E&G – Quaternary Science Journal - Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell by Geozon Science Media

Eiszeitalter

Gegenwart

Band

Seite

204-2.9«

Öhringen/Württ.,

31. Oktober

1969

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell Von H . FLOHN, Bonn Mit 8 Abbildungen Zusammenfassung. Auf der Grundlage der jüngsten Fortschritte in vielen Zweigen der Geophysik — Glaziologie, Meteorologie, Ozeanographie, Paläomagnetismus und Tektonophysik — wird ein synthetisches, rein geophysikalisches Modell der Klimaentwicklung im Tertiär und Pleistozän (mit Ausblicken auf das Permokarbon) entwickelt. Hierbei wird besonderes Gewicht auf die Abschätzung des Wärmehaushaltes der Ozeane gelegt; extraterrestrische Faktoren liefern höchstens einen sekundären Beitrag. Als Unterlage für eine weitere Diskussion w i r d eine knappe Zusammenstellung der wesentlichen Gesichtspunkte in Form von 10 Sätzen (Kapitel 6) gegeben. A b s t r a c t . Based on recent advances in many geophysical sciences — glaciology, meteoro logy, oceanography, paleomagnetics, tectonophysics — a synthetic geophysical Ice Age model is derived as a base for further discussion. Special attention is devoted to the heat budget of oceans. The principal features of this model can be summarized as follows: 1) The primary prerequisite of the Pleistocene and Permo-Carboniferous glaciations is the drift of an isolated continental fragment — Antarctica in the Tertiary Era, Gondwanaland in Devon — into a circum-polar position. T w o processes were involved in this drift in the Tertiary Era: a) convective currents in the earth's mantle (spreading of the ocean floor), and b) wandering of the earth's rotational axis relative to its mantle. The direction and speed of both these processes are ascertained from paleo-magnetic and (or) astronomical data to be a few cm/a. 2) Winter snow then builds up on the continent in the v i c i n i t y of the pole. Melting of this snow may lead to cooling by 1° C of an oceanic bottom water l a y e r 1,000 meters thick in a period of 10 —106a. As a result of mixing processes this cooling affects all oceans — with a minimum effect in the surface layer in the tropical zone. This explains the simultaneous gradual cooling of the high latitudes and nearly constant temperature of the tropics during the Tertiary Era. 5

3) After the sea temperature has sunken to a bit over 0° C, which happens at the latest in the Pliocene Era, a more or less stationary glaciation of the " w a r m " (mountain) type accumulates on Antarctica. Because of increasing cooling about the end of the Pliocene Era, this glaciation changes into the "cold" type. It has then a positive mass balance and causes an eustatic sinking of the sea level. Glaciers in the polar mountains of the northern continental areas also form. 4) As soon as the antarctic ice cap reaches the critical thickness at which increasing pressure causes melting on the lower surface, surges (in the sense of A. T. WILSONS theory) begin. These (gradual) surges cause: a) the formation of large ice shelves on the edges of Antarctica to about 55° S lat. and b) a rise in the sea level of 20 to 30 m. An increase of surface albedo leads to a global cooling of about 5° C, the formation of ice-sheets in areas of the northern continents, and a sinking of the sea level (max. ca. —145 m). 5) After the onset of pressure release, the antarctic ice cap stabilizes at a lesser thickness. The shelf ice gradually disintegrates because of lack of supply. 6) The cooling of the w a t e r and air currents from both north and south leads to an advective lowering of the ocean temperature of about 5 to 6° C in the tropics, to a reduction in evaporation of about 3 0 % , and, under stationary conditions, to a global arid phase at the height of the glacial period. 7) In this arid phase, all ice caps slow their rate of growth. Loess dust covers the ice caps of the northern continents (excluding Greenland and Antarctica) and increases summer melting. The transition to disintegration, with the accompanying eustatic sea level rise, begins. 8) The quasi-periodical events under 4 ) — 7 ) have, together, a periodicity of about 30.000 to 50.000 a. Long-periodic changes of the earth's orbit may, but do not necessarily, contribute to this cycle. 9) The much greater glaciation of the Atlantic sector of the northern continents is interpreted p r i m a r i l y as a result of the effect of the antarctic shelf ice surges which reach farther into the South Atlantic, and secondarily as a result of the formation of a land bridge in the Bering Sea which hinders mass and heat exchange between the Pacific and Arctic Oceans. 10) The apparent lack of similar quasi-periodic events in the Permo-Carboniferous Era might be interpreted as an effect of the great size of the Gondwana Continent which does not allow the building of shelf ice.

