Die Klimakurve des Tertiärs und Quartärs in Mitteleuropa

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Die

Klimakurve des Tertiärs und Quartärs in Mitteleuropa Von

P a u l W o 1 d s t e d t , B o n n . M i t 1 A b b . im T e x t

Z u s a m m e n f a s s u n g . Die Temperaturen Mitteleuropas, die im älteren Tertiär um etwa 20° C liegen, sinken im Laufe des Tertiärs ganz allmählich, um mit Beginn des Eiszeitalters denen der Gegenwart nahezukommen. Das Quartär ist durch kurze starke Schwankungen gekennzeichnet. Als Ursache k o m m e n wohl zwei Hauptfaktoren in Frage: Zunahme des Reliefs der Erde und Schwankungen der Sonnenenergie (im ultravioletten Spektralbereich). Für die extremen Temperaturschwankungen des Quar­ tärs in den mittleren Breiten spielen die polaren Eiskappen eine wichtige Rolle.

A b s t r a c t . The mean temperature of Middle Europe — about 20° C in Lower Tertiary times — decreases slowly during the Tertiary to about 10° C. The Quaternary Ice A g e is marked by extreme fluctuations, in Middle Europe of m o r e than 12° C. It seems that two main factors are responsible: the increase in the average height of the continents during the Cenozoic era and fluctuations of solar energy. For the extreme Quaternary fluctuations of the higher latitudes a dominating röle is played by the polar ice-caps.

D i e U n t e r s u c h u n g e n ü b e r die Pflanzenwelt M i t t e l e u r o p a s i m T e r t i ä r g e b e n uns die Möglichkeit, die M i t t e l t e m p e r a t u r e n der e i n z e l n e n erdgeschichtlichen A b ­ schnitte wenigstens a n g e n ä h e r t z u b e s t i m m e n . U n t e r s u c h n g e n dieser A r t sind v o n O. HEER u n d a n d e r e n ausgeführt w o r d e n . E t w a f o l g e n d e M i t t e l w e r t e w e r d e n

für

d i e einzelnen Tertiärabschnitte a n g e g e b e n (vgl. h i e r z u H . L . F. MEYER 1 9 1 7 ) : Dauer

Am

Mitteltemp.

Eozän

2 0 Mill. Jahre

Oligozän

14

„

„

Miozän

16

„

„

Pliozän

12

„

„

22—20° 20° .

19—17° 14—10°

E n d e des P l i o z ä n s u n d in den Interglazialzeiten dürften die M i t t e l t e m p e r a t u ­

ren n u r unwesentlich ü b e r d e n e n der Nacheiszeit g e l e g e n haben. In den Eiszeiten hatten w i r in M i t t e l e u r o p a T e m p e r a t u r a b s e n k u n g e n v o n m i n d e s t e n s 1 2 ° C. W e n n w i r für die K l i m a o p t i m a der Interglazialzeiten ( u n d der Nacheiszeit) ein u m e t w a 25'

i 2 0 °0-

I

-v i

10'Q

i

1

E

0

2

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L

O

60 Mill. Jahre

50

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Oligozän

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40

•

30

Mio zän

I ]

Pliozän

II

i 2 0

10

0

A b b . 1. Temperaturkurve (Mitteltemperaturen) für Mitteleuropa im Tertiär und Quar­ tär, stark schematisiert. Man beachte, daß der Zeitmaßstab für das Quartär fünfmal so groß ist wie für das Tertiär.

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Paul Woldstedt

2 ° höheres Jahresmittel als gegenwärtig annehmen, so k ä m e n wir für diese Zeiten auf eine Mitteltemperatur v o n etwa 1 0 ° C . Während d e r K ä l t e m a x i m a m u ß das Jahresmittel im eisfreien V o r l a n d unter — 2 ° C gelegen haben. Daraus ergibt sich eine Differenz v o n mindestens 1 2 ° C .

