Ein internationales ForscherInnen-Team mit Beteiligung von Prof. Christoph Spötl vom Institut für Geologie der Uni Innsbruck hat mehr als 800.000 Jahre in die Vergangenheit geblickt, um einen bislang ungeklärten Wechsel im Rhythmus zwischen Warm- und Kaltzeiten zu erklären. Die Forscher sehen in der periodischen Änderung der Neigung der Erdachse den Motor für große klimatische Veränderungen. Die Ergebnisse wurden nun im Fachmagazin Science veröffentlicht.
Etwa alle 100.000 Jahre vollzieht die Erde einen Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. Erklärt werden diese Wechsel durch die etablierte Theorie der so genannten Milanković-Zyklen: Die Erde ist im Sonnensystem den gravitativen Einflüssen anderer Planeten ausgesetzt, die zu periodisch auftretenden Variationen der Erdbahnparameter führen. Dazu zählt die Obliquität, also die Neigung der Erdachse, die Exzentrizität, das Ausmaß der Abweichung der Erdumlaufbahn von einer Kreisbahn, sowie die Schwingung der Erdachse, die Präzession. Diese drei Parameter nehmen Einfluss auf die Verteilung der Sonneneinstrahlung auf die Erde und damit auf globale, klimatische Veränderungen auf Zeitskalen von Tausenden Jahren.
Von besonderem Interesse für die Forschung ist seit vielen Jahren der Mittelpleistozäne Übergang (Middle Pleistocene Transition, MPT), der eine grundlegene Umstellung des Rhythmus der Eiszeiten mit sich brachte:
„Im Zeitraum von vor 1,2 Millionen Jahren bis etwa vor 800.000 Jahren erfolgte der Wechsel zwischen Warm- und Kaltzeiten alle 41.000 Jahre. Danach nur alle 100.000 Jahre. Bis heute konnte nicht gänzlich geklärt werden, was diese Umstellung – den MPT – verursacht hat. Mit der Milanković-Theorie (s.u.) lässt sich vieles überzeugend erklären, nicht aber der Übergang in die ‚100.000er-Welt’, denn dieser geschah ohne Veränderung der astronomischen Parameter“.
verdeutlicht Prof. Christoph Spötl, Leiter der Arbeitsgruppe für Quartärforschung am Institut für Geologie der Uni Innsbruck.
In einem internationalen Forscher-Team hat der Geologe nun in einer umfassenden Studie Daten aus Tiefsee-Sedimenten mit Analysen von Tropfsteinen kombiniert und damit erstmals einen zeitgenauen Blick in den MPT geworfen.
Definition: nach dem jugoslawischen Mathematiker Milutin Milanković benannt.
Hierbei handelt es sich um zeitvariante Muster, in welchen die auf die Erde auftreffende Sonnenstrahlung über die jährliche Schwankung hinaus variiert, also um langperiodische Variationen der Solarkonstante sowie der Ausprägung der Jahreszeiten. Sie erklären teilweise die natürlichen Klimaschwankungen der Erde und sind daher im Kontext der Klimatologie und der Paläoklimatologie von großer Bedeutung. (Quelle: Physik Cosmos indirekt)
Neuer Ansatz
Das vollständigste globale Klimaarchiv stammt aus der Tiefsee und den dort abgelagerten Sedimenten. In der vorliegenden Studie wurden dazu Daten aus dem nördlichen Atlantik westlich von Portugal herangezogen. Ein weiterer Speicher vergangener klimatischer Bedingungen sind Tropfsteine in Höhlen – das Fachgebiet des Höhlenforschers und Experten für Speläotheme Christoph Spötl. „Tiefsee-Sedimente sind vielerorts lückenlos in ihrer Abfolge, aber schwer zu datieren. Tropfsteine wiederum sind gut zu datieren, aber nicht kontinuierlich gewachsen. Um zeitliche Lücken zu schließen und eine hochgenaue Chronologie zu erstellen, haben wir daher beide Quellen vereint“, erklärt der Geologe.
Dazu hat das Team Topfsteine der Corchia Höhle in den Apuanischen Alpen Italiens analysiert, die zwischen 970.000 bis 810.000 Jahre alt sind. „Dieser Zeitraum beinhaltet zwei Terminationen, also zwei Übergange von einer Kalt- in eine Warmzeit. Es handelt sich dabei um die ersten zwei Terminationen am Beginn der ‚100.000er-Welt’, die wir durch die Anwendung der Uran-Blei-Methode der KollegInnen in Melbourne und durch die Bestimmung von Sauerstoffisotopen in Innsbruck untersuchen konnten“, so Spötl. Durch diese Vorgehensweise erhielten die Forscherinnen und Forscher einen präzisen Blick in diesen kritischen Zeitraum: „Wir verfügen nun zum ersten Mal über die zeitliche Genauigkeit, um im Detail in die Struktur des MPT hineinzuschauen.“
Erdachsen-Neigung ausschlaggebend
Vor dem Hintergrund der Milanković-Theorie kam das internationale ForscherInnen-Team zum Ergebnis, dass die ersten beiden Terminationen des MPT in einem Zeitraum stattfanden, als eine hohe Obliquität vorherrschte. „Die Präzession allerdings war bei beiden unterschiedlich. Damit dürften die Änderungen in der Schiefe der Erdachse ausschlaggebend für die Terminationen der letzten 1 Million Jahre gewesen sein – und nicht etwa die Exzentrizität“, erklärt Spötl. „Wir haben dieses Konzept dann auch für alle jüngeren Wechsel von Kalt- zu Warmzeiten getestet und kamen zum gleichen Schluss, dass die Änderungen in der Neigung der Erdachse die Ursache war.“ Die Obliquität ist somit auch in der „100.000er-Welt“ für das Erdklima von essentieller Bedeutung – und war es nicht nur in den kürzeren Intervallen vor dem MTP, wie die Forscherinnen und Forscher in ihrer Studie festhalten.
Veröffentlichung: Persistent influence of obliquity on ice age terminations since the Middle Pleistocene transition. Petra Bajo, Russell Drysdale, Jon Woodhead, John Hellstrom, David Hodell, Patrizia Ferretti, Antje Voelker, Giovanni Zanchetta, Teresa Rodrigues, Eric Wolff,
Jonathan Tyler, Silvia Frisia, Christoph Spötl, Anthony Fallick. Science, Vol 367 Issue 6483, DOI: 10.1126/science.aaw1114 / https://doi.org/10.1126/science.aaw1114
Quelle: off. Pm der Universität Innsbruck
Titelbildunterschrift: Tropfsteine in der Corchia Höhle in den Apuanischen Alpen Italiens (Foto: Linda Tegg)
Pia Gaupels
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