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Dieser einfache Trick sagt voraus, wann eine Eiszeit anhält

2022

Alles begann mit einer E-Mail. Vor drei Jahren hatte der Professor des University College London, Chronis Tzedakis, einem Geologie-Grundkurs die grundlegenden Zyklen einer Eiszeit erklärt. Wie die Erde Eisperioden durchmacht, gefolgt von wärmeren Perioden, in denen die Gletscher schmelzen. Manchmal variiert der Zeitpunkt zwischen diesen Perioden dramatisch.

"Ich habe versucht, in einem Vortrag von Studienanfängern sehr, sehr allgemein darüber zu sprechen", sagt Tzedakis. "Und dann schickte mir ein Student eine E-Mail und sagte:" Nun, können Sie erklären, warum es so ist? "

Tzedakis fing an, eine lange E-Mail als Antwort zu schreiben, in der er die Grundlagen darlegte, bevor er bemerkte, dass er keine einfache, zufriedenstellende Erklärung für seinen Schüler hatte.

In den nächsten zweieinhalb Jahren verwandelte sich das, was als E-Mail an einen Studenten begann, in eine Überprüfung der vorhandenen Literatur und schließlich diese Woche in ein Paper in Nature mit drei Mitarbeitern aus der ganzen Welt. Darin geben Tzedakis und seine Kollegen eine Antwort auf die Frage seines Schülers. Sie sagen, dass Interglaziale durch nur zwei Faktoren vorhergesagt werden können: die Menge an Sonnenlicht, die die nördliche Hemisphäre im Sommer trifft, und die Länge der vorhergegangenen Vereisung.

Ein Interglazial ist eine warme Pause in einer Eiszeit, die typischerweise einige tausend Jahre dauert. Wir befinden uns derzeit technisch in einem interglazialen Stadium, das vor etwa 11.700 Jahren begann.

Wenn wir herausfinden, welche Ursachen sich zwischen den Gletscherperioden verschieben - wenn die Gletscher wachsen - und wenn sich die Gletscher zwischen den Gletschern zurückziehen, können wir mehr darüber erfahren, wie das Erdklima funktioniert, insbesondere in Bezug auf die Sonne.

Timing ist alles

Die Umlaufbahn der Erde ändert sich auf unterschiedliche und vorhersehbare Weise, wenn sie sich um die Sonne dreht. Im Laufe der Zeit könnte es eine elliptischere Umlaufbahn haben oder seine Achse stärker zur Sonne hin oder von ihr weg geneigt sein, und die Erdachse wackelt über alles hinweg langsam. All diese Veränderungen finden über Zehntausende von Jahren statt, aber sie können die Menge an Sonnenlicht ändern, die die Erde auf der nördlichen oder südlichen Hemisphäre bekommt, und diese Veränderungen in der Verteilung der Sonnenwärme hängen eng mit dem Aufstieg und Fall von zusammen Eiszeiten.

Während sich die Erdumlaufbahn auf vorhersehbare Weise ändert, zeigt die geologische Aufzeichnung, dass die Gletscher nicht so gleichmäßig sind. Vor 2, 6 bis 1 Million Jahren folgten die Vergletscherungen einem einfachen Muster und stiegen und fielen etwa alle 41.000 Jahre - ungefähr zur gleichen Zeit, in der sich die Erdachse zur Sonne hin und von ihr weg neigte.

Dann, vor ungefähr 1 Million Jahren, wurden die Vergletscherungen länger und die Zyklen dauerten ungefähr 100.000 Jahre. Die einfallende Sonnenstrahlung hatte sich nicht verändert, aber etwas anderes hatte sich geändert.

Tzedakis berücksichtigt die Änderung, indem er die Länge der Vereisung als Variable verwendet. Während sein Papier und seine Formel nicht darauf eingehen, warum sich die Länge der Vergletscherungen ändert, weist er darauf hin, dass größere Eisschilde weniger stabil sind als ihre kleineren Gegenstücke.

»Je länger die Eiszeit dauert, desto instabiler wird ein Eisschild«, sagt Tzedakis. Dies kann verschiedene Gründe haben. Das Eis kann in größeren Formen strukturell instabil sein. Es könnte in südliche Breiten vordringen, wo es mehr Strahlen aufsaugen oder mehr Schmutz und Staub ansammeln kann. Oder es drückt die Erdoberfläche so weit nach unten, dass sie wärmer wird und mit größerer Wahrscheinlichkeit schmilzt. Was auch immer der Grund sein mag, Tzedakis sagt, dass eine größere Eisdecke die Menge an Sonnenlicht reduziert, die für eine Enteisung erforderlich ist - fast wie ein Abzinsungssatz.

