen, eingebaut wird.

Die mikroskopischen Foraminiferen werden in Sedimentschichten, die aus dem tiefen Ozean gewonnen werden, gefunden, und Analysen von spätpleistozänen Aufzeichnungen identifizieren deutliche schnelle Abnahmen im Verhältnis von 18O zu 16O, die auf Veränderungen in der Tiefseetemperatur durch Variation des Eisanalysevolumens hinweisen.

Das Datieren der orbitalen Veränderungen stützte sich auf Speleothem-Aufzeichnungen (Mineralablagerungen in Höhlen; Kalksteintropfsteine sind ein Beispiel dafür) aus China, wodurch ein Altersmodell für die letzten 640.000 Jahre erstellt wurde. Vorherige Forschungen haben gezeigt, dass Klimaveränderungen im Nordatlantik sich schnell auf Monsungebiete ausbreiten, wobei das Ende der Vereisung schwächere Monsune zur Folge hat. Daher können die Speleothem-Aufzeichnungen als synchron zu den Eisaufzeichnungen betrachtet werden.

Durch diese Arbeit identifizierte das Forschungsteam neun Beendigungen der Vergletscherung, wobei die drei mit einem Stern markierten Teilvergletscherungen repräsentieren, während die anderen vollständig von glazialen zu interglazialen Bedingungen wechseln. Die Präzessionszyklen unterscheiden sich deutlich zwischen den Vergletscherungen, was Hobart und Kollegen darauf zurückführen, dass der konkurrierende Einfluss des Neigungswinkels sowie die variable Eisblattgröße am Beginn jedes Zyklus dies erklären könnten. Daher errechnen sie die Dauer zwischen den Zyklen auf 90.400 und 115.500 Jahre und die deutlicheren Veränderungen in der Präzession sind ein deutlicher Anzeiger für die Empfindlichkeit der Eisschichten des späten Pleistozäns.

Journal information: Nature Geoscience

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