M3 Glazial Interglaziale Zyklen

Thema

Eiszeit-Warmzeit-Zyklen sind die variabelste Form des Klimawandels im Quartär, dem Zeitraum der letzten 2,6 Millionen Jahre Erdgeschichte: Zwischen einer Eiszeit und einer Warmzeit schwankt die globale Temperatur zwischen vier und acht Grad Celsius, und die Kohlendioxidkonzentration zwischen 180 und 280 ppm.

Die Milanković-Zyklen sind der Auslöser dieser Eiszeit-Warmzeit-Zyklen: Die Exzentrizität der Erdumlaufbahn (mit einer Periode von etwa 100.000 Jahren), die Schiefe der Erdachse (mit einer Periode von etwa 41.000 Jahren) und die Präzession derselben Achse (mit einer Periode von etwa 23.000 Jahren) modulieren gemeinsam die saisonale Sonneneinstrahlung in den hohen Breiten der Nordhalbkugel. Die Milankovitch-Orbitalanregung allein reicht jedoch nicht aus, um die gesamte Amplitude der Eiszeit-Warmzeit-Zyklen zu erklären: Das Klimasystem verstärkt diese Anregung durch interne Rückkopplungen von Kohlendioxid, Eisalbedo, Wasserdampf und Veränderungen der Ozeanzirkulation. Die Sonneneinstrahlung, die die hohen Breiten der Nordhalbkugel zu einem bestimmten Zeitpunkt erreichen, wird aus Breitengrad, Jahreszeit und den Orbitalparametern der Milankovitch-Anregung berechnet. Die Reaktion des Klimasystems auf diese Sonneneinstrahlung ist jedoch nicht linear: Es besteht eine deutliche Asymmetrie zwischen langsamer Vereisung, deren Entwicklung etwa 100.000 Jahre dauert, und rascher Enteisung, die in nur 10.000 Jahren erfolgt. Diese Asymmetrie zwischen langsamer und rascher Vereisung lässt sich nicht allein durch die Milankovitch-Orbitalanregung erklären. Energiebilanzmodelle, die einen interaktiven Kohlenstoffkreislauf berücksichtigen, reproduzieren diese Asymmetrie durch die Einführung nichtlinearer Schwellenwerte, die die Milankovitch-Orbitalanregung allein nicht aufweist. Das in Eiszeit-Warmzeit-Zyklen akkumulierte Eisvolumen folgt annähernd der sommerlichen Sonneneinstrahlung auf dem 65. Breitengrad Nord, jedoch mit einer Verzögerung von mehreren tausend Jahren.

Ein noch ungelöstes Problem besteht darin, dass in den jüngsten Eiszeit-Warmzeit-Zyklen die Exzentrizitätsperiode von etwa 100.000 Jahren der dominierende Faktor ist, obwohl die Exzentrizität die schwächste der drei Komponenten der zuvor beschriebenen Milankovitch-Zyklen darstellt. Dieses als „100.000-Jahre-Problem“ bekannte Phänomen ist nach wie vor Gegenstand intensiver Forschung zu Eiszeit-Warmzeit-Zyklen. Drei Mechanismen wurden vorgeschlagen, um dieses Problem zu erklären: ein Mechanismus, bei dem zufälliges Klimarauschen mit der schwachen orbitalen Kraft der Exzentrizität selbst synchronisiert wird und diese weitaus stärker verstärkt, als es die Milankovitch-Zyklen allein bewirken würden; Eine nichtlineare Rolle des nordamerikanischen Eisschildes, dessen eigene interne Dynamik unabhängig von der Milankovitch-Zyklenbewegung eine Periode von nahezu einhunderttausend Jahren hervorrufen könnte; und Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf, sichtbar in den in altem Eis aufgezeichneten Methan- und Kohlendioxidzyklen.

Die paläoklimatischen Aufzeichnungen, die die Überprüfung dieser Modelle von Eiszeit-Warmzeit-Zyklen ermöglichen, sind im Wesentlichen zweierlei: ein antarktischer Eiskern, der die letzten achthunderttausend Jahre akkumulierten Eisschichten umfasst, und marine Sedimente, die im Rahmen verschiedener Meeresbohrprogramme vom Meeresboden gewonnen wurden. Sowohl der antarktische Eiskern als auch die marinen Sedimente bewahren, jeweils auf ihre Weise, dieselbe Abfolge von Eiszeit-Warmzeit-Zyklen, die durch die Milankovitch-Zyklenbewegung ausgelöst und durch interne Rückkopplungen des Klimasystems verstärkt wird. Genau diese erhaltene Abfolge erlaubt es uns schließlich, unter den vorgeschlagenen Mechanismen für das Problem der hunderttausend Jahre diejenigen zu unterscheiden, die mit den tatsächlichen paläoklimatischen Aufzeichnungen übereinstimmen.

ID:1919