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

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This model is, as far as we can see, in no w a y contradictory to either the observed facts or the complicated physical inter-relations involved which appears as an advantage over many "extraterrestrial" Ice Age theories. It needs neither a change of the solar constant, nor, necessarily, an influence of a changing orbit of the e a r t h ; neither a change in gravitation nor, with the exception of the temperature-dependent constituent of water-vapor, a change in the composition of the earth's atmosphere. 1. A l l g e m e i n e V o r a u s s e t z u n g e n Der Komplex der pleistozänen K l i m a s c h w a n k u n g e n , mit einem mindestens achtmali gen Wechsel zwischen K a l t z e i t e n u n d W a r m z e i t e n m i t e i n e r q u a s i p e r i o d i s c h e n Z e i t s k a l a v o n 4 0 — 5 0 0 0 0 a ( = J a h r e ) , h a t in d e n l e t z t e n J a h r e n ü b e r die bisher b e t e i l i g t e n D i s z i p l i n e n d e r Erdgeschichte ( u n d ihrer A n w e n d u n g e n in A r c h ä o l o g i e u n d Vorgeschichte) h i n a u s w a c h s e n d e s Interesse i m R a h m e n der e x a k t e n N a t u r w i s s e n s c h a f t e n g e f u n d e n . G e o p h y s i k e r , M e t e o r o l o g e n u n d A s t r o p h y s i k e r , a b e r a u c h P h y s i k e r u n d C h e m i k e r w e r d e n in w a c h s e n d e m A u s m a ß von den M ö g l i c h k e i t e n a n g e z o g e n , die sich a u s d e r E n t w i c k l u n g i h r e r eigenen F ä c h e r z u r Lösung dieses vielschichtigen H a u p t - P r o b l e m s d e r P a l ä o k l i m a t o l o g i e a n b i e t e n . D a s h i e r z u r D i s k u s s i o n gestellte M o d e l l berücksichtigt — s o w e i t d e m E i n z e l n e n noch ü b e r s c h a u b a r — diese neuesten E n t w i c k l u n g e n zu d e m Versuch e i n e r S y n t h e s e . Es geht a u s v o n empirischen B e f u n d e n — w o b e i a l l e r d i n g s e i n e R e i h e v o n u n g e l ö s t e n P r o b l e m e n d e r Z e i t f o l g e u n d D a t i e r u n g n o t w e n d i g offen gelassen w e r d e n müssen — u n d versucht, aus z a h l r e i c h e n E r g e b n i s s e n d e r n e u e r e n G e o p h y s i k ( G l a z i o l o g i e , M e t e o r o l o g i e , O z e a n o g r a p h i e , T e k t o n o p h y s i k u n d E r d m a g n e t i s m u s ) , in U m r i s s e n ein w i d e r s p r u c h s f r e i e s u n d k o n s i s t e n t e s G e s a m t b i l d z u s k i z z i e r e n . D i e g e o p h y s i k a l i s c h e n V o r a u s s e t z u n g e n h a t auch schon FAIRBRIDGE ( 1 9 6 1 , 1 9 6 7 ) e r ö r t e r t ; a l s entscheidende E r g ä n z u n g steht h i e r die D i s k u s s i o n des W ä r m e h a u s h a l t e s im V o r d e r g r u n d . I m G e g e n s a t z zu d e n meisten b i s h e r i g e n Versuchen s o l l e n e x t r a t e r r e s t r i s c h e H y p o t h e sen nicht m i t b e r ü c k s i c h t i g t w e r d e n . D i e s g i l t zunächst für die v i e l d i s k u t i e r t e R o l l e d e r E r d b a h n e l e m e n t e nach M I L A N K O W I T C H ( 1 9 3 8 ) , b z w . in r e v i d i e r t e r F o r m nach VAN W O E R KOM ( 1 9 5 3 ) , sowie für d i e T r o p e n z o n e ( B E R N A R D 1 9 6 2 ) . T r o t z a l l e r — v o m Verfasser b i s h e r geteilten ( 1 9 5 9 ) — E i n w ä n d e ( S C H W A R Z B A C H 1 9 6 1 ) d a r f m a n diesen Effekt nicht a p r i o r i ausschließen. D o c h zeigt eine q u a n t i t a t i v e D i s k u s s i o n , d a ß n u r in hohen Breiten die V a r i a t i o n der Schiefe d e r E k l i p t i k e i n e n w i r k s a m e n B e i t r a g z u m S t r a h l u n g s h a u s h a l t l i e f e r t ( v g l - h i e r z u S H A W SC D O N N 1 9 6 8 ) . D i e zeitliche Ü b e r e i n s t i m m u n g dieser P e r i o d e ( v o n r u n d 4 0 0 0 0 a ) m i t d e n beobachteten K l i m a s c h w a n k u n g e n des m i t t l e r e n u n d j ü n g e r e n P l e i s t o z ä n s ( E M I L I A N I 1 9 5 5 , 1 9 5 7 , 1 9 6 1 , 1 9 6 6 u. B R O E C K E R 1 9 6 6 , 1 9 6 8 ) ist ein ernst haftes u n d nicht o h n e w e i t e r e s w i d e r l e g b a r e s A r g u m e n t . U n s e r M o d e l l b e n ö t i g t diesen Effekt z w a r nicht, s c h l i e ß t aber a n d e r e r s e i t s eine u n t e r s t ü t z e n d e R o l l e nicht a u s . D i e a s t r o p h y s i k a l i s c h e n H y p o t h e s e n — g e n a n n t sei n u r die V a r i a b i l i t ä t d e r S o n n e e n t w e d e r im ( e n e r g i e r e i c h s t e n ) sichtbaren S p e k t r a l b e r e i c h ( Ö P I K 1 9 6 5 ) o d e r i m k u r z w e l l i g e n U l t r a v i o l e t t ( F L O H N 1 9 5 2 ) — s o l l e n hier b e w u ß t v e r n a c h l ä s s i g t w e r d e n . Sie s i n d z u n ä c h s t heute (noch) u n b e w e i s b a r ; v i e l e s spricht d a f ü r , d a ß die Z e i t s k a l a ( Ö P I K 1 9 6 5 u. M I T C H E L L j r . 1 9 6 5 ) w i r k s a m e r P r o z e s s e a s t r o p h y s i k a l i s c h e r N a t u r m i n d e s t e n s bei 1 0 — 1 0 a liegt, so d a ß d i e zeitliche U n t e r g l i e d e r u n g des P l e i s t o z ä n s ( m i t i h r e r Z e i t s k a l a v o n 1 0 — 1 0 a ) nicht a u f diese l a n g s a m e r e n V o r g ä n g e z u r ü c k g e f ü h r t w e r d e n k a n n . Ä h n liches g i l t erst recht für d i e höchst i n t e r e s s a n t e H y p o t h e s e v o n D I R A C - J O R D A N ( 1 9 6 6 ) e i n e r sehr l a n g s a m e n A b n a h m e d e r G r a v i t a t i o n s k o n s t a n t e n , d e r e n Z e i t s k a l a ( 1 0 — 1 0 a ) noch w e s e n t l i c h größer i s t ; a u f i h r e m ö g l i c h e g e o p h y s i k a l i s c h - p a l ä o k l i m a t i s c h e R o l l e soll bei a n d e r e r Gelegenheit e i n g e g a n g e n w e r d e n . 6

1 0

U n s e r M o d e l l schließt diese V o r g ä n g e nicht p r i n z i p i e l l a u s , l ä ß t sie a b e r unberück sichtigt, d a die G r ö ß e n o r d n u n g d e r v o n ihnen v e r u r s a c h t e n Ä n d e r u n g e n — e t w a der „ S o l a r k o n s t a n t e n " S — offenbar zu g e r i n g ist, um d i e r e l a t i v k u r z p e r i o d i s c h e n V o r g ä n g e i n n e r h a l b des P l e i s t o z ä n s z u e r k l ä r e n . D a r ü b e r h i n a u s soll unser M o d e l l z e i g e n , d a ß auch 0

