Eiszeiten | Mensch-Erde-Universum

Auch ohne den vom Menschen verursachten Klimawandel kommt es oft zu Veränderungen im Erdklima. So gab es in der Geschichte der Erde mehrere Eiszeiten, in welchen die globale mittlere Temperatur um bis zu 10 Grad Celsius kälter war als heute. Und regional konnten die oft viele Hunderttausend Jahre anhaltenden Eiszeiten zu noch weitaus größeren Temperaturunterschieden im Vergleich zu heute führen.

Diese niedrigen Temperaturen bedeuteten vor allem, dass die Gebiete, in welchen die Bildung von Meereis möglich war, viel weiter ausgedehnt waren. Auch die Gletscher in den Gebirgen waren entsprechend größer und reichten bis in viel tiefer gelegene Höhenlagen.

So waren vor ca. 20.000 Jahren in Europa große Teile von Deutschland, England und Frankreich mit Eis bedeckt. Und Skandinavien lag nahezu vollständig unter einer bis zu 3 Kilometer dicken Eisschicht, welche sich auch über Teile der Nord- und Ostsee erstreckte. Ebenso befanden sich große Gebiete von Nordamerika und Nordasien über viele Tausende von Jahren unter einer Eisdecke.

Die Eiszeiten bedeuteten für alle Lebewesen auf der Erde vollkommen andere Lebensbedingungen. Die Pflanzen und Tiere mussten sich an Temperaturunterschiede von bis zu 20 Grad anpassen. Manchmal war dies möglich, weil die Klimaveränderungen über Hunderttausende von Jahren erfolgten.

Doch oft änderte sich mit den Eiszeiten das Klima in den jeweiligen Gebieten auch schnell und so stark, dass viele Lebewesen sich nicht anpassen konnten. In der Folge kam es in der Erdgeschichte zu mehreren großen Massenaussterben. Andere Lebewesen hingegen, wie der Mensch, konnten sich während der letzten Eiszeit über die ganze Erde ausbreiten.

Eine weitere Folge von Eiszeiten: Der Meeresspiegel war um etwa 100 Meter niedriger, weil sehr viel Wasser sich in den Kilometer dicken Eisschichten befand. Damit verschoben sich die Grenzen von Ozeanen und Landmassen um viele Hunderte von Kilometern. Dies ermöglichte vielen Lebewesen, auch dem Menschen, die Wanderung innerhalb von Gebieten, die heute durch tiefe Meere getrennt sind.

So waren in der letzten Eiszeit zum Beispiel England und Irland mit dem europäischen Kontinent verbunden. Auch Nordamerika konnte viele Jahrtausende lang von Nordasien aus über eine Landbrücke erreicht werden. Durch die Eiszeiten konnten sich die Menschen so auf allen Kontinenten ausbreiten.

Wie entstehen diese Eiszeiten? Was wissen über deren Ausdehnung und Dauer? Und woher kommt dieses Wissen? Welche Methoden ermöglichen die Erforschung des Klimas von vor über 50.000 oder 800.000 Jahren?

In diesem Übersichtsartikel behandeln wir das Thema Eiszeiten im Detail. Dabei gehen vor allem auf die damit verbundenen Änderungen im Erdklima ein und was diese für das Leben auf der Erde bedeuten. Einige der Fragen, die wir im Folgenden beantworten wollen:

Was sind Eiszeiten genau?
Wie lange dauern sie und wie entstehen sie?
Wodurch kommt es zu den Zyklen von Warmzeiten und Kaltzeiten innerhalb einer Eiszeit?
Welche klimatologischen Veränderungen sind mit den Eiszeiten verbunden?
Was bedeuten diese Veränderungen für das Leben auf der Erde, insbesondere für die Menschen?
Wie hängen die Eiszeiten mit der Ausbreitung und der Evolution des Menschen zusammen?
Und was können wir aus den Eiszeiten für den aktuellen, von Menschen verursachten Klimawandel lernen?

