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Was hat die Eiszeit verursacht? Winzige Ozeanfossilien bieten wichtige Beweise

Die Rolle des Ozeans bei der Veränderung des atmosphärischen Kohlendioxids in der Vergangenheit tritt als Ursache für die Eiszeit in den Fokus.

Wollmammuts lebten während des Pleistozäns bis zu ihrem Aussterben im Holozän. Daniel Eskridge / iStock

Die letzten Millionen Jahre der Erdgeschichte waren durch häufige glazial-interglaziale Zyklen gekennzeichnet. Dies sind große Klimaschwankungen, die mit dem Wachstum und Schrumpfen massiver, kontinentübergreifender Eisplatten verbunden sind.

Diese Zyklen werden durch subtile Schwingungen in der Erdumlaufbahn und -rotation ausgelöst. Die Umlaufschwingungen sind jedoch zu subtil, um die großen zu erklären. Klimaveränderungen .

nach Daniel Sigman , der Dusenbury Professor von Geologische und Geophysikalische Wissenschaften an der Princeton University, der Ursache der Eiszeiten ist eines der großen ungelösten Probleme in den Geowissenschaften. "Die Erklärung dieses vorherrschenden Klimaphänomens wird unsere Fähigkeit verbessern, den zukünftigen Klimawandel vorherzusagen."

Vor fast einem halben Jahrhundert, in den 1970er Jahren, entdeckten Wissenschaftler, dass die Konzentration des atmosphärischen Treibhausgases Kohlendioxid CO2 betrug etwa 30 Prozent niedriger während der Eiszeit . Dies führte zu Theorien, dass die Abnahme des atmosphärischen CO2-Spiegels ein wesentlicher Bestandteil der Gletscherzyklen .

Die Ursachen der CO2-Änderung waren jedoch unbekannt. Einige Daten deuten darauf hin, dass CO2 während der Eiszeit in der Tiefsee eingeschlossen war, aber der Grund dafür wurde diskutiert.

Während der Eiszeit haben Veränderungen in den Oberflächengewässern des Antarktischen Ozeans dazu beigetragen, mehr CO2 in der Tiefsee zu speichern.

Antarktische Halbinsel. Forscher fanden Hinweise darauf, dass während der Eiszeit Veränderungen in den Oberflächengewässern des Antarktischen Ozeans dazu beigetragen haben, mehr CO2 in der Tiefsee zu speichern. Quelle : rand22 / iStock

Kürzlich eine internationale Forschungskooperation unter der Leitung von Wissenschaftlern aus Princeton University und die Max-Planck-Institut für Chemie MPIC haben Beweise dafür gefunden während der Eiszeit Veränderungen in den Oberflächengewässern des Antarktischen Ozeans haben dazu beigetragen, mehr zu speichern CO2 in der Tiefsee . Die Forschung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft .

Die Forscher verwendeten Sedimentkerne aus dem Antarktischen Ozean, um detaillierte Aufzeichnungen über die chemische Zusammensetzung organischer Stoffe gefangen in den Fossilien der Kieselalgen - schwimmende Algen, die in den Oberflächengewässern wuchsen, dann starben und auf den Meeresboden sanken. Laut Forschungsbericht liefern ihre Messungen Hinweise auf systematische Reduktionen bei windgetriebenem Aufschwung im Antarktischen Ozean während der Eiszeit.

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In der Arbeit sagen Forscher, dass sie seit Jahrzehnten wissen, dass das Wachstum und der Untergang von Meeresalgen pumpen CO2 tief im Ozean, ein Prozess, der oft als der bezeichnet wird biologische Pumpe .

Die biologische Pumpe wird hauptsächlich von den tropischen, subtropischen und gemäßigten Ozeanen angetrieben und ist näher an den Polen ineffizient, wo CO2 wird zurückgeführt für die Atmosphäre durch die schnelle Exposition von tiefem Wasser gegenüber der Oberfläche.

Der schlimmste Täter ist der Antarktische Ozean: Die starken Ostwinde, die den antarktischen Kontinent umgeben, ziehen CO2-reiches tiefes Wasser an die Oberfläche. Austreten von CO2 in die Atmosphäre .