Aber wie so oft ist mehr Forschung nötig.

"Dies ist eine einfache Regel, die uns jedoch nicht im Detail sagt, was mit dem Klimasystem passiert ist", sagt Peter Huybers, ein Klimaforscher in Harvard, der nicht an der Studie beteiligt war. "Es ist ein Ausgangspunkt, um besser zu verstehen, was zu einer Vereisung führt und warum sich diese Vereisungen geändert haben."

Und leider hilft es uns nicht vorherzusagen, wie sich das Klima in Zukunft ändern wird, wenn wir verstehen, wie sich die Gletscher in der Vergangenheit verhalten haben.

"Ich denke, der gegenwärtige Klimawandel bedeutet, dass das gesamte System gestört wurde", sagt Tzedakis

Huybers weist auch darauf hin, dass die Veränderungen, die wir heute sehen, einfach auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen stattfinden als zuvor beobachtete Veränderungen, und dass verschiedene Klimamechanismen nicht einfach miteinander verglichen werden können.

„Das sind enorm unterschiedliche Zeitskalen, über die wir sprechen. Nach der letzten Enteisung änderte sich der CO2-Gehalt in 10.000 Jahren um 100 ppm von 180 ppm auf 280 ppm “, sagt Huybers. »In hundert Jahren sind wir von 280 ppm auf 400 ppm gestiegen.«

Weiter in die Vergangenheit schauen

Das Zusammensetzen des Verhaltens des Erdklimas in der Vergangenheit ist aufgrund der Vielzahl der beteiligten Variablen unglaublich schwierig, aber das Zusammensetzen der Bewegung und der Veränderungen der Planetenbahn ist auch kein Picknick. Wir wissen, wie sich die Planeten heute in Bezug auf die Sonne und untereinander verhalten, aber wenn wir Millionen oder Milliarden von Jahren in die Vergangenheit wagen, kann es schwierig sein, herauszufinden, welche Umlaufbahnänderungen das Erdklima beeinflusst haben könnten.

Ein Blick in uralte Lehm-, Schlamm- und Sandvorkommen kann den Forschern dabei helfen, die mysteriöse Vergangenheit des Planeten zu erforschen.

In einem anderen Artikel, der in derselben Ausgabe von Nature veröffentlicht wurde, fanden Forscher Schichten von Sedimenten, die Jahrmillionen zurückreichen - bis zur Kreidezeit - und Hinweise auf Klimaveränderungen zeigten, die wahrscheinlich durch Verschiebungen in den Umlaufbahnen unseres Planeten verursacht wurden, andere Muster als die, die wir beobachten heute.

Dies verleiht der alten Vorstellung Gewicht, dass sich die Umlaufbahnen der Planeten, die über Millionen von Jahren nicht wie am Schnürchen laufen und konstant sind, geringfügig ändern. Diese Situation wird von Planetengeologen als "chaotisch" bezeichnet. Das bedeutet nicht, dass die Planeten wie Autoscooter über das gesamte Sonnensystem kreuzen. Chaos bedeutet in diesem Fall einfach, dass winzige Änderungen der unzähligen Bedingungen des Sonnensystems im Laufe der Zeit zu Änderungen der Umlaufbahn führen können, die für die Forscher nur schwer zu modellieren sind, ohne genaue Angaben zu den Massen und Bewegungen der Planeten zu haben.

Dieses Papier unterstützt die chaotische Theorie der Planeten, sagt Stephen Meyers, einer der Autoren des Papiers, "aber es zeigt auch, dass die geologischen Aufzeichnungen die Schlüsselinformationen haben, um dieses Chaos zu messen und zu korrigieren", sagt Meyers.

Die beiden Studien betrachten sehr unterschiedliche Zeitskalen. Jahrtausende gegen Millionen, aber beide zeigen, wie stark das alltägliche Klima der Erde mit den Bewegungen der Planeten in unserem Sonnensystem zusammenhängt.

„Faszinierend ist für mich die Verknüpfung von Geologie und Astronomie. Diese Felder informieren sich gegenseitig, wenn sie zu den Sternen auf- und auf den Felsen hinunterblicken “, sagt Meyers.

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