von Eis bedeckte Berge in der Sonne

Neues Klimamodell erklärt Eiszeitzyklen auf der Nordhalbkugel

Tiefe Bohrungen durch Gesteinsschichten können heute Klimadaten bis weit in die Vergangenheit liefern. Aus ihnen geht hervor, dass die Erde einem überraschend regelmäßigen Zyklus von Eiszeiten und Tauperioden unterworfen ist. Riesige Eisplatten, die weite Teile der Kontinente auf der Nordhalbkugel bedecken, schmelzen ungefähr alle 100.000 Jahre in vergleichsweise kurzer Zeit ab und bilden sich dann langsam neu. Ein internationales Forscherteam konnte diesen Zyklus nun in aufwändigen Computersimulationen diesen nachvollziehen. Ihre Ergebnisse stellen die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Nature“ vor.

Eine grobe Erdkarte, auf den Nordpol gesehen. Weite Teile Nordamerikas und Nordeuopa sind von Eis bedeckt.
Simulation zu Gletschern auf der Nordhalbkugel

Einen Einfluss auf das Klima hat vor allem der Umlauf der Erde um die Sonne. Zahlreiche Effekte führen dabei zu komplexen Zusammenhängen: So trudelt die Erdachse mit einer Periode von etwa 26.000 Jahren um den Himmelsnordpol, während sich ihre Neigung mit einer Periode von rund 41.000 Jahren um etwa ein Grad vergrößert und wieder verkleinert. Zudem wird die Erdumlaufbahn in ungefähr 400.000 Jahren erst stärker ellipsen- und dann wieder kreisförmig. Von all diesen Bewegungen hängt ab, welcher Teil der Erde wie stark von der Sonne bestrahlt wird. Doch die unterschiedlich starke Sonneneinstrahlung kann nicht erklären, warum die großen Gletscherplatten abschmelzen und sich wieder neu bilden. Dafür sind Theorien nötig, die auch Bedingungen und Einflüsse der Erde und ihrer Atmosphäre, wie etwa die Konzentration von Treibhausgasen oder die Verformung der Kontinentalplatten unter den Eismassen, berücksichtigen.

Der entscheidende Test für solche Theorien sind daher Computersimulationen. Das Team um Ayako Abe-Ouchi von der Universität Tokio hat damit nun großen Erfolg gehabt: Die Forscher fanden heraus, dass die Reaktion der nordamerikanischen Kontinentalplatte auf die Eismassen, die auf ihr lasten, eine entscheidende Rolle spielen. Während die Gletscher stetig wachsen, wird die Platte deformiert und nach unten gedrückt. Irgendwann genügt schließlich eine relativ kleine Änderung der äußeren Bedingungen – etwa der Sonneneinstrahlung – um eine Schmelze anzustoßen. Der Effekt ist deshalb so groß, weil die Kontinentalplatte durch ihr Absinken dafür gesorgt hat, dass sich die Gletscher in unteren, wärmeren Luftschichten befinden. Entscheidend ist dabei, dass die Reaktion der Kontinentalplatte auf die Veränderungen stark verzögert ist. Wenn das Eis geschmolzen ist, dauert es eine lange Zeit, ehe sich das Land wieder hebt, und beim Anwachsen der Gletscher sinkt es ebenfalls sehr langsam.

Die Simulationen decken sich besser als bisherige Modelle mit den Beobachtungen vom langen Aufbau der Eisschichten und ihrem relativ plötzlichen Schmelzen während der letzten Million Jahre. Allerdings können die Wissenschaftler noch nicht erklären, warum vor dieser Zeit der 100.000-Jahre-Zyklus einen lange dominierenden 40.000-Jahre-Zyklus abgelöst hat. Diese Frage werden erst zukünftige Klimamodelle beantworten können.