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r e i n terrestrische, also g e o p h y s i k a l i s c h e V o r g ä n g e eine a u s r e i c h e n d e , q u a n t i t a t i v e Inter p r e t a t i o n der beobachteten B e f u n d e liefern k ö n n e n ; h i e r a u f h a t auch H O I N K E S ( 1 9 6 8 ) v o r k u r z e m h i n g e w i e s e n . B e s o n d e r e s G e w i c h t soll dabei auf d i e D i s k u s s i o n des W ä r m e h a u s h a l t e s der A t m o s p h ä r e u n d der O z e a n e g e l e g t w e r d e n . D i e A n o m a l i e n d e r a t m o s p h ä r i schen Z i r k u l a t i o n lassen sich für eine Eiszeit leicht v o r s t e l l e n , w e n n m a n sich d i e funda m e n t a l e R o l l e der t e m p o r ä r e n G r e n z e z w i s c h e n Schnee u n d Eis einerseits, offenem L a n d u n d M e e r a n d e r e r s e i t s i m H i n b l i c k auf A l b e d o , W ä r m e h a u s h a l t u n d L u f t m a s s e n v e r t e i l u n g k l a r macht. U n s e r M o d e l l ist nicht m a t h e m a t i s c h e r N a t u r ; es soll jedoch die p h y s i k a l i s c h e n P a r a m e t e r eines speziellen p a l ä o k l i m a t i s c h e n M o d e l l s d i s k u t i e r e n , dessen m a t h e m a t i s c h e For m u l i e r u n g im S i n n e einer theoretischen K l i m a t o l o g i e heute m ö g l i c h u n d s i n n v o l l ist. H i e r b e i w i r d m a n z w e c k m ä ß i g in m e h r e r e n S c h r i t t e n v o r g e h e n u n d zuerst T e i l p r o b l e m e an m e h r oder m i n d e r v e r e i n f a c h t e n M o d e l l e n b e h a n d e l n . Eine solche E n t w i c k l u n g ist bereits a n verschiedenen O r t e n ( P r i n c e t o n N . J . , L e n i n g r a d , T o k y o ) i m G a n g e , u n d d i e A r b e i t e n v o n M A N A B E u n d M i t a r b e i t e r n ( 1 9 6 4 , 1 9 6 7 ) h a b e n für w e s e n t l i c h e T e i l e des P a l ä o k l i m a P r o b l e m s bereits eine q u a n t i t a t i v b e f r i e d i g e n d e Lösung g e g e b e n . 2. E m p i r i s c h e G r u n d l a g e n Versucht m a n , die für unsere F r a g e s t e l l u n g wesentlichen B e o b a c h t u n g s t a t s a c h e n aus d e r F ü l l e der geologischen L i t e r a t u r (einschließlich a l l e r N a c h b a r w i s s e n s c h a f t e n ) h e r a u s z u f i l t e r n , so ist es n o t w e n d i g , a l l e s t r i t t i g e n F r a g e n a u s z u k l a m m e r n u n d sich auf die G r u n d t a t s a c h e n zu b e s c h r ä n k e n , d i e a l s gesichert a n g e s e h e n w e r d e n . H i e r b e i stehen i m V o r d e r g r u n d d i e M o n o g r a p h i e e n von v . KLEBELSBERG ( 1 9 4 8 / 4 9 ) , W O L D S T E D T ( 1 9 5 4 — 1 9 6 6 ) , F L I N T ( 1 9 5 7 ) u n d FRENZEL ( 1 9 6 7 ) ; h i n z u k o m m t d i e D a r s t e l l u n g d e r gesamten P a l ä o k l i m a t o l o g i e durch S C H W A R Z B A C H ( 1 9 6 1 ) . Es ist in d i e s e m R a h m e n u n m ö g l i c h , alle neueren Einzelarbeiten einzeln aufzuführen. a ) A b g e s e h e n v o n der p l e i s t o z ä n e n V e r e i s u n g ( D a u e r i n s g e s a m t bisher ~ 3 M a oder M e g a j a h r e ; 1 M a = 1 0 a ) u n d der p e r m o k a r b o n e n V e r e i s u n g ( i n s g e s a m t ~ 3 0 M a ) ist das K l i m a der v o l l ü b e r s c h a u b a r e n geologischen V e r g a n g e n h e i t seit dem B e g i n n des P a l ä o z o i k u m s ( U n t e r k a m b r i u m v o r r u n d 5 5 0 M a ) zu e t w a 90°/o in beiden P o l a r r e g i o n e n eis frei g e w e s e n . D a m i t ist also der N o r m a l z u s t a n d d e r Erdoberfläche eisfrei oder „ a k r y o g e n " — u m einen v o n K E R N E R - M A R I L A U N ( 1 9 3 0 ) e i n g e f ü h r t e n Begriff z u g e b r a u chen. D a auch v o r h e r i m E o k a m b r i u m ( v o r r u n d 600 M a ) u n d in v e r s c h i e d e n e n Zeit abschnitten des P r ä k a m b r i u m s bis z u r ü c k z u e t w a 2 0 0 0 M a m e h r oder m i n d e r über z e u g e n d e Eiszeitspuren g e f u n d e n w o r d e n s i n d , ist offenbar d i e z w e i t e H ä l f t e d e r Erd geschichte — o h n e Z w e i f e l die l e t z t e n 1 0 — 1 2 ° / o — durch d e n Wechsel z w i s c h e n l a n g e n a k r y o g e n e n u n d r e l a t i v k u r z e n k r y o g e n e n Zeitabschnitten bezeichnet. Die c h a r a k t e r i s t i sche Z e i t s k a l a der W a r m z e i t e n liegt bei 1 0 a ( M e s o z o i k u m - A l t t e r t i ä r m i n d e s t e n s 180 M a ) , die d e r k r y o g e n e n P e r i o d e n d a g e g e n bei 1 0 a. 6

b) Im L a u f e des T e r t i ä r s k a m es i n m i t t l e r e n u n d h ö h e r e n B r e i t e n — j e d e n f a l l s d e r N o r d h a l b k u g e l — z u einer erst sehr g e r i n g e n , d a n n — e t w a a b U n t e r m i o z ä n , d. h. v o r r u n d 30 M a — s t ä r k e r e n A b k ü h l u n g bis z u der G r e n z e P l i o z ä n / P l e i s t o z ä n ( A b b . 1 ) . Erst v o n d a a b setzen a u f den N o r d k o n t i n e n t e n d i e großen V e r e i s u n g e n u n d d i e m i t ihnen g e k o p p e l t e n eustatischen M e e r e s s p i e g e l s c h w a n k u n g e n m i t d e r Z e i t s k a l a 1 0 — 1 0 a ein. D i e s e A b k ü h l u n g b e t r a f jedoch nicht ( o d e r n u r schwach) d i e T r o p e n z o n e , w o d i e Ober flächentemperaturen bei 2 7 — 2 8 ° C v e r b l i e b e n . Für die P o l a r g e b i e t e e r g i b t sich i m A l t t e r t i ä r eine charakteristische T e m p e r a t u r v o n + 8 — 1 0 ° , w e n n m a n die R i c h t u n g d e r o z e a nischen T i e f e n - Z i r k u l a t i o n m i t der h e u t i g e n gleichsetzt (FLohn 1 9 6 4 ) u n d die T e m p e r a t u r des tropischen B o d e n w a s s e r s ( E M I L I A N I 1 9 5 5 , 1 9 5 7 , 1 9 6 1 , 1 9 6 6 ) m i t der des p o l a r e n Ober flächenwassers identifiziert. D a m a l s s t a n d e n also einer bis e t w a 50° B r e i t e reichenden, t r o p i s c h - w a r m e n Zone z w e i P o l a r k a l o t t e n m i t g e m ä ß i g t e m K l i m a g e g e n ü b e r . 4

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Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

E O Z Ä N

OLIGOZAN

M I O Z Ä N

PLIOZÄN

Qu.

