Die Eiszeite­n - Skript zur Vorlesun­g - Wakonigg

1.                          Einleitung

1.1.               Definitionen und Begriffe

Begriff „Eiszeit“ 1837 durch Schimper aufgetaucht

Definitionen: [Westermann Lexikon der Geographie, um 1970 erschienen]

-      Meyer Lexikon (1937)

Eiszeit ist äquivalent „Diluvium“ (= „Überschwemmung“, quartäre Eiszeit – wurde auch Diluvium genannt – heutiges Pleistozän)

-      Geologisches Wörterbuch von Ulrich Rasenfeld (1966)

Hier: Eiszeit – Querverweis zu Quartär

-      Brockhaus

Eiszeit: Abschnitt der Erdgeschichte mit starker Zunahme der Vereisung durch Klimaänderung (- nicht zufriedenstellend)

Klimaänderung: Ist die einseitige Betrachtungsweise, Umweltkomponenten wirken gegenseitig unter anderem bewirkt die Zunahme der Vereisung eine Klimaveränderung

-      Neef (1962)

Hier wird die Klimaänderung als „wahrscheinlich“ anerkannt

Kaltzeit

Wahrscheinlich

Eisbedeckung im sonst nicht eisbedeckten Gebieten

-      Brockhaus

Aktuell befinden wir uns nicht in einer Eiszeit!

-      Neef

Aktuell in Eiszeit, rückblickend gab es im Mesozoikum keine Gletscher (oder Beispiel Grönland?)

-      Meyers Lexikon der Technik und der Naturwissenschaften

Die Eiszeit, ist ein zeitlicher Abschnitt, der sich durch große Ausdehnungen von Gletschern in den Inlandeismassen und Eisschelfen auszeichnet

Ausdehnung als Zunahme definieren – keine Eiszeit

Ausdehnung statistisch große Fläche – heute Eiszeit

Was ist das Gegenteil / Pendant der Eiszeit?

-      Akryogene Zeit:

o   Auf der gesamten Erde gibt/gab es keine nennenswerten Vereisungen

Demnach leben wir aktuell in einer Eiszeit!

Komponenten:

o   tiefste Temperaturen

o   Zirkulation

o   Verteilung der Gletscher

-      Hoinkes 1968, Titel „Wir leben in einer Eiszeit“

Er war Schlesier, der nach dem 2. WK. Nach Innsbruck übersiedelte. Er ist/war Prof. für Geologie, Gletscherforschung

In der geologisch überblickbaren Erdgeschichte ( ca. die letzten 3 Milliarden Jahre) sind die Eiszeiten gegenüber akryogenen Zeiten seltener und kürzer, geradezu die Ausnahme den „normalen“ akryogenenen Zeiten.

Untergliederung der Begriffe:

EISZEIT (Eiszeitalter, kryogene Zeit, Glazialzeit) DE AKRYOGENE ZEIT

Die Eiszeit gliedert sich in eine KALTZEIT (Glazide) und eine WARMZEIT (Interglazide)

Die Kaltzeit unterteilt sich in eine STADIALE (kalt) und einer INTERSTATIALE (Warm)

Kaltzeit und Glazial sind nicht ganz Synonym

Kaltzeit gilt nur allgemein Temperaturbezogen ( in den Tropen)

Glazial bezieht sich auf die Vereisung

Letzte Kaltzeit – WÜRM

In Österreich – Würmglazial

In Kuba – Würmkaltzeit

1.2.               Wichtigste Literatur

Siehe Blätter

1.3.               Bedeutung der Eiszeitforschung

Wenn wir aktuell in einer Warmzeit der Eiszeit leben, dann ist auf jedenfall eine nächste Kaltzeit sicher zu erwarten.

(Allerdings in ferner Zukunft, dass wir aus keine Gedanken machen müssen)

Umweltbedingungen in einer Kaltzeit in Österreich:

-      fast völlig unter Eis – Vorarlberg, Tirol und Salzburg

-      weitgehend vergletschert – Kärnten und die Obersteiermark

-      übriges Österreich hatte periglaziale Bedingungen, d.h. die Landschaft besteht aus Frostschutt, Tundra und Kältesteppen, kein Wald – und in etwa vergleichbar mit den heutigen Gebieten Mongolei, südl. Patagonien, Island oder der inneren Alaska

Wirkung der Eiszeit auf die heutige Umwelt ( vor allem die letzte Kaltzeit Würm)

Formenwelt

Glazialformen Periglazialformen

Akkumulationsformen Ablationsformen Löß (fruchtbar, v. a. - Öser (Os) Moränen in China, Ukraine, - Kames (eng. Flussterrassen) Mitteleuropa, Un.....[Volltext lesen]

Bei Metamorphose kommt es zu einem allmählichen Verschwinden der typischen Kriterien, wobei als erstes die Kritzer verschwinden und dann die ungeregelte AnordnungàSchieferung=blättrige Struktur.