Konstruieren w i r nun eine Temperaturkurve, i n d e m w i r auf der A b s z i s s e die Zeit, auf der Ordinate die Mitteltemperatur auftragen, so ergibt sich die in A b b . 1 w i e d e r g e g e b e n e schematische Darstellung. Da die D a u e r des Quartärs i m V e r ­ hältnis z u m Tertiär verschwindend gering ist, ist in A b b . 1 die Zeit für das Quar­ tär i m 5fachen Maßstabe w i e für das Tertiär dargestellt w o r d e n . Das darf bei der Betrachtung der K u r v e nicht übersehen werden. I m übrigen sei nochmals betont, daß es sich hier um ein reines Schema handelt. V o n einer Gliederung der einzelnen Eiszeiten — die zweifellos vorhanden w a r — ist hier abgesehen w o r d e n . Auch müßten die Schwankungen in der z w e i t e n Hälfte des Pliozäns, streng g e n o m m e n , in einem anderen Maßstabe dargestellt w e r d e n als die i m Quartär.

Die K u r v e zeigt für das Tertiär seit d e m Eozän-Oligozän eine ganz allmäh­ liche A b n a h m e der Mitteltemperatur. D i e K u r v e ist als schwache Wellenlinie g e ­ gezeichnet worden, um anzudeuten, daß diese A b n a h m e wahrscheinlich nicht ganz gleichmäßig erfolgt ist. A u c h wenn d i e Temperaturen i m älteren Tertiär nicht ganz s o hoch waren, w i e hier a n g e n o m m e n ist, bleibt d i e K u r v e i m Prinzip die gleiche. In ihrem A u s m a ß verstärkt sich die T e m p e r a t u r - A b n a h m e i m jüngeren Tertiär i m m e r mehr, bis dann die K u r v e i m Quartär in, m a n möchte fast sagen, konvulsivischen Zuckungen verläuft. W i e ist diese m e r k w ü r d i g e T e m p e r a t u r ­ kurve z u erklären?

Für das Tertiär ist v o n manchen A u t o r e n eine P o l v e r l a g e r u n g a n g e n o m m e n w o r d e n Mit der langsamen W a n d e r u n g des Pols zu seiner heutigen L a g e sei M i t ­ teleuropa aus der Heißen Z o n e allmählich in die G e m ä ß i g t e g e k o m m e n , u n d s o sei die kontinuierliche T e m p e r a t u r a b n a h m e zu erklären. M.'SCHWARZBACH ( 1 9 4 6 ) hat aber überzeugend nachgewiesen, daß die Lage der u m den Pol h e r u m v o r h a n ­ denen Fundpunkte w ä r m e l i e b e n d e r Pflanzen mit einer wesentlich anderen L a g e des damaligen Poles nicht in Einklang zu bringen ist. D i e Dinge k ö n n e n nach SCHWARZBACH nur so aufgefaßt werden, daß die damalige H e i ß e Zone ganz wesent­ lich w e i t e r nach Norden reichte als heute —• wahrscheinlich in manchen Gebieten bis z u m heutigen Polarkreis. Das w e i t e r nördlich g e l e g e n e Gebiet bildete die Gemäßigte Zone. Eine K a l t e Z o n e m i t polarer Eiskappe g a b es damals nicht. Ähnliche Verhältnisse herrschten wahrscheinlich auf d e r Südhalbkugel, w e n n auch unsere Kenntnisse ü b e r dies G e b i e t w e n i g e r vollständig sind.

Im Alttertiär hatten w i r also auf d e r Erde eine ausgeprägt p l i o t h e r m e Periode i m Sinne v o n W . RAMSAY ( 1 9 1 0 ) , u n d es entsteht die Frage, w i e i m Laufe des Tertiärs der allmähliche Übergang v o n dieser pliothermen P e r i o d e z u einer m i o t h e r m e n v o r sich ging. Einer d e r wichtigsten Z ü g e in der geologischen Geschichte des Tertiärs ist die fortschreitende allgemeine Regression d e s W e l t ­ meeres. W o h l sind auch noch einzelne g r ö ß e r e Transgressionen v o r h a n d e n — so im Oligozän, im mittleren Miozän usw. A b e r i m Ganzen ist, besonders i m Jün­ geren Tertiär, die absolute Tendenz der Regression vorhanden, die ihr M a x i m u m am E n d e des Tertiärs, vielleicht auch erst i m Quartär erreicht (wobei hier a b g e ­ sehen w i r d v o n d e n glazialeustatisch bedingten Trans- u n d Regressionen). D i e Ursache w i r d v o n manchen Forschern gesucht in einer Verstärkung des Reliefs der Erde: die Kontinente w u r d e n gehoben, d i e Ozeanböden senkten sich. A u f den Mechanismus dieser V o r g ä n g e , mit d e m sich u. a. O. JESSEN ( 1 9 4 3 ) beschäftigt hat, sei hier nicht eingegangen.