: -

60 <

50 Mio. J a h r e

! «0

Abb. 1. Abkühlung im T e r t i ä r und Pleistozän (nach WOLDSTEDT). c) I m L a u f e des P l i o z ä n s b i l d e t e n sich ( v o r 2 . 5 — 3 M a ) i m B e r e i c h v o n I s l a n d , in d e r S i e r r a N e v a d a K a l i f o r n i e n s u n d i n der A n t a r k t i s G e b i r g s g l e t s c h e r ; u m die gleiche Z e i t t a u c h t e i s v e r d r i f t e t e s M a t e r i a l in d e n B o h r k e r n e n d e r südlichen O z e a n e a u f ( H A Y S SC O P D Y K E 1 9 6 7 ) . In d e r A n t a r k t i s k ö n n t e schon v o r r u n d 5 M a ( H O I N K E S 1 9 6 8 ) ein echtes I n l a n d e i s g e r i n g e r M ä c h t i g k e i t e x i s t i e r t h a b e n ; h i e r a u s e r g i b t sich ( m i t a l l e m V o r b e h a l t ) die M ö g l i c h k e i t , d a ß d i e ersten G e b i r g s g l e t s c h e r in d e r A n t a r k t i k a b e r e i t s i m A l t p l i o z ä n o d e r noch früher a u f t r a t e n . d ) I m P l e i s t o z ä n k o m m t es z u n ä c h s t z u r B i l d u n g eines a u s g e d e h n t e n I n l a n d eises a u f der A n t a r k t i s , dessen Dicke z u e i n e m u n b e k a n n t e n Z e i t p u n k t noch e t w a 300 m g r ö ß e r w a r als heute. A u f den großen K o n t i n e n t e n d e r N o r d h a l b k u g e l b i l d e t e n sich m e h r fach — mindestens 6 — 8 m a l — g r o ß e Eisschilde v o n ä h n l i c h e m U m f a n g e a u s ; ihre B i l d u n g s z e i t l ä ß t sich a u s Ü b e r l e g u n g e n z u m M a s s e n h a u s h a l t der G r ö ß e n o r d n u n g nach zu r u n d 2 0 0 0 0 a a b s c h ä t z e n . Ihr A b s c h m e l z e n geht e t w a s rascher v o r sich; für die j ü n g s t e E i s z e i t ( W ü r m b z w . W i s c o n s i n ) steht h i e r f ü r n u r ein Z e i t r a u m v o n höchstens 1 3 — 1 5 0 0 0 a z u r Verfügung, da z u r postglazialen W ä r m e z e i t (vor r u n d 6000 a ) die Inlandeise ver s c h w u n d e n u n d die G e b i r g s g l e t s c h e r w e i t e r z u r ü c k g e w i c h e n w a r e n a l s h e u t e . A n t i p a r a l l e l z u B i l d u n g und A b b a u dieser Eisspeicher a u f dem F e s t l a n d v o l l z o g sich A b s i n k e n ( m a x i m a l a u f — 1 4 5 m ) u n d W i e d e r a n s t i e g d e s M e e r e s s p i e g e l s , so d a ß bis 3-7 °/o des W a s s e r v o r r a t s d e r E r d e in F o r m v o n Eis f e s t g e l e g t w a r . In den W a r m z e i t e n stieg d e r M e e r e s s p i e g e l u m m i n d e s t e n s 1 5 — 3 0 m gegenüber d e m h e u t i g e n N i v e a u a n ; in v e r s c h i e d e n e n Gebieten gibt es Anzeichen für v e r b r e i t e t e M e e r e s s t ä n d e bis + 7 5 — 8 0 m, l o k a l s o g a r bis + 4 0 0 m u n d noch höher. D a tektonische H e b u n g e n schwer a u s z u s c h l i e ß e n s i n d u n d v i e l e dieser B e f u n d e ( M i t t e l m e e r , W e s t k ü s t e S ü d a m e r i k a s ) in t e k t o n i s c h u n r u h i g e n R ä u m e n l i e g e n , erscheinen w e l t w e i t e g l a z i a l e u s t a t i s c h e M e e r e s s p i e g e l - S c h w a n k u n g e n ( F A I R B R I D G E 1 9 6 1 , 1 9 6 7 , W O L D S T E D T 1 9 6 6 , F L I N T 1 9 5 7 ) o b e r h a l b eines N i v e a u s + 3 0 m offenbar doch noch nicht a l s v ö l l i g gesichert, so d a ß w i r h i e r v o n ihrer D i s k u s s i o n absehen w o l l e n . e) D i e s e r in g e o l o g i s c h e r Sicht k u r z p e r i o d i s c h e W e c h s e l zwischen K a l t - u n d W a r m z e i t e n i m P l e i s t o z ä n m i t einer Z e i t s k a l a v o n 1 0 — 1 0 a e r f a ß t e die g e s a m t e E r d e a u ß e r d e r A n t a r k t i s j e w e i l s g l e i c h z e i t i g . Dies ist für d i e j ü n g s t e E i s z e i t g e g e n j e d e n Z w e i f e l gesichert u n d d a m i t ein e i n d e u t i g e s I n d i z g e g e n e i n e p r i m ä r e R o l l e d e r E r d b a h n e l e m e n t e — diese f o r d e r n z w a r nicht G e g e n l ä u f i g k e i t d e r b e i d e n H e m i s p h ä r e n , jedoch einen Zeitunterschied v o n m i n d e s t e n s 1 0 — 1 1 0 0 0 a. V i e l f a c h w i r d b e t o n t , d a ß es sich h i e r b e i u m r e l a t i v k u r z f r i s t i g e U m s c h a l t u n g e n zwischen z w e i e x t r e m e n Z u s t ä n d e n h a n d l e 4

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H. Flohn

( F l i p - F l o p - M e c h a n i s m u s , V a c i l l a t i o n ) ; d e m g e g e n ü b e r m u ß jedoch d a r a u f h i n g e w i e s e n w e r d e n , d a ß schon a u s M a s s e n h a u s h a l t s g r ü n d e n für d e n A u f - u n d A b b a u d e r n o r d h e m i sphärischen E i s k a l o t t e n Z e i t r ä u m e v o n ( m i n d e s t e n s ) j e w e i l s 1 5 0 0 0 a n o t w e n d i g sind. Ob das g r ö n l ä n d i s c h e I n l a n d e i s ( F l ä c h e 1 . 7 ' 1 0 k m ) d i e W a r m z e i t e n ü b e r d a u e r t h a t , ist bisher offenbar noch nicht gesichert. F ü r d i e A n t a r k t i s ( F l ä c h e 1 3 ' 1 0 k m , m i t t l e r e Mäch t i g k e i t ü b e r 2 0 0 0 m ) k a n n dieses U b e r d a u e r n a l s sicher g e l t e n , z u m a l A d v e k t i o n w ä r m e r e r Luftmassen zunächst e i n m a l d i e A k k u m u l a t i o n steigert u n d d e r M a s s e n v e r l u s t bei d e n sehr tiefen T e m p e r a t u r e n nicht a u f S c h m e l z e n , sondern h a u p t s ä c h l i c h a u f A b b r u c h v o n E i s b e r g e n u n d Schneefegen z u r ü c k z u f ü h r e n ist. D i e F r a g e nach d e r g e n a u e n Z e i t s k a l a m u ß unter H i n w e i s auf die miteinander unvereinbaren Auffassungen von EMILIANI ( 1 9 5 5 , 6

1957,

1 9 6 1 , 1 9 6 6 ) , FRECHEN u n d LIPPOLT ( 1 9 6 5 ) einerseits, s o w i e ERICSSON u n d

WOLLIN

( 1 9 6 4 , 1 9 6 8 ) a n d e r e r s e i t s offen b l e i b e n . f) D i e r e g i o n a l e A n o r d n u n g d e r n o r d h e m i s p h ä r i s c h e n k o n t i n e n t a l e n Eis schilde entspricht — j e d e n f a l l s für d i e j ü n g s t e V e r e i s u n g — nicht d e n k l i m a t o l o g i s c h e n E r w a r t u n g e n . N a c h diesen m ü ß t e n w i r d e n B e g i n n d e r V e r e i s u n g b e i einer a l l g e m e i n e n A b k ü h l u n g i n d e n h e u t e schon s t a r k v e r g l e t s c h e r t e n H o c h g e b i r g e n v o n S k a n d i n a v i e n , A l a s k a u n d d e n k a n a d i s c h e n R o c k i e s s o w i e des K a r a k o r u m e r w a r t e n , in d e r e n N ä h e d a n n

Abb. 2. Vereisung auf der Nordhalbkugel, Treibeisgrenze und Polwanderung.