3.                          Die präquartären Vereisungen (BPF)

3.1.               Vorpaläozoische Vereisungen

Seite 1

·         die älteste Vereisung ist die huronische Vereisungàca. vor 2,3 Mrd. Jahren;

Benannt ist sie nach dem Gebiet um den Huronsee. Dieses Gebiet hat eine Ausdehnung von etwa 800 km und besitzt mehrere 100 m mächtige Ablagerungen. Man fand dort Tillitlgen, gekritztes Geschiebe, geschrammten Untergrund und gebänderten Schiefer.

·         2. Vereisung: Gnesjö-Vereisung/Algonkisches Eisàca. vor 950 Mio. Jahren

·         3.Vereisung: Sturtisches Eis/Eokambrisches Eis Iàvor ca. 750 Mio. Jahren; es gibt Spuren in Europa, China, Australien und Südwestafrika

·         4.Vereisung: Varanger-Vereisung/Eokambrisches Eis IIàvor ca. 650. Mio Jahren; benannte nach dem Varangerfjord

Die 2.,3. und die 4.Vereisung werden oft auch jungproterozoische Vereisung genannt.

Gemeinsamkeiten dieser 3:

·         es gibt enorm viele Spuren

·         Spuren sind oft unsicher

·         Verteilung der Spuren steht im Widerspruch zu den heutigen Klimagürteln

·         Datierungen sind sehr uneinheitlich

Seite 2àDie Punkte zeigen die eindeutigen Vereisungsspuren, die auf der ganzen Welt zu finden sind.

Erklärungsmöglichkeiten und -versuche warum sie so weit verbreitet sind:

·         zahlreiche Spuren sind nicht wirklich glazialer Herkunft

·         Kontinentalverschiebung und andere Pollage

·         einige Tillite stammen aus extrem hohen Gebirgen

·         Theorie der total vereisten Erde vor 950-500 Mio Jahren

·         Tillite sind nicht gleich alt, sondern mindestens 3 Eiszeiten zuzuordnen mit 100 bis 200 Mio Jahren Abstand. Zeit genug für eine Kontinentaldrift im benötigten Ausmaß

·         eine generell niedrigere Gesamttemperatur der Erde während des Eokambriums ist durchaus möglich

3.2.               Paläozoische Vereisungen

Erdzeitalter Wiederholung

Perm 225 Mio. J.

Karbon 280 Jungpaläozoikum

Devon 395

Silur 430

Ordovicium 500 Altpaläozoikum

Kambrium 570

Es gab 2 Vereisungen:

1.) ALTPALÄOZOISCHE Vereisung:

·         Hatte 2 Zentren: Sahara und Tafelberg (Pakhuis Pass)

Sahara Vereisung:

·         430 – 440 Mio. J.

·         8 Mio. km² Ausdehnung

·         Spuren : Geschrammter Untergrund, wenig Tillite, Drumlins, Rundhöcker und Pingos (Pingos sind eigentlich Periglazialformen)

Tafelberg Vereisung:

·         Locus Typicus/Typlokalität : PAKHUIS Pass

·         Spuren : Tillite, geschrammter Untergrund

·         Vermutlich gleich alt wie Sahara Vereisung

Warum können Spuren von so alten Vereisungen auch heute noch teilweise erkannt/gesehen werden ?:

Die Formen blieben erhalten da sich über ihnen (z.B.: geschrammter Untergrund) Sedimente abgelagert haben und diese Spuren quasi „beschützten“.

2.) JUNGPALÄOZOISCHE /PERMOKARBONE /GONDWANA Vereisung (BPF in BPF )

Wo sind Spuren zu finden? – Quasi auf der ganzen Erde verteilt

Vorderindien (18.....

Das Känozoikum:

Holozän („Das ganz Neue“)

Quartär

Pleistozän („Das am meisten Neue“)

Pliozän

Känozoikum Jung (Neogen)

(25 Mio. J) Miozän

Tertiär

Oligozän

Alt (Paläogen) Eozän

(65 Mio.J.) Paläozen

Alttertiär: Akryogene Zeit, schließt nahtlos an warme Kreidezeit an. Aber: Antarktis bewegt sich neuerlich in Richtung Südpol und beginnt allmählich zu vereisen. Dies ist ein langer Prozess der etwa 60 Mio.J v. heute beginnt und bis ins mittlere Pliozän ( 10 Mio.J ) andauert.

