Stellen Sie sich die Skyline von Chicago vor. Stellen Sie es sich jetzt unter fast 3 Kilometern Eis vor. So sah die Landschaft auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit aus.
Im Rahmen der jüngsten geologischen Geschichte der Erde wäre dies kein so ungewöhnlicher Anblick gewesen. In den letzten 2,6 Millionen Jahren (oder der sogenannten Quartärperiode) hat der Planet mehr als 50 Eiszeiten mit wärmeren interglazialen Perioden durchlaufen.
Aber warum dehnen sich Eisschilde und Gletscher regelmäßig aus? Eiszeiten werden von einer komplexen, miteinander verbundenen Reihe von Faktoren bestimmt, die die Position der Erde im Sonnensystem und lokalere Einflüsse wie den Kohlendioxidgehalt betreffen. Wissenschaftler versuchen immer noch zu verstehen, wie dieses System funktioniert, insbesondere weil der vom Menschen verursachte Klimawandel den Kreislauf möglicherweise dauerhaft unterbrochen hat.
Erst vor einigen Jahrhunderten erkannten Wissenschaftler Hinweise auf vergangene Tiefkühlungen. Mitte des 19. Jahrhunderts dokumentierte der schweizerisch-amerikanische Naturforscher Louis Agassiz die Spuren, die Gletscher auf der Erde hinterlassen hatten, wie fehl am Platz befindliche Felsen und riesige Trümmerhaufen, sogenannte Moränen, von denen er vermutete, dass sie alte Gletscher trugen und trugen über weite Strecken geschoben.
Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts hatten Wissenschaftler vier Eiszeiten benannt, die während des Pleistozäns auftraten, das von etwa 2,6 Millionen Jahren bis vor etwa 11.700 Jahren dauerte. Erst Jahrzehnte später stellten die Forscher jedoch fest, dass diese Kälteperioden viel regelmäßiger waren.
Ein großer Durchbruch beim Verständnis der Eiszeitzyklen gelang in den 1940er Jahren, als der serbische Astrophysiker Milutin Milankovitch sogenannte Milankovitch-Zyklen vorschlug, Einblicke in die Erdbewegung, die noch heute zur Erklärung der Klimavariation verwendet werden.
Milankovitch skizzierte drei Hauptarten, wie sich die Erdumlaufbahn in Bezug auf die Sonne ändert, sagte Mark Maslin, Professor für Paläoklimatologie am University College London, gegenüber Live Science. Diese Faktoren bestimmen, wie viel Sonnenstrahlung (mit anderen Worten Wärme) den Planeten erreicht.
Erstens gibt es die exzentrische Form der Erdumlaufbahn um die Sonne, die in einem 96.000-Jahres-Zyklus von nahezu kreisförmig bis elliptisch variiert. "Der Grund für diese Ausbuchtung ist, dass Jupiter, der 4% der Masse unseres Sonnensystems ausmacht, einen starken Gravitationseffekt hat, der die Erdumlaufbahn hin und her verschiebt", erklärte Maslin.
Zweitens gibt es die Neigung der Erde, was der Grund ist, warum wir Jahreszeiten haben. Die geneigte Achse der Erdrotation bedeutet, dass sich eine Hemisphäre immer von der Sonne weglehnt (was den Winter verursacht), während sich die andere zur Sonne neigt (was den Sommer verursacht). Der Winkel dieser Neigung variiert in einem Zyklus von ungefähr 41.000 Jahren, was sich ändert, wie extrem die Jahreszeiten sind, sagte Maslin. "Wenn es aufrechter ist, werden die Sommer natürlich weniger warm und der Winter etwas weniger kalt."
Drittens gibt es das Wackeln der geneigten Erdachse, die sich bewegt, als wäre es ein Kreisel. "Was passiert ist, dass der Drehimpuls der Erde einmal am Tag sehr schnell herumläuft und die Achse ebenfalls wackelt", sagte Maslin. Dieses Wackeln tritt in einem Zyklus von 20.000 Jahren auf.
Milankovitch identifizierte, dass die Umlaufbedingungen für kühle Sommer besonders wichtige Vorläufer für Eiszeiten waren. "Im Winter wird es immer Eis geben", sagte Maslin. "Um eine Eiszeit aufzubauen, muss ein Teil dieses Eises den Sommer über überleben."
Für den Übergang in eine Eiszeit reichen Orbitalphänomene allein jedoch nicht aus. Die tatsächliche Ursache einer Eiszeit ist das grundlegende Feedback im Klimasystem, sagte Maslin. Wissenschaftler ziehen immer noch auseinander, wie verschiedene Umweltfaktoren die Vereisung und Enteisung beeinflussen, aber neuere Forschungen haben gezeigt, dass die Treibhausgaswerte in der Atmosphäre eine wichtige Rolle spielen.
So haben Wissenschaftler des Potsdamer Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) in Deutschland gezeigt, dass der Beginn vergangener Eiszeiten hauptsächlich durch die Abnahme des Kohlendioxids und die dramatische Zunahme des Kohlendioxids in der Atmosphäre aufgrund menschlicher Faktoren ausgelöst wurde. verursachte Emissionen, hat wahrscheinlich den Beginn der nächsten Eiszeit für bis zu 100.000 Jahre unterdrückt.
"Wie keine andere Kraft auf dem Planeten haben Eiszeiten die globale Umwelt geprägt und damit die Entwicklung der menschlichen Zivilisation bestimmt", sagte Hans Joachim Schellnhuber, damaliger Direktor von PIK und Mitautor einer dieser Studien, in einer Erklärung im Jahr 2016. "Zum Beispiel verdanken wir unseren fruchtbaren Boden der letzten Eiszeit, die auch die heutigen Landschaften geprägt hat und Gletscher und Flüsse zurückgelassen hat und Fjorde, Moränen und Seen bildet. Heute ist es jedoch die Menschheit mit ihren Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe das bestimmt die zukünftige Entwicklung des Planeten. "