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

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auch d i e Eiszentren g e l e g e n haben m ü ß t e n . D a s gilt aber n u r für S k a n d i n a v i e n : d i e B i l d u n g d e s g r ö ß e r e n n o r d a m e r i k a n i s c h e n I n l a n d e i s e s (Fläche 1 5 ' 1 0 k m ) g i n g offenbar aus v o n d e n Gebirgen N o r d l a b r a d o r s ( u n d v i e l l e i c h t B a f f i n l a n d s ) , w ä h r e n d sich d a n n d a s Z e n t r u m nach dem K e e w a t i n - F l a c h l a n d w e s t l i c h d e r H u d s o n b a y v e r l a g e r t e ( F L I N T 1 9 5 7 ) ; das K o r d i l l e r e n - E i s w a r d e m g e g e n ü b e r i m m e r u n b e d e u t e n d . Auch d i e V e r g l e t s c h e r u n g e n der z e n t r a l a s i a t i s c h e n G e b i r g e blieben i n r e l a t i v engen G r e n z e n ( v . W I S S M A N N 1 9 5 9 ) , m i t einer S c h n e e g r e n z d e p r e s s i o n v o n nicht m e h r a l s 4 0 0 — 7 0 0 m ( s t a t t 1 2 0 0 — 1 3 0 0 m i n v i e l e n G e b i r g e n E u r o p a s u n d N o r d a m e r i k a s ) . D a s h e u t i g e K ä l t e z e n t r u m O s t s i b i r i e n s w a r offen b a r n u r v o n einer g e r i n g m ä c h t i g e n F i r n - u n d Eisschicht ü b e r d e c k t ; doch g i b t es i m sub 6

tropischen Zentralchina

(v. WISSMANN 1 9 3 7 ) ,

in J a p a n ( S C H W I N D

1 9 6 7 ) und

in weiteren

G e b i e t e n Hoch- u n d O s t a s i e n s (v. W I S S M A N N 1 9 5 9 ) H i n w e i s e a u f w e s e n t l i c h ä l t e r e , u m f a n g r e i c h e G e b i r g s v e r e i s u n g e n m i t e i n e r S c h n e e g r e n z d e p r e s s i o n v o n m i n d e s t e n s 2 0 0 0 m, die m . E. eine s o r g f ä l t i g e u n d kritische P r ü f u n g m i t den n e u e s t e n M e t h o d e n v e r d i e n e n . Eine k a r t e n m ä ß i g e Zusammenstellung (Abb- 2 ) zeigt einen auffälligen Gegensatz z w i schen d e r s t a r k e n V e r e i s u n g des z i r k u m - a t l a n t i s c h e n u n d d e r r e l a t i v u n b e d e u t e n d e n V e r g l e t s c h e r u n g des z i r k u m - p a z i f i s c h e n S e k t o r s , m i n d e s t e n s für d i e l e t z t e E i s z e i t . D i e s e r Ge g e n s a t z erreicht seinen H ö h e p u n k t in d e m V e r g l e i c h des k a l t z e i t l i c h e n K ü s t e n k l i m a s der B i s k a y a ( N o r d s p a n i e n u n d W e s t f r a n k r e i c h ) einerseits — nach K A I S E R ( 1 9 6 7 ) m i t einer g a n z j ä h r i g e n A b k ü h l u n g v o n m i n d e s t e n s 1 2 ° , w a h r s c h e i n l i c h 1 5 ° C — u n d d e r sogar e t w a s n ö r d l i c h e r g e l e g e n e n O l y m p u s - H a l b i n s e l an d e r a m e r i k a n i s c h e n P a z i f i k k ü s t e — nach H E U S S E R ( 1 9 6 6 ) m i t e i n e r k a l t z e i t l i c h e n A b k ü h l u n g v o n nicht m e h r a l s 5 — 6 ° C ( g e n a u so in Südchile). D a b e i d e Gebiete f ü r m a r i t i m e s W e s t w i n d k l i m a r e p r ä s e n t a t i v sind, in w e i t e m A b s t a n d v o n d e n großen I n l a n d e i s g e b i e t e n , erscheint eine r e i n l o k a l e I n t e r p r e t a t i o n h i e r k a u m m ö g l i c h . Die k o n t i n e n t a l e V e r e i s u n g N o r d a m e r i k a s e r r e i c h t e i n d e r v o r l e t z t e n Eiszeit 3 8 ° B r e i t e , diejenige E u r o p a s in M i t t e l e u r o p a 5 1 ° , i m D o n - G e b i e t 4 8 ° N ; d i e A s y m m e t r i e z u m g e o g r a p h i s c h e n N o r d p o l ist e v i d e n t . Ein h y p o t h e t i s c h e r V e r eisungspol käme etwa nach Grönland ( 7 5 ° N , 4 0 ° W ) zu liegen; auf die eventuelle Rolle e i n e r P o l w a n d e r u n g g e h e n w i r später e i n ( K a p . 3 a ) . g) I n d e n T r o p e n v e r f ü g e n w i r a u ß e r den oft z i t i e r t e n I s o t o p e n - T e m p e r a t u r m e s sungen v o n EMILIANI ( 1 9 5 5 , 1 9 5 7 , 1 9 6 1 , 1 9 6 6 ) über g l a z i o l o g i s c h e u n d p a l y n o l o g i s c h e B e funde a u s d e n H o c h l ä n d e r n ; sie b e l e g e n ü b e r e i n s t i m m e n d e i n e m e h r m a l i g e k a l t z e i t l i c h e A b k ü h l u n g um 5 — 6 ° , i m Extremfall vielleicht lokal ( i m nördlichen S ü d a m e r i k a ) u m 8 ° . L e t z t e r e r W e r t darf a b e r k a u m a l s r e p r ä s e n t a t i v a n g e s e h e n w e r d e n , d a e i n e A b k ü h l u n g der tropischen O z e a n e v o n 2 7 ° a u f 1 9 ° w o h l k a u m d i e c h a r a k t e r i s t i s c h e n K o r a l l e n a m Leben e r h a l t e n h ä t t e . H i e r b e i herrscht a b e r offenbar doch e i n e p r a k t i s c h v o l l s t ä n d i g e P a r a l l e l i t ä t m i t den t h e r m i s c h e n F l u k t u a t i o n e n der g a n z e n E r d e ( a u ß e r d e r A n t a r k t i s , die stets e i n e S o n d e r s t e l l u n g e i n n i m m t ) . I n d i e s e m F a l l k a n n d i e v o n B E R N A R D ( 1 9 6 2 ) v o r geschlagene I n t e r p r e t a t i o n d e r E r d b a h n e l e m e n t e mit ihrer sehr k u r z e n Z e i t s k a l a ( 2 1 0 0 0 a ) nicht h e r a n g e z o g e n w e r d e n , d i e auch n u r f ü r d i e j a h r e s z e i t l i c h e V e r t e i l u n g d e r tropisch ä q u a t o r i a l e n T e m p e r a t u r e n u n d R e g e n z e i t e n g i l t ; selbst i n d e r v o n E M I L I A N I a n g e n o m menen k u r z e n Z e i t s k a l a m ü ß t e n e t w a 2 0 d e r a r t i g e S c h w a n k u n g e n a u f g e t r e t e n sein. 3. G e o p h y s i k a l i s c h e