W . RAMSAY, F. KERNER-MARILAUN, C . E. P. BROOKS u n d a n d e r e h a b e n d i e F o l g e n

dargestellt, die eine Verstärkung des Reliefs für das K l i m a haben kann (vgl. die

Klimakurve des Tertiärs und Quartärs

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Ausführungen b e i SCHWARZBACH 1950, S. 164ff.). Das A u s m a ß dieser Verstärkung ist v o n R. F. FLINT (1947) auf mindestens 500 m geschätzt w o r d e n . Er nimmt an, daß sich im L a u f e des K ä n o z o i k u m s die mittlere Höhe der Festländer v o n e t w a 300 m auf ü b e r 800 m v e r m e h r t habe. Ob allerdings diese Verstärkung des Reliefs mit all ihren Folgeerscheinungen, wie sie die genannten A u t o r e n schildern, allein als ausreichende Erklärung für die allmähliche Temperaturabnahme im L a u f e des Tertiärs angesehen w e r d e n kann, das m u ß offen bleiben. Es sei einmal a n g e ­ nommen, daß sie genüge. Es entsteht dann die Frage: kann sie auch für die Z u k kungen des Eiszeitalters, d. h. für das A b w e c h s e l n der Eis- u n d Interglazialzeiten, verantwortlich gemacht w e r d e n ?

Einzelne Forscher bejahen auch dies. Entscheidend ist nach ihnen die B i l d u n g großer Eiskappen in den Polargebieten, d. h. besonders im nördlichen. Diese Eis­ kappen w i r k e n auf die U m g e b u n g ein und f ü h r e n zu Vereisungen in den höheren umrandenden Festlandsgebieten. So soll es zu d e n Eiszeiten k o m m e n . A b e r es er­ h e b e n sich doch starke B e d e n k e n gegen diese Anschauung. D i e größten S c h w i e ­ rigkeiten e r g e b e n sich v o r allem, wenn m a n die U m k e h r u n g des Prozesses, d. h. das Entstehen d e r Interglazialzeiten erklären will. So w i r d m a n für den Wechsel der Eis- und Interglazialzeiten doch an zusätzliche periodische Temperatur­ schwankungen denken müssen.

Zweifellos w a r durch die Verstärkung des Reliefs eine gewisse Eiszeitbereit­ schaft gegeben. Diese galt besonders für die Nordhalbkugel. H i e r w a r einmal die im Laufe der geologischen Geschichte zu b e o b a c h t e n d e Konzentrierung der L a n d ­ massen u m d e n Nordpol v o n Wichtigkeit, auf die E. BEDERKE (Vortrag auf d e m I n q u a - K o n g r e ß in R o m 1953) hingewiesen hat. W e i t e r aber w i r k t e die oben schon geschilderte Verstärkung des Reliefs. Für d e n Rhythmus der Eiszeiten wird m a n jedoch noch an eine zusätzliche andere Ursache denken müssen, am ehesten w o h l an Ä n d e r u n g e n der Sonnenstrahlung.

Ich glaube dabei nicht, d a ß die Schwankungen der Strahlungsmengen, w i e sie infolge der periodischen Ä n d e r u n g e n der E r d b a h n e l e m e n t e d e n einzelnen B r e i ­ tenkreisen zugeführt w e r d e n („Strahlungskurve v o n MILANKOVITCH"), eine aus­ reichende Ursache für die Eiszeiten sind. V i e l eher wird man, w i e dies jüngst H. FLOHN (1953) wieder ausgeführt hat, an S c h w a n k u n g e n d e r Energieausstrah­ lung der S o n n e i m ultravioletten Spektralbereich zu denken haben. Es zeigt sich, daß die kurzperiodischen Schwankungen d i e s e r A r t zu e i n e m Abwechseln „ z o ­ naler" und „ m e r i d i o n a l e r " Zirkulation (FLOHN 1952) führen. Letztere Art der Z i r ­ kulation scheint eiszeitfördernd zu sein. So liegt es zum mindesten nahe, S c h w a n ­ kungen h ö h e r e r Ordnung anzunehmen, die d a n n für den W e c h s e l v o n Eis- u n d Interglazialzeiten verantwortlich wären. S o k o m m e n wir zu e i n e m ähnlichen Er­ gebnis, w i e es R. F. FLINT (1947) in seiner S o l a r - t o p o g r a p h i c hypothesis geäußert hat: wir haben b e i der E r k l ä r u n g der Eiszeiten a m ehesten mit dem Z u s a m m e n ­ w i r k e n zweier (oder noch m e h r ? ) Faktoren z u rechnen. Nur in ganz seltenen P e ­ rioden der Erdgeschichte w i r k t e n diese F a k t o r e n in demselben Sinne: dann g a b es die Eiszeitalter, w i e etwa das jungpaläozoische und das quartäre.