Ausdehnung der Gletscher während der Weichsel-Würm-Kaltzeit — Ausdehnung der Gletscher während der Weichsel- bzw. Würm-Kaltzeit,
**Credit**: Ulamm, Wikimedia

Eiszeit Definition

Was genau ist eine Eiszeit?
Eiszeiten im Erdklima sind wie folgt definiert: Während einer Eiszeit sind über einen längeren Zeitraum die Temperaturen so niedrig, dass die Polgebiete der Erde mit Eis bedeckt sind.

Allerdings kommt es durch Eiszeiten zu vielen weiteren Veränderungen der klimatischen Bedingungen. Die Temperaturen sind global sehr viel niedriger, und es kommt zu mehr Niederschlag in Form von Schnee statt Regen. Auch ein Sinken des Meeresspiegels um 100 Meter und mehr ist charakteristisch für eine Eiszeit.

In der Geschichte der Erde gab es mindestens 5 Eiszeiten, die von Klimaforschern wie folgt bezeichnet und zeitlich eingeordnet werden:

Die erste Eiszeit, das archaische Eiszeitalter begann vor ca. 2,4 Milliarden Jahren und dauerte ungefähr 300 Millionen Jahre. Im Englischen wird diese Eiszeit auch Huronian Ice Age genannt.
Das zweite Eiszeitalter war die Sturtische Eiszeit (engl.: Cryogenian), welche etwa von 720 bis 635 Millionen Jahren vor unserer Zeitrechnung andauerte.
Die Anden-Sahara-Eiszeit begann vor etwa 450 bzw. 460 Millionen Jahren und dauerte ungefähr 30 bis 40 Millionen Jahre. Diese dritte Eiszeit wird oft auch Ordovizisches Eiszeitalter genannt.
Von etwa 360 bzw. 350 bis ungefähr 255 Millionen Jahren vor unserer Zeitrechnung dauerte die permokarbonische Vereisung. Dieses vierte Eiszeitalter wird im Englischen auch Karoo ice age genannt.
Die fünfte und bisher letzte Eiszeit, das Quartär, begann vor ca. 2,58 Millionen Jahren und dauert bis heute an.

Auf die verschiedenen Eiszeitalter gehen wir genauer in diesem Kapitel ein: Die 5 Eiszeiten der Erdgeschichte.

Eiszeiten und Warmklima

Die Eiszeiten können mehrere Millionen Jahre dauern. In der gesamten Erdgeschichte spielen sie aber zeitlich gesehen dennoch nur eine Nebenrolle. Die Erde ist vor über 4,6 Milliarden Jahre entstanden und die allermeiste Zeit davon befand sich die Erde nicht in einer Eiszeit.

Diese für das eigentliche Erdklima charakteristischen Zeiten, welche keine Eiszeiten sind, werden auch Warmklima genannt. Die verschiedenen Warmklimate zwischen den Eiszeiten haben keine eigene Bezeichnung.
Die Eiszeiten und die Warmklimate folgen einem natürlichen Zyklus, der durch eine Reihe von Faktoren bestimmt wird. Hierauf gehen wir in dem Kapitel Wie entstehen Eiszeiten genauer ein.

Warmzeiten und Kaltzeiten

Die klimatologischen Bedingungen während der Eiszeiten sind nicht konstant. Vor allem andern sich auch innerhalb einer Eiszeit die Temperaturen erheblich. So gibt es einen natürlichen Zyklus, bei dem sich Zeiträume mit warmen Temperaturen abwechseln mit Zeiten, in denen kältere Temperaturen herrschen.

Eiszeiten bestehen also aus Warmzeiten (Interglazial) und Kaltzeiten (Glazial), welche ebenfalls einem natürlichen Zyklus folgen. Dabei sind auch während der Warmzeiten die Temperaturen so niedrig, dass die Polkappen durch Eis bedeckt sind.

Wir leben in einer Eiszeit

Befinden wir uns heute in einem Warmklima oder in einer Eiszeit? Aufgrund der hohen und immer weiter steigenden Temperaturen in den letzten Jahren ist es schwer zu glauben, aber wir leben tatsächlich in einer Eiszeit.

Wie im Kapitel Eiszeit Definition beschrieben, ist eine Eiszeit definiert über die eisbedeckten Polkappen. Und auch wenn die Eisschichten in der Arktis und Antarktis zurzeit stark abnehmen, sind die Polgebiete heute mit Eis bedeckt. Daraus folgt, dass wir in einer Eiszeit leben.