Hypothesen

I m G e g e n s a t z zu f r ü h e r e n J a h r z e h n t e n h a b e n sich in d e n l e t z t e n 1 5 J a h r e n — beson ders seit d e r kritischen A n w e n d u n g p a l ä o m a g n e t i s c h e r M e t h o d e n — so v i e l e i n sich n a h e zu w i d e r s p r u c h s f r e i e D a t e n über die V e r ä n d e r u n g des G r a d n e t z e s d e r E r d e a n g e s a m m e l t , d a ß d i e viel diskutierten Probleme d e r Verlagerung der Rotationspole u n d d e r gegen seitigen Verschiebung d e r K o n t i n e n t a l s c h o l l e n heute p r i n z i p i e l l gesichert s i n d ; d i e D i s k u s s i o n geht nur m e h r u m d i e F r a g e n n a c h d e r Zeit, G e s c h w i n d i g k e i t u n d R i c h t u n g der V e r l a g e r u n g . Für u n s e r e F r a g e s t e l l u n g k ö n n e n w i r u n s a u f d i e w i c h t i g s t e n B e f u n d e b e s c h r ä n k e n ( C o x 1 9 6 8 , R U N C O R N u. a. 1 9 6 5 ) .

Eiszeitalter u. G e g e n w a r t

H. Flohn

210

a ) D i e p a l ä o m a g n e t i s c h e n D a t e n für d i e P o l l a g e n a u s d e n verschiedenen K o n t i n e n t a l schollen sind n u r d a n n w i d e r s p r u c h s f r e i m i t e i n a n d e r z u v e r e i n b a r e n , w e n n w i r R e l a t i v b e w e g u n g e n der K o n t i n e n t e z u l a s s e n . I m A l t t e r t i ä r ( v o r 4 0 — 5 0 M a ) l a g der ( m a g n e tisch e r m i t t e l t e ) N o r d p o l nördlich d e r N o r d s i b i r i s c h e n Inseln ( C o x 1 9 6 8 ) e t w a in 78° N , 1 5 3 ° E ( A b b . 2 ) , seine W a n d e r u n g s g e s c h w i n d i g k e i t seit dieser Zeit e r g i b t sich im M i t t e l auf e t w a 3 c m / a . D a m i t s t i m m t das E r g e b n i s der seit 7 0 J a h r e n d u r c h g e f ü h r t e n a s t r o n o m i schen P o l h ö h e n - B e s t i m m u n g e n v o n 6 d e r L ä n g e nach g u t v e r t e i l t e n S t e r n w a r t e n in 39.1° N - B r e i t e e r s t a u n l i c h g u t ü b e r e i n : nach M A R K O W I T Z , A . S T O Y K O U. a- ( 1 9 6 8 ) b e t r ä g t d a s s ä k u l a r e G l i e d d e r P o l v e r l a g e r u n g — befreit v o n a l l e n k u r z p e r i o d i s c h e n S c h w a n k u n g e n — i m M i t t e l e t w a 10 c m / a ( ~ 1 ° / M a ) in der R i c h t u n g nach L a b r a d o r ( 6 5 ° W ) . D a m i t ist für d a s P l e i s t o z ä n ( u n d j ü n g s t e P l i o z ä n ) gesichert, d a ß die L a g e d e r R o t a t i o n s p o l e nicht m e h r a l s 1—3 B r e i t e n g r a d e v o n der h e u t i g e n L a g e a b w e i c h t ; in d e m Ursachen k o m p l e x der p l e i s t o z ä n e n Eiszeiten s p i e l t d a n n i r g e n d e i n e P o l v e r l a g e r u n g n u r eine unter geordnete Rolle. b) Eine z a h l e n m ä ß i g e I n t e r p r e t a t i o n d e r p a l ä o m a g n e t i s c h e n D a t e n für d i e K o n t i n e n t e s t ö ß t m a n g e l s eines v e r b i n d l i c h e n u n d zeitlich k o n s t a n t e n B e z u g s s y s t e m s a u f S c h w i e r i g k e i t e n . Inzwischen h a t sich aber a u f d e n O z e a n b ö d e n e i n e n e u e D a t e n q u e l l e ( V I N E 1966, P I T M A N 1 9 6 8 ) e r g e b e n : h i e r b i l d e n sich d i e in u n r e g e l m ä ß i g e n A b s t ä n d e n — Z e i t s k a l a 1 0 — 1 0 a — erfolgenden U m k e h r u n g e n des e r d m a g n e t i s c h e n Feldes in F o r m l a n g g e s t r e c k t e r Streifen e n t g e g e n g e s e t z t e r M a g n e t i s i e r u n g p a r a l l e l z u den g r o ß e n ozeanischen S c h w e l l e n a b . In diesen S c h w e l l e n — w i e i m z e n t r a l e n A t l a n t i k oder i m I n d i k — e x i s t i e r e n g r o ß e G r a b e n b r ü c h e m i t a u f f ä l l i g s t a r k e m Relief, in d e n e n der l o k a l u m einen F a k t o r 3 — 8 v e r g r ö ß e r t e W ä r m e s t r o m aus d e m E r d i n n e r n d i e E x i s t e n z auf w ä r t s steigender h e i ß e r M a g m e n a n z e i g t ( A b b . 3 ) . V o n diesen z e n t r a l e n G r ä b e n — nicht identisch mit d e n r a n d l i c h e n T i e f s e e g r ä b e n der O z e a n e ! — a u s e r f o l g t nach einer v o n S. D I E T Z u n d H E S S v o r g e s c h l a g e n e n „ S p r e i z u n g s t h e o r i e d e r O z e a n e " eine seitliche A u s b r e i t u n g des a u f g e q u o l l e n e n M a g m a s , d a s d i e z u r Zeit der A b k ü h l u n g u n t e r d e n C u r i e - P u n k t herrschende m a g n e t i s c h e F e l d r i c h t u n g k o n s e r v i e r t . Diese seitliche A u s b r e i t u n g erfolgt m i t G e s c h w i n d i g k e i t e n v o n 1—5 c m / a , d i e m i t t e l s r a d i o a k t i v e r IsotopenM e t h o d e n b e s t i m m t w o r d e n s i n d ; sie l ä ß t sich in e i n i g e n Gebieten — u n t e r der V o r a u s s e t z u n g k o n s t a n t e r S p r e i z r a t e n — bis i n die K r e i d e z e i t ( v o r 75 M a ) z u r ü c k v e r f o l g e n 5

Abb. 3 . Spreizung der Ozeanböden und Kontinentaldrift (nach HEEZEN und THARP).