Im unteren Pliozän ist die Antarktis allmählich vereist. Die allgemeine globale Temperaturabnahme verlief parallel (und nicht schlagartig).

Wo kann man die Temperaturabnahme ablesen:

·                     Temperaturrekonstruktion über Tiefseesedimente

·                     Die Anomalie des Wassers (höchste Dichte bei 4°C ) gilt im Meer/Ozean nicht à(Salzwasser)

·                     Temperatur des Tiefenwassers signalisiert kältestes Oberflächentemperatur im kältesten Klima

·                     Aktuell sind alle Tiefenwasser der Ozeane sehr kalt => Beleg für extrem kalte Klimate

·                     Das Mittelmeer hat mit dem Atlantik keinen Tiefenwasser Kontakt!

Temperaturabfall des Tiefenwassers (TW):

Paläozän: akryogene Zeit, Tiefenwasser hatte +15°C (!!)

Oligozän: TW = +10°C

Miozän : TW= + 7°C

Pliozän : TW= + 2°C

Die heutige Tiefenwasser Temperatur hat dieselbe wie in einer Eiszeit!

4.                          Das Pleistozän

4.1.               Ablauf und Gliederung des Pleistozäns nach klimatischen Gesichtspunkten

4.1.1.        Chronologie und Datierung

Leitfossilien sind nur für größere Zeiträume geeignet. Kaltzeiten kann man mit Landschnecken datierenàMa.....

Im Winteràfeine, dünne, dunkle Schicht

Im Sommeràgrobe, dicke, helle Schicht

àbeide zusammen ergeben eine Warve (vor allem in präglazialer Phasen)

Eine Warvenabfolge nennt man Bänderton. Bekannt ist die Tongrube von Baumkirchen.

Die Abfolge der Warven muss kein Jahresrhythmus sein, denn die Witterung ist entscheidend.

Ältere Datierungen sind ebenfalls nur mit der Überbrückungsmethode möglich. Es erfolgt eine Annäherung von außen in Richtung der rezenten Abschnitte.

Der Rhythmus in einem Nachbarsee müsste der gleiche sein (breit, schmal, schmal, breit, schmal,…), die Mächtigkeit jedoch kann anders, muss jedoch auch breit, schmal, schmal, breit, schmal,…sein.

Erfinder der Methode: De Geer

Am besten ist diese Methode in Nordeuropa anwendbar. Hier findet man, wegen der Vergletscherung, viele verlandete Seen und Moore. Dank der Warven, die aus den letzten 10.000 Jahren vollständig erhalten sind, kann man das ganze Postglazial datieren.

Als der mittelschwedische Eisstausee ausbrach, entstand die „Superwarve“.

·         14C-Methode: Libby hat den Physik Nobelpreis dafür erhalten.

Kosmische Protonenstrahlung (Wasserstoffkerne) treffen auf Luftmoleküle (N₂, O₂, Ar). Daraufhin wird ein Neutron herausgeschossen und wird selbst zum „Geschoss“. Nun hat man 1 Proton mehr und ein Neutron weniger. Die Protonenanzahl ist für den Stoff ausschlaggebendà6 Protonenà12Cà14C Isotop hat eine größeres Gewicht als 12C.

14C ist instabil und radioaktiv. Es zerfällt durch die Umwandlung eines Neutrons in ein Proton. Negative Betastrahlung wird abgegebenàein Elektron und ein Antineu.....

4.     Hartwasser Effekt: Die Wasserpflanzen absorbieren „alten“ Kohlenstoff aus dem Bikarbonat welches aus 14C freien Sedimenten stammt

ànach einer Korrektur sind die Daten kalibiriert, das heißt es gibt keinen ±Unsicherheitsbereich mehr

·         weitere Zerfallsmethoden:

§  Kalium-Argon Methode: 40Kà40Ca+40Ar; Halbwertszeit ist 1,3 Milliarden Jahre und ist nur für extrem lange Zeiträume geeignet.

§  Ionium Methode: Uran wird zu Ionium, dieses zu Radium, dann zu Radon und dann zu Blei, das stabil ist.

§  Rubidium-Strontium Methode

·         Expostitionsmethode: Eine Gesteinsfläche kann sich durch jegliche Strahlung aus dem Weltraum verändern. In kristallinem Gestein entstehen durch die kosmische Neutronenstrahlung verschiedene Isotope (10Be Beryllium, 26Al Aluminium, 36Cl Chlor).

Das hängt vom Ausgangsmaterial ab. Es kommt darauf an, wie lange ein Block schon da liegtàdie Dauer der Exposition (Lage unter freiem Himmel) ist datierbar und nicht das Alter des Steinblocks.