Das Potenzial für eine Reduzierung des windgetriebenen Auftriebs, um mehr CO2 im Ozean zu halten, und somit um den atmosphärischen CO2-Abbau in der Eiszeit zu erklären , wurde auch seit Jahrzehnten anerkannt . Bisher fehlte den Wissenschaftlern jedoch eine Möglichkeit, eine solche Änderung eindeutig zu testen.

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Die Princeton-MPIC-Forschung Die Zusammenarbeit hat einen solchen Ansatz unter Verwendung winziger Kieselalgen entwickelt. Kieselalgen sind schwimmende Algen, die in antarktischen Oberflächengewässern reichlich wachsen und deren Kieselsäureschalen sich in Tiefseesedimenten ansammeln. Die Stickstoffisotope in den Schalen von Kieselalgen variieren mit der Menge an nicht verwendetem Stickstoff im Oberflächenwasser.

Untersuchungen haben die Entwicklung der Stickstoffkonzentrationen in Oberflächengewässern der Antarktis in den letzten 150.000 Jahren gezeigt

Antarktis. Fossilien zeigten die Entwicklung der Stickstoffkonzentrationen in antarktischen Oberflächengewässern. Quelle : NicoElNino / iStock

Das Princeton-MPIC-Team hat die Stickstoffisotopenverhältnisse der organischen Spurenstoffe gemessen, die in den Mineralwänden dieser Fossilien eingeschlossen sind. Entwicklung der Stickstoffkonzentrationen in antarktischen Oberflächengewässern in den letzten 150.000 Jahren für zwei Eiszeiten und zwei warme Zwischeneiszeiten .

"Analyse der in Fossilien eingeschlossene Stickstoffisotope wie Kieselalgen die Stickstoffkonzentration an der Oberfläche in der Vergangenheit offenbaren ", sagte Ellen Ai Erstautor der Studie und Student in Princeton, der mit Sigman und den Gruppen Alfredo Martínez-García und Gerald Haug am MPIC zusammenarbeitet.

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"Tiefes Wasser enthält hohe Konzentrationen des Stickstoffs, auf den Algen angewiesen sind. Je stärker die Antarktis in der Antarktis aufsteigt, desto höher ist die Stickstoffkonzentration im Oberflächenwasser. Unsere Ergebnisse haben es uns also auch ermöglicht. Rekonstruktion der Veränderungen in der Antarktis . "

Die Daten wurden durch a leistungsfähiger gemacht. neuer Ansatz zur Datierung der antarktischen Sedimente. Die Änderung der Oberflächenwassertemperatur wurde in den Sedimentkernen rekonstruiert und mit den Aufzeichnungen der Lufttemperatur im antarktischen Eiskern verglichen.

"Dadurch konnten wir viele Funktionen in der Kieselalgen-Stickstoffaufzeichnung miteinander verbinden. Klima- und Ozeanveränderungen aus der ganzen Welt ", sagte Alfredo Martínez-García." Insbesondere können wir jetzt den Zeitpunkt des Anstiegs des Aufschwungs, wenn sich das Klima abkühlt, genau bestimmen und die Veränderungen des Aufschwungs in der Antarktis mit dem Fasten in Verbindung bringen Klimaschwankungen während der Eiszeit . "

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Dieses genauere Timing ermöglichte es den Forschern, sich als Haupttreiber des Windes zu bewegen. Änderungen der Aufwärtsbewegung .

Neue Theorie zur Entstehung der Eiszeit

Riesige kalte, leere Wellen schlagen auf einem flachen Riff entlang der Küste Westirlands entlang des Wild Atlantic Way zusammen. Quelle : ijmitch / iStock

Die neue Erkenntnisse erlaubte den Forschern auch zu entwirren, wie sich die Änderungen in Antarktisaufschwung und atmosphärisches CO2 sind mit dem verbunden Orbitalauslöser der Gletscherzyklen, Wissenschaftler bringen einen Schritt näher zu einer vollständigen Theorie für die Ursprung der Eiszeit .

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass Auftriebsbedingte atmosphärische CO2-Änderung war von zentraler Bedeutung für die Zyklen, aber nicht immer so, wie viele von uns angenommen hatten ", sagte Daniel Sigman." Zum Beispiel verursachte der antarktische Aufschwung, anstatt den Abstieg in die Eiszeit zu beschleunigen CO2-Änderungen das verlängerte das wärmste Klima. "

Die Ergebnisse der Forscher haben auch Auswirkungen auf die Vorhersage wie der Ozean reagieren wird zur globalen Erwärmung. Computermodelle haben zu mehrdeutigen Ergebnissen hinsichtlich der Empfindlichkeit polarer Winde gegenüber dem Klimawandel geführt.