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

211

( P I T M A N 1 9 6 8 ) . D a m i t ist d i e T h e o r i e s t a t i o n ä r e r K o n v e k t i o n s z e l l e n (RUN CORN 1 9 6 5 ) i m E r d m a n t e l — die für F r a g e n d e r G r o ß t e k t o n i k u n d G e b i r g s b i l d u n g schon öfters d i s k u t i e r t w o r d e n ist — im P r i n z i p b e s t ä t i g t ; den A u f q u e l l z o n e n in d e n O z e a n e n m i t d i v e r g i e r e n d e r S t r ö m u n g entsprechen u m g e k e h r t V e r s c h l u c k u n g s - u n d P r e s s u n g s z o n e n u n t e r d e n K o n t i n e n t e n m i t k o n v e r g i e r e n d e r S t r ö m u n g . ( D i e s e I n t e r p r e t a t i o n l i e f e r t also k e i n A r g u m e n t für die F r a g e nach einer E x p a n s i o n der E r d e o d e r für eine Ä n d e r u n g der Gravitationskonstanten). F ü r u n s e r e F r a g e s t e l l u n g ergibt sich h i e r a u s zunächst, d a ß d e r antarktische K o n t i n e n t ein Teil des riesigen p a l ä o z o i s c h e n G o n d w a n a - K o n t i n e n t s w a r , d e r aus S ü d a m e r i k a , A f r i k a , M a d a g a s k a r , d e r i n d i s c h e n D e k k a n - S c h o l l e sowie a u s A u s t r a l i e n u n d A n t a r k t i k a bestand. D i e s e r K o n t i n e n t l a g i m P e r m u n d O b e r k a r b o n e t w a z e n t r a l z u m S ü d p o l ; seine A u f s p a l t u n g u n d r a d i a l e Drift b e g a n n e t w a a n der W e n d e zwischen P e r m u n d M e s o z o i k u m , d i e B i l d u n g des S ü d a t l a n t i k s erst z u B e g i n n der K r e i d e . D i e heu tige a n t a r k t i s c h e Scholle driftete aus d e m B e r e i c h des Indischen O z e a n s nach S ü d e n ; die r e z e n t e S p r e i z g e s c h w i n d i g k e i t des O z e a n b o d e n s liefert eine rasche Drift v o n e t w a 6 c m / a ( P I T M A N 1 9 6 8 ) . N e h m e n w i r diese R a t e a l s k o n s t a n t a n , d a n n w ä r e d i e a n t a r k t i s c h e Scholle v o r e t w a 60 M a m i t i h r e r V o r d e r s e i t e ( i m ältesten T e r t i ä r ) in P o l n ä h e g e r ü c k t und h ä t t e v o r e t w a 35 M a ( i m oberen O l i g o z ä n ) den Pol selbst erreicht, w o b e i d i e oben er ö r t e r t e n P o l v e r l a g e r u n g e n v e r n a c h l ä s s i g t w u r d e n ; diese k ö n n t e n die Z e i t s k a l a u m einen F a k t o r ~ 2 beschleunigt h a b e n . c) D i e G l a z i o l o g i e a l s g e o p h y s i k a l i s c h e D i s z i p l i n b e f a ß t sich m i t d e r M e c h a n i k d e r G l e t s c h e r b e w e g u n g s o w . e mit dem M a s s e n - u n d W ä r m e h a u s h a l t der Gletscher. H i e r bei h a t sich ( H O I N K E S 1 9 6 1 ) ein f u n d a m e n t a l e r Unterschied z w i s c h e n k a l t e n Gletschern — d e r e n T e m p e r a t u r ü b e r a l l unter d e m S c h m e l z p u n k t l i e g t — u n d w a r m e n Gletschern ergeben. D i e ersteren ( T y p A n t a r k t i s ) b e w e g e n sich nur l a n g s a m a n Scherflächen, m i t g e r i n g e r B e t e i l i g u n g p l a s t i s c h e r V o r g ä n g e ; w e g e n der hohen A l b e d o ( 0 . 8 — 0 . 9 ) i h r e r O b e r fläche b l e i b t die sommerliche A b l a t i o n u n d d e r M a s s e n u m s a t z sehr gering. D e m g e g e n ü b e r läuft d i e B e w e g u n g der w a r m e n Gletscher ( T y p A l p e n ) a l s F o l g e der S c h m e l z u n g s - u n d R e g e l a t i o n s v o r g ä n g e s o w i e d e r d a n n e n t s t e h e n d e n R e i b u n g s w ä r m e im G l e t s c h e r k ö r p e r wesentlich rascher a b ; w e g e n der n i e d r i g e n A l b e d o in der S c h m e l z p e r i o d e ( 0 . 3 — 0 . 4 ) sind A b l a t i o n u n d M a s s e n u m s a t z wesentlich g r ö ß e r . D a s S t u d i u m d e r früher r ä t s e l h a f t e n r a schen Gletscherausbrüche ( S u r g e s ) in h o h e n B r e i t e n hat g e z e i g t , d a ß in e i n e m k a l t e n Glet scher durch fortschreitende A k k u m u l a t i o n n a c h Erreichen des d r u c k a b h ä n g i g e n S c h m e l z p u n k t e s p l ö t z l i c h ein Ü b e r g a n g zu e i n e m w a r m e n Gletscher e r f o l g t , w o b e i d a n n ein T e i l der Gletschermasse plastisch m i t hohen G e s c h w i n d i g k e i t e n ( 1 0 0 m p r o T a g u n d m e h r ) a u s fließen k a n n . A u s d i e s e n Befunden h a t der n e u s e e l ä n d i s c h e G e o p h y s i k e r A . T. W I L S O N ( 1 9 6 4 ) eine neue, recht a t t r a k t i v e E i s z e i t - T h e o r i e ( W I L S O N 1964, 1 9 6 6 ) e n t w i c k e l t . S i e g e h t a u s von e i n e m l a n g s a m a n w a c h s e n d e n Eisschild d e r A n t a r k t i s ( h e u t i g e M a s s e n b i l a n z sehr w a h r scheinlich m i t + 2 — 3 c m / a p o s i t i v ) : n a c h d e m d e r D r u c k s c h m e l z p u n k t a m B o d e n e i n m a l in g r o ß e n Gebieten ü b e r s c h r i t t e n ist, k o m m t es zu einer a l l s e i t i g e n raschen u n d w e i t e n A u s b r e i t u n g eines Schelfeises v o m T y p d e s Roß-Eisschelfes m i t seiner m i t t l e r e n D i c k e von 300 m . W I L S O N n i m m t e i n e d e r a r t i g e A u s b r e i t u n g bis in d i e H ö h e d e r o z e a n i s c h e n a n t arktischen K o n v e r g e n z a n , w o in einer m i t t l e r e n Breite v o n 5 5 ° S d a s k a l t e a n t a r k t i s c h e W a s s e r ( + 2 bis + 4 ° C ) u n t e r d a s e t w a 5 ° w ä r m e r e s u b p o l a r e W a s s e r a b s i n k t . In d e r T a t findet sich in diesem B e r e i c h a m M e e r e s b o d e n eisverdriftetes g l a z i o m a r i n e s M a t e r i a l mit e i n e m A l t e r v o n m e h r e r e n M a ( H A Y S & O P D Y K E 1967). A u f d i e Folgen e i n e s d e r a r t i g e n V o r s t o ß e s für den W ä r m e h a u s h a l t der E r d e gehen w i r in A b s c h n i t t 4 n ä h e r e i n . Diese T h e o r i e h a t besondere A k t u a l i t ä t e r l a n g t , seit eine T i e f b o h r u n g in der A n t a r k t i s n a h e der B y r d - S t a t i o n (80° S, 1 2 0 ° W ) a m G r u n d d e s Bohrloches in 2 1 6 4 m Tiefe u n t e r s t a r k e m 14