4.1.2.        Methoden zur Rekonstruktion des Vorzeitklimas

Problematik: Klima ist eine komplexe Erscheinung. Alle Klimaalemente wirken nicht für sich getrennt, sondern gemeinsam.

Mehr Wasser muss nicht immer mehr Niederschlag bedeuten. Es kann auch einfach daraufhinweisen, dass es kälter war, weil dann mehr verdunstet.

Einzelne Klimaelemente si.....

Das Bezugsjahr ist 1850!




Probleme:
à Viele Gebiete ohne aktuelle Vergletscherung, daher kann keine Absenkung hergeleitet werden. (Vogesen, Schwarzwald, Koralpe, Serra da Estrela – Portugal – Iberisches Randgebirge)
à Die Höhe der Schneegrenze ist neben der Temperatur vom Niederschlag abhängig.

Beispiel:
Folgefonna, Schneegrenze rezent 1300 – 1400m, Norwegen
Koralpe Hochglazial, 1700 – 1800 m
Differenz + 400m
Temperaturgradient = 0,5 K/hm^-1 (Annahme)
4 hm x 0,5 = 2K die Koralpe ist in der Kaltzeit offenbar 2° wärmer als Folgefonna heute.
rezente Temperatur Jahresnormalwert reduziert auf Meeresniveau:
Koralpe: 11°
Folgefonna: 8°
Diff: 3K
8° + 2K = 10°
Eiszeitliche Abkühlung nach dieser Rechnung nur 1K!

Problem bei der Berechnung:
a) Die Höhe der Schneegrenze ist nicht von der Jahrestemperatur sondern von der Sommertemperatur abhängig.

Koralpe rezent Juli: 21°
Folgefonna rezent Juli 15°
Diff. = 6K
d.H. Norwegen im Sommer um 6K kälter als heute!
6K – 2K = 4K Abkühlung!
Die Berechnung muss wegen der unterschiedlichen Niederschlagshöhe scheitern.

Folgefonna ist ungleich Niederschlagsreicher als Koralpe!

Faustregel: 1 K Sommertemperatur = 400 mm Niederschlag

Wahrscheinliche Temperaturabsenkung 10 K, über die Temperatur können aber nur 4 erklärt werden.
Rest von 6 K müssen durch den Niederschlag erklärt werden!
Nach dieser Regel eine Niederschlagsdifferenz von 2400 mm

Verglichen wird der rezente NS des Folgefonna mit dem glazialen NS der Koralpe!
Folgefonna rezent hat ca. 3000 mm Niederschlag! Die Koralpe hat Kaltzeitlich sehr wenig Niederschlag! Vermutlich nur 1/3! Nur 500 – 600 mm Niederschlag vermutlich!
Wenn kontinentales mit ozeanischem Gebiet verglichen wird, hat der Niederschlag stärkere Auswirkungen!

b)     Periglazial

·       Eiskeile – erfordern Permafrost (Skizze 1)
Es entstehen Spalten, in die Wasser, Staub, Sand, Eis und Reif eindringen! Im laufe der Zeit entstehen sogenannte Eiskeile mit Lamellenstruktur. Diese können 2 – 8 Meter tief und 0,5 – 3 Meter breit werden! Solche Frostmuster können nur im Querschnitt erkannt werden – aus der Luft sind sie nicht zu sehen!

·       Pingos – Hügelartige Aufwölbungen mit dkm – hm Durchmesser und m – dkm Höhe! (Skizze 2)
Wenn eine Klimaänderung stattfindet schmelzen die Pingos und es entstehen kleine Seen.

Für beide Erscheinungen ist Permafrost nötig! Zur Klimarekonstruktion sind die südlichsten Permafrost Erscheinungen nötig! Diese sind in Ungarn und Frankreich zu finden. Mindestens –2° Jahresmitteltemperatur ist notwendig.

Permafrost: - 2°, Sibirien -5°!

c)   Frost (Skizze 3)

Würgeböden sind Indikatoren, beweisen aber keinen Permafrost. Die Frostschicht ist nicht unbedingt Voraussetzung für Würgeböden! Im Marchfeld gefunden – d.h. Würgeböden dort kein Beweis für Permafrost!

Solifluktion – Bodenkriechen – Frostdynamik! Wenn der Untergrund noch gefroren ist!

d)   Löß
Löß ist eine Ablagerung von Flugstaub bzw. ein äolisches Sediment (ganz feiner Sand oder Staub). Löß ist immer Kalkreich (egal von wo) und ist meistens gelblich gefärbt. Wenigstens aber braun-gelb, rot gelb,… . Löß kann sich nur im Steppenklima bilden, ist also ein Trockenzeitphänomen. Er bilde.....