Es bleibt n o c h die Frage zu erörtern, w o d u r c h der große Gegensatz verursacht wird, der i m V e r l a u f der K u r v e zwischen T e r t i ä r und Quartär besteht: dem sehr gleichmäßigen Verlauf i m Tertiär (wenn auch vielleicht m i t kurz- oder l a n g ­ welligen geringeren Schwankungen) und d e n exzessiven Ausschlägen im Q u a r ­ tär, die an eine E r d b e b e n k u r v e erinnern. D e r Übergang v o m einen Typus z u m anderen ist hier i m Pliozän a n g e n o m m e n w o r d e n . Man w i r d ihn mit der B i l d u n g der polaren Eiskappen in V e r b i n d u n g zu b r i n g e n haben. W e n n diese einen b e ­ stimmten Schwellenwert erreicht hatten, w a s offenbar am E n d e des Pliozäns der Fall war, k o n n t e n sie — w i e schon gesagt, wahrscheinlich unter E i n w i r k u n g

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eines zweiten Faktors (Schwankungen der Sonnenenergie) — zu w e i t g e h e n d e n Vereisungen der angrenzenden Festländer (d. h. im wesentlichen auf der N o r d ­ halbkugel) führen.

E. J. ÖPIK (U. a. 1953) allerdings möchte s o w o h l die g r o ß e n w i e die kleineren Temperatur-Schwankungen der Erde auf Ä n d e r u n g e n der Sonnenstrahlung zu­ rückführen. D i e großen Schwankungen w e r d e n nach ÖPIK h e r v o r g e r u f e n durch periodische U m w ä l z u n g e n i m Sonneninneren. Sie w i e d e r h o l e n sich j e w e i l s in etwa 250 Millionen Jahren und sind die Ursache für das Auftreten der Eiszeit­ alter. Zusätzliche kürzere Schwankungen, die in der A u ß e n h ü l l e der S o n n e ihre Ursache haben, sollen den Rhythmus eines Eiszeitalters i m einzelnen, d. h. den Wechsel der Eis- und Interglazialzeiten, bewirken. Man w i r d diese H y p o t h e s e weiter prüfen müssen, ehe es möglich ist, klar zu ihr Stellung zu nehmen. Die periodischen Ä n d e r u n g e n der Erdbahnelemente („MiLANKOviTCH-Kurve") reichen nach ÖPIK nicht zur Erklärung des Eiszeitenrhythmus aus. — Es m u ß i m übrigen nochmals betont w e r d e n , daß die in A b b . 1 gezeigte K u r v e zunächst n u r für Mitteleuropa gilt. A l l e r d i n g s würde eine entsprechende K u r v e für das mittlere Nordamerika w o h l ähnlich aussehen. M i t genaueren W e r t e n für die eiszeitliche A b s e n k u n g der T e m p e r a t u r im mittleren Nordamerika w i r d m a n dort rechnen können, w o ein eiszeitlicher Dauerfrostboden nachgewiesen ist.

Bisher kennen w i r in Nordamerika seine damalige A u s d e h n u n g nach S ü d e n hin noch nicht.

Für andere Gebiete w ü r d e n die Temperaturkurven wesentlich anders aus­ sehen. Je m e h r wir uns einerseits den T r o p e n und andererseits den P o l a r g e b i e ­ ten nähern, umso geringer müssen die Schwankungen im Quartär g e w e s e n sein.

