Was verursacht Glazial-Interglazial-Zyklen?
Variationen in der Erdumlaufbahn im Laufe der Zeit haben die Menge der Sonnenstrahlung verändert, die die Erde in jeder Jahreszeit erhält. Zwischeneiszeiten treten tendenziell in Zeiten intensiverer Sonneneinstrahlung im Sommer auf der Nordhalbkugel auf. Diese Glazial-Zwischeneis-Zyklen haben während des gesamten Quartärs (die letzten 2,6 Millionen Jahre) zu- und abgenommen. Seit dem mittleren Quartär haben die Glazial-Interglazial-Zyklen eine Häufigkeit von etwa 100.000 Jahren (Lisiecki und Raymo 2005). In der Zeitreihe der Sonneneinstrahlung sind Zyklen dieser Länge (bekannt als „Exzentrizität“) vorhanden, aber schwächer als Zyklen, die etwa 23.000 Jahre dauern (die als „Präzession der Äquinoktien“ bezeichnet werden).
Interglaziale Perioden neigen dazu, während der Perioden der höchsten Sonneneinstrahlung im Sommer der nördlichen Hemisphäre aufzutreten. Vollständige Interglaziale treten jedoch nur etwa jede fünfte Spitze im Präzessionszyklus auf. Die vollständige Erklärung für diese Beobachtung ist immer noch ein aktives Forschungsgebiet. Nichtlineare Prozesse, wie z.B. positive Rückkopplungen innerhalb des Klimasystems, könnten ebenfalls sehr wichtig sein, um zu bestimmen, wann Glaziale und Interglaziale auftreten.
Eine weitere interessante Tatsache ist, dass die Temperaturschwankungen in der Antarktis in Phase mit den Änderungen der Sonneneinstrahlung in den hohen nördlichen Breiten sind. Die Änderungen der Sonneneinstrahlung in den hohen südlichen Breiten in der Nähe der Antarktis sind tatsächlich außer Phase mit den Temperaturänderungen, so dass die kälteste Periode während der letzten Eiszeit etwa zu der Zeit auftrat, als die Region einen Höhepunkt der lokalen Sonneneinstrahlung erlebte. Das bedeutet, dass das Wachstum der Eisschilde in der nördlichen Hemisphäre einen wichtigen Einfluss auf das weltweite Klima hat.
Warum enden Eiszeiten abrupt?
Beachten Sie die asymmetrische Form der antarktischen Temperaturaufzeichnung (schwarze Linie), mit abrupten Erwärmungen, die in Gelb dargestellt sind und langsameren Abkühlungen vorausgehen (Kawamura et al. 2007; Jouzel et al. 2007). Die Erwärmung am Ende von Glazialperioden verläuft tendenziell abrupter als der Anstieg der solaren Einstrahlung. Hierfür sind mehrere positive Rückkopplungen verantwortlich. Eine ist die Eis-Albedo-Rückkopplung. Eine zweite Rückkopplung betrifft das atmosphärische CO2. Direkte Messungen von CO2 aus der Vergangenheit, das in Eiskernblasen eingeschlossen ist, zeigen, dass die Menge an atmosphärischem CO2 während der Eiszeiten abnahm (Kawamura et al. 2007; Siegenthaler et al. 2005; Bereiter et al. 2015), zum Teil weil der tiefe Ozean mehr CO2 aufgrund von Veränderungen in der Durchmischung des Ozeans oder biologischer Aktivität speicherte. Niedrigere CO2-Werte schwächten den Treibhauseffekt der Atmosphäre ab und halfen, niedrigere Temperaturen aufrechtzuerhalten. Die Erwärmung am Ende der Eiszeiten setzte CO2 aus dem Ozean frei, was den Treibhauseffekt der Atmosphäre verstärkte und zu einer weiteren Erwärmung beitrug.
Einige wichtige Datensätze im Zusammenhang mit glazialen/interglazialen Zyklen:
- Berger und Loutre (1991), berechnete einfallende Sonnenstrahlung für die letzten 5 Millionen Jahre
- Peltier (1994), Eisschild-Topographie seit dem letzten glazialen Maximum
- Lisiecki und Raymo (2005), benthische δ18O-Aufzeichnungen, die als Proxy für das globale Eisvolumen verwendet werden
- Siegenthaler et al. (2005), Kohlendioxid aus dem EPICA Dome C Eisbohrkern in der Antarktis
- Jouzel et al. (2007), stabile Isotope aus dem EPICA Dome C Eisbohrkern in der Antarktis
- Kawamura et al. (2007), stabile Isotope und Spurengase aus dem Dome Fuji Eisbohrkern
- Bereiter et al. (2015), Kohlendioxid aus dem EPICA Dome C Eisbohrkern in der Antarktis