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Die Beobachtung der Forscher über eine starke Intensivierung des windgetriebenen Aufschwungs im Antarktischen Ozean in warmen Perioden der Vergangenheit legt nahe, dass sich der Aufschwung auch unter verstärkt globale Erwärmung . Stärkerer Antarktisaufschwung ist wahrscheinlich Beschleunigung der Wärmeaufnahme des Ozeans aufgrund der anhaltenden globalen Erwärmung und der Auswirkungen auf die biologischen Bedingungen des Antarktischen Ozeans und des Eises in der Antarktis.

Laut Ellen Ai deuten die neuen Erkenntnisse darauf hin, dass die Atmosphäre und der Ozean um die Antarktis herum wird sich im kommenden Jahrhundert stark ändern . "Allerdings sagte sie das", weil das CO2 aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe in der heutigen Zeit einzigartig ist mehr Arbeit wird benötigt, um zu verstehen wie sich der Antarktische Ozean verändert beeinflusst die Geschwindigkeit, mit der der Ozean dieses CO2 absorbiert. "

Eine kurze Beschreibung der Eiszeiten

Auf einem schneebedeckten Feld, irgendwann zwischen dem Pleistozän und dem Holozän, stapft ein Wollmammut aus den Nebeln der Zeit. Vor der kalten Winterkulisse erscheint das große Tier als ein trampelnder Berg aus dunklem Fell. Quelle : Daniel Eskridge / iStock, 3D-Rendering

Die Wissenschaft hat bis heute fünf bedeutende Eiszeiten in der Geschichte des Planeten Erde aufgezeichnet :

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  • Huronische Vereisung : vor 2,4 bis 2,1 Milliarden Jahren

Die Huronische Vereisung war eine Vereisung während der siderischen und rhyakischen Zeit des Paläoproterozoikums. Die Huronische Vereisung folgte dem großen Oxygenierungsereignis, einer Zeit, in der erhöhter Luftsauerstoff das atmosphärische Methan verringerte. Der Sauerstoff verband sich mit dem Methan und bildete Kohlendioxid und WasserInfolgedessen führte diese Vereisung zu einem Massensterben auf der Erde.

  • Kryogene Vereisung : vor 850 bis 635 Millionen Jahren

Der Kryogener bildet die zweite geologische Periode des Neoproterozoikums, der die Tonian-Periode vorausging, gefolgt von der Ediacaran-Periode. Die Sturtian- und Marinoan-Vereisungen traten während dieser Periode auf, die die größten bekannten Eiszeiten auf dem Planeten Erde sind.

  • Anden-Sahara-Vereisung : vor 460 bis 430 Millionen Jahren

Die Vereisung zwischen den Anden und der Sahara trat während des Paläozoikums, während des späten Ordoviziers und des Silur auf. Laut Eyles und Young ist "eine große Gletscherepisode um ca. 440 Ma in Schichten des späten Ordoviziers vorwiegend aschgillisch inWestafrika Tamadjert-Formation der Sahara, in Marokko Tindouf-Becken und in West-Zentral-Saudi-Arabien alle Gebiete zu dieser Zeit in polaren Breiten. Vom späten Ordovizier bis zum frühen Silur zog das Zentrum der Vereisung von Nordafrika nachsüdwestliches Südamerika. "

  • Karoo-Eiszeit : vor 360 bis 260 Millionen Jahren

Das spätpaläozoische Eishaus, früher als Karoo-Eiszeit bekannt, befand sich vor 360 bis 260 Millionen Jahren Mya, in denen große landgestützte Eisschilde auf der Erdoberfläche vorhanden waren. Es war die zweite große Eiszeitdes Phanerozoikums.

  • Quartäre Vereisung : vor 2,6 Millionen Jahren bis heute

Die quaternäre Vereisung, auch als pleistozäne Vereisung bekannt, ist eine abwechselnde Reihe von Gletscher- und Interglazialperioden während der Quartärperiode, die vor 2,58 Millionen Jahren begann und noch andauert.

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