Für die T r o p e n kann die allgemeine Temperaturabnahme w ä h r e n d der Eiszeiten nach H. FLOHN (1952) auf e t w a 4° C geschätzt werden. H i e r sind also die A u s ­ schläge der quartären T e m p e r a t u r k u r v e wesentlich geringer als in Mitteleuropa. Ähnlich geringe, ja vielleicht noch geringere Ausschläge haben w i r in den Polargebieten zu erwarten. Umstritten ist dabei, wie eine solche K u r v e für das Gebiet der Antarktis aussehen würde. D i e Eiskappe m u ß sich hier im Jüngeren Tertiär gebildet haben, und v o n diesem Z e i t p u n k t an müssen w i r mit einem stän­ digen, i m m e r stärker w e r d e n d e n A b s i n k e n der Mitteltemperatur rechnen, das die A b s e n k u n g in Mitteleuropa u m ein Mehrfaches übertraf. W i e aber w a r es dann im weiteren Quartär? Hier hat W . MEINARDUS (1928) die Ansicht entwickelt, daß in der Antarktis für die Eiszeiten sogar h ö h e r e Temperaturen zu fordern seien als für die interglazialen Zeiten. D e m g e g e n ü b e r hat F. NÖLKE (1932) A r g u m e n t e dafür beigebracht, daß auch in der Antarktis während der Eiszeiten mit tieferen Temperaturen zu rechnen sei. Es erscheint a b e r fraglich, o b i m Bereich der antark­ tischen Eiskuppel selber überhaupt g r ö ß e r e Unterschiede zwischen Eis- u n d In­ terglazialzeiten anzunehmen sind. Das K l i m a ist in beiden Fällen ja w e n i g e r b e ­ herrscht durch den allgemeinen W ä r m e z u s t a n d der Erdoberfläche als v i e l m e h r durch die e x t r e m e Ausstrahlung im w e i t e r e n Polarbereich. Es scheint deshalb kaum n o t w e n d i g zu sein, für die antarktische Eiskuppel selber größere U n t e r ­ schiede in den Mitteltemperaturen zwischen Eis- und Interglazialzeiten anzu­ nehmen. D i e Unterschiede stellen sich dann erst in größerer Entfernung v o m P o l ein, wachsen zu Extremen an in den mittleren Breiten, u m zum Ä q u a t o r hin wieder abzunehmen.

Schriften-Nachweis FLINT, R. F . : Glacial Geology and the Pleistocene Epoch. - N e w Y o r k u. London 1 9 4 7 .

FLOHN, H . : Allgemeine atmosphärische Zirkulation und Paläoklimatologie. - Geol. R u n d ­ schau 4 0 , S. 1 5 3 - 1 7 8 . 1 9 5 2 . - - Studien über die atmosphärische Zirkulation in der letzten Eiszeit. - Erdkunde 7, S. 2 6 6 - 2 7 5 . Bonn 1 9 5 3

K l i m a k u r v e des Tertiärs und Quartärs

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JESSEN, O.: Die Randschwellen der Kontinente. - Pet. Mitt. Erg.heft 241. Gotha 1943.

MEINAHDUS, W . : Über den Wasserhaushalt der Antarktis. 2. Mitt. - Nachr. Ges. Wiss. Göt­ tingen, math.-phys. K l . 1938, S. 137-172.

MEYER, H. L. F.: Klimazonen der Verwitterung und ihre Bedeutung für die jüngste geo­ logische Geschichte Deutschlands. - Geol. Rundschau 17, S. 193-248. 1917.

NÖLKE, F.: Die Antarktis während der Eiszeit. - Z . f. Gletscherkunde 20, S, 45-51. 1932. ÖPIK, E. J.: O n the causes of palaeoclimatic variations and of the ice ages in particular. Journal of Glaciology 2, S. 213-218. Cambridge 1953.

RAMSAY, W . : Orogenesis u n d Klima. - Oversigt flnska Vetensk. Soc. Förhandl.52 A, S. 1-48. 1910.

SCHWARZBACH, M . : Klima und Klimagürtel im Alttertiär. - Naturwiss. 33, S. 355-361. 1946.

— Das Klima der Vorzeit. - Stuttgart 1950, Manuskr. eingeg. 12. 1. 1954.

Anschr. d. Verf.: Prof. Dr. Paul Woldstedt, Bonn, Argelanderstraße 118.