Genauer gesagt befinden wir uns in einer Warmzeit (Interglazial) innerhalb einer Eiszeit, welche als Quartär bezeichnet wird. Diese aktuelle Eiszeit dauert bereits über 2,5 Millionen Jahre an. Dabei begann das Quartär mit einer Kaltzeit, dem Pleistozän, welches vor etwa 12.000 Jahren endete.

Darauf folgte eine Warmzeit, das Holozän, welches die letzten 12.000 Jahre andauert. Und im Holozän befinden wir uns auch heute, eine Warmzeit (Interglazial) innerhalb einer Eiszeit.
Allerdings gibt es unter Wissenschaftlern seit einigen Jahren eine heftige Diskussion darüber, ob man das aktuelle Zeitalter Anthropozän nennen sollte, weil der Mensch bereits seit vielen Jahrzehnten die Umwelt und das Klima nachhaltig verändert hat.

Wie entstehen Eiszeiten?

Für die Entstehung der Eiszeiten auf der Erde gibt es verschieden Ursachen, welche meistens zusammenwirken. Zu den wichtigen Faktoren, welche den Übergang von einem Warmklima in ein Eiszeitalter bewirken können, gehören:

Milankovich-Zyklen: Die Exzentrizität des Erdorbits, sowie die Neigung und die Präzession der Erdachse haben einen starken Effekt darauf, wieviel Sonnenstrahlung die Erde empfängt. Diese drei Faktoren ändern sich periodisch mit verschiedenen Zyklen im Bereich von mehreren Zehntausend bis Hunderttausenden von Jahren. Der serbische Mathematiker und Geowissenschaftler Milankovich zeigte in mehreren Schriften ab etwa 1920, dass diese verschiedenen Zyklen des Erdorbits und der Erdachse zeitlich mit dem Auftreten von Eiszeiten zusammenhängen.
Zusammensetzung der Erdatmosphäre: Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan absorbieren die von der Erde ausgehende Wärmestrahlung (Infrarot) und reflektieren einen Teil davon auf die Erde (Treibhauseffekt). Die Menge dieser Treibhausgase hat sich im Lauf der Erdgeschichte mehrmals stark verändert. Dadurch variiert auch der natürliche Treibhauseffekt, welcher die Temperaturen auf der Erde zu einem großen Teil bestimmt.
Bewegung der Kontinente: Eiszeiten dauern mehrere Millionen Jahre, ein Zeitraum, in dem sich auch die Lage der Kontinente verändert. Entsprechend spielt für die Entstehung der Eiszeiten auch die Bewegung der Kontinente (Kontinentaldrift) eine große Rolle.
Vulkanausbrüche und Asteroiden: Starke Einschläge von Meteoriten und Vulkanausbrüche können riesige Mengen von Staub und Asche in die Atmosphäre bringen. Dadurch ändert sich die Albedo (Rückstrahlvermögen) der Atmosphäre, was wiederum eine starken Effekt auf die Temperatur haben kann.
Sonnenaktivität: Die Intensität der Sonnenstrahlung variiert im Laufe der Zeit etwas. So gibt es den bekannten Sonnenflecken-Zyklus, welcher etwa 11 Jahre dauert und mehrere weitere Zyklen, die über Hunderte oder auch Tausende von Jahren anhalten.

Diese Faktoren beeinflussen sich gegenseitig durch Rückkopplungseffekte. So kann sich durch die Bewegung der Kontinente zum einen das Rückstrahlvermögen der Landflächen verändern, welches dann direkt die Temperatur beeinflußt. Zum andern verändert sich dadurch auch die Ausbreitung von Pflanzen und Bäumen, was wiederum einen Effekt auf die Zusammensetzung der Atmosphäre hat, insbesondere auf die Menge der Treibhausgase (Kohlendioxid, Methan).

Zudem wirken die Faktoren meist auch auf unterschiedlichen Zeitskalen. So können sich in der Summe sowohl eher kurzfristige Schwankungen (zum Beispiel kürzere Glaziale und Interglaziale) als auch langandauernde Veränderungen im Erdklima ergeben.