RückkopplungenWarum Eiszeiten zyklisch wiederkehren
Gut alle hunderttausend Jahre kommt es zu einer Eiszeit. Forscher mit Schweizer Beteiligung haben nun in einer Computersimulation gezeigt, welche Faktoren zu diesem Zyklus führen.
Bei Eiszeiten liegen weite Gebiete im Norden von Amerika, Europa und Asien unter einer dicken Eisschicht. (Illustration: Ittiz / Wikipedia)
Seit einer Million Jahren wechseln sich Eiszeiten und Warmzeiten in einem Rhythmus von gut hunderttausend Jahren ab. Dieser Zyklus ist durch Daten aus Sedimenten und Polareis gut belegt. Bekannt war, dass die zyklisch schwankende Sonneneinstrahlung etwas damit zu tun hat, doch damit allein liessen sich die periodischen Eiszeiten nicht erklären.
Nun hat ein Team um Heinz Blatter, emeritierter Klimatologie-Professor an der ETH Zürich, mit einer Computermodellierung die diversen Zusatzfaktoren aufgeklärt. Demnach wird der Eiszeit-Warmzeit-Wechsel wesentlich davon bestimmt, dass sich kontinentale Eisschilde und Klima wechselseitig beeinflussen, berichten die Forscher im Fachblatt «Nature» vom Donnerstag.
«Wenn ein ganzer Kontinent von einer 2000 bis 3000 Meter dicken Eisschicht bedeckt ist, ist die Topografie eine völlig andere», erklärte Blatter in einer Mitteilung der ETH Zürich. Eis und eisfreie Erde strahlten Wärme völlig unterschiedlich zurück, zudem verändere die grossflächige Vergletscherung Meeresspiegel und -strömungen.
Sonneneinstrahlung schwankt
Diese Rückkoppelungseffekte von Erde und Klima überlagern sich mit weiteren, bekannten Mechanismen. Der wichtigste langfristige Einflussfaktor auf das Klima ist die Sonneneinstrahlung. Weil sich die Erdrotation und die Umlaufbahn der Erde um die Sonne periodisch leicht ändern, schwankt auch diese.
Wenn man diese Schwankung genau betrachtet, sind darin verschiedene, sich überlagernde Zyklen von rund 20'000, 40'000 und 100'000 Jahren zu erkennen. Doch insbesondere der 100'000-Jahres-Zyklus der Sonne sei relativ schwach und könne die Eiszeiten alleine nicht erklären.
All-in-one Computermodell
Mit einem umfassenden Computermodell haben die japanisch-schweizerisch-amerikanischen Wissenschaftler nun den fehlenden Einflüssen nachgespürt. Darin kombinierten sie eine Eisschild-Simulation mit einem bestehenden Klimamodell und errechneten die Vereisung der Nordhalbkugel für die vergangenen 600'000 Jahre.
Ins Modell flossen neben den astronomischen Eckwerten auch die Bodentopografie und die physikalischen Fliesseigenschaften von Gletschereis ein. Der wichtigste Faktor waren jedoch die simulierten Klima- und Rückkoppelungseffekte.
Langsamer Aufbau, rascher Rückzug
Das Modell bildet recht realistisch das Auf und Ab der Eisschild-Zyklen ab. Es zeigt zudem auf, wie all diese Faktoren zusammen dazu führen, dass sich ein Eisschild über Zehntausende von Jahren graduell aufbaut und sich dann verhältnismässig schnell - innert weniger tausend Jahre - wieder zurückzieht.
Der Grund: Die Zu- und Abnahme des Eispanzers wird nicht allein durch die Oberflächentemperatur und die Niederschläge bestimmt. Auch die Grösse des Eisschilds spielt eine Rolle - eben wegen der erwähnten Rückkoppelungseffekte: «Je grösser der Eisschild, umso kälter muss das Klima sein, um ihn zu erhalten», sagte Blatter. (sda)