212

H. F l e i n

D r u c k stehendes S c h m e l z w a s s e r b e i m D r u c k s c h m e l z p u n k t v o n — 1 . 6 ° a n t r a f ( G o w 1 9 6 8 ) . D i e s e r Befund steht i m G e g e n s a t z z u G r ö n l a n d , w o d i e B o d e n t e m p e r a t u r u n t e r h a l b des D r u c k s c h m e l z p u n k t e s b l i e b ; d i e w e i t e r e Diskussion v e r s p r i c h t ä u ß e r s t interessant z u werden. d) Auch v o n o z e a n o g r a p h i s c h e r Seite h a t d a s E i s z e i t p r o b l e m neue A s p e k t e e r h a l t e n ; diese w e r f e n ein neues Licht a u f die ( u n t e r 2 f) e r ö r t e r t e n r e g i o n a l e n U n t e r schiede zwischen d e m p a z i f i s c h e n u n d d e m a t l a n t i s c h e n S e k t o r . So geht W E Y L ( 1 9 6 8 ) in seinen Ü b e r l e g u n g e n d a v o n aus, d a ß d i e M e e r e i s b i l d u n g in einem s t a b i l geschichteten O z e a n m i t einer s a l z a r m e n Oberschicht v i e l rascher — d. h. nach g e r i n g e r e m W ä r m e e n t z u g — v o r sich geht a l s i n e i n e m gut durchmischten O z e a n m i t hohem S a l z g e h a l t . H e u t e beläuft sich der S a l z g e h a l t des A t l a n t i k s a u f r u n d 37 % o gegenüber n u r 3 5 — 3 6 ° / o o i m P a z i f i k . U m nun d i e E i n l e i t u n g der r e l a t i v v i e l s t ä r k e r e n V e r e i s u n g im A t l a n t i k - S e k t o r z u e r k l ä r e n , p o s t u l i e r t W E Y L eine e n t s c h e i d e n d e S c h w ä c h u n g der t r o p i schen O s t w i n d e , d i e h e u t e einen w e s e n t l i c h e n Teil des a t m o s p h ä r i s c h e n W a s s e r d a m p f e s ü b e r M i t t e l a m e r i k a h i n w e g in den P a z i f i k v e r f r a c h t e n ; d a m i t soll sich d i e S a l z g e h a l t d i f f e r e n z A t l a n t i k — P a z i f i k u m k e h r e n u n d eine s t ä r k e r e V e r e i s u n g des N o r d a t l a n t i k v e r ursacht w e r d e n . N u n ist eine solche Z i r k u l a t i o n s a n o m a l i e z w a r a l s F o l g e der A u s b i l d u n g des n o r d a m e r i k a n i s c h e n I n l a n d e i s e s g u t v o r s t e l l b a r , a b e r nicht als dessen V o r a u s s e t z u n g (vgl. Kapitel 5 d ) . Z w e i f e l l o s s p i e l e n a b e r die h e u t e a l s g r u n d l e g e n d e r k a n n t e n W e c h s e l w i r k u n g e n z w i schen A t m o s p h ä r e u n d O z e a n auch für d a s E i s z e i t p r o b l e m eine R o l l e . In diesem R a h m e n m u ß t e im A t l a n t i k d i e g r o ß e M e n g e d e r sommerlichen S c h m e l z w a s s e r d e r b e i d e n k o n t i n e n t a l e n Eisschilde ä h n l i c h w i e h e u t e i m arktischen O z e a n z u r B i l d u n g e i n e r a u s g e d e h n t e n flachen s a l z a r m e n Oberschicht b e i t r a g e n , die den s a l z r e i c h e n w a r m e n G o l f s t r o m schon in m i t t l e r e n B r e i t e n ( v i e l l e i c h t a b 5 0 ° N ) überdeckt u n d d a m i t seine H e i z w i r k u n g für d i e europäischen W e s t k ü s t e n w e i t g e h e n d ausschaltet. M i t d e r g a n z j ä h r i g e n V e r l a g e r u n g d e r a m e r i k a n i s c h - a t l a n t i s c h e n H a u p t f r o n t a l z o n e nach 3 5 — 4 0 ° N ( a m S ü d r a n d des a m e r i k a nischen I n l a n d e i s e s ) w i r d auch d e r H a u p t s t r i c h des G o l f s t r o m e s eher südlicher a n s e t z e n a l s heute, u n d a n d e n europäischen K ü s t e n k a n n ein g r ö ß e r e r T e i l in d e n K a n a r e n s t r o m nach S a b g e l e n k t w e r d e n . W e n n d a n n d i e a t l a n t i s c h e T r e i b e i s g r e n z e e t w a bis z u einer L i n i e N e u f u n d l a n d — I r l a n d nach S v o r r ü c k t , k a n n ein T e i l dieses Treibeises auch in die B i s k a y a g e l a n g e n u n d d o r t besonders im S o m m e r die oben ( u n t e r 2 f) geschil d e r t e exzessive T e m p e r a t u r d e p r e s s i o n ( m i t s u b a r k t i s c h e n S o m m e r t e m p e r a t u r e n v o n 8 — 10° C!) hervorrufen, die wegen der großen Entfernung zum Eisrand ( a m Niederrhein b z w . Genfer S e e ) a n d e r s k a u m v e r s t ä n d l i c h s i n d . A n a l l e n P a z i f i k k ü s t e n sind d i e S c h m e l z w a s s e r z u f u h r e n g e r i n g ; d a h e r fehlt dort die s a l z a r m e Deckschicht, u n d die eiszeit liche T e m p e r a t u r d e p r e s s i o n ist ü b e r a l l g e n a u so g r o ß w i e in der Ä q u a t o r z o n e .

4. F r a g e n des S t r a h l u n g s - u n d W ä r m e h a u s h a l t e s a ) Die D i s k u s s i o n des S t r a h l u n g s - u n d W ä r m e h a u s h a l t e s für a l l e p a l ä o k l i m a t i s c h e n P r o b l e m e m u ß a u s g e h e n v o n d e r f u n d a m e n t a l e n G l e i c h u n g der „ e x t r a t e r r e s t r i s c h e n " S t r a h l u n g s b i l a n z , d. h. des S t r a h l u n g s g l e i c h g e w i c h t e s an d e r Obergrenze d e r A t m o s p h ä r e ( d u r c h den I n d e x b e z e i c h n e t ) : 0

So ( 1 — a „ ) n r

= 4m ^

4 nxH a T,;

H i e r i n bezeichnet S d i e Z u s t r a h l u n g durch die S o n n e — d i e s o g e n a n n t e „ S o l a r k o n s t a n t e " — bezogen auf e i n e z u i h r senkrechte Fläche, r den E r d r a d i u s , E = e ' a T u die t e r r e s t r i sche A u s s t r a h l u n g , a,, d i e p l a n e t a r i s c h e A l b e d o u n d k d a s ( l a n g w e l l i g e ) E m i s s i o n s v e r m ö g e n des S y s t e m s E r d e u n d A t m o s p h ä r e , o die S t e f a n - B o l t z m a n n ' s c h e K o n s t a n t e u n d Tu d i e 0

213

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

effektive S t r a h l u n g s t e m p e r a t u r (in ° K ) d e s g l e i c h e n S y s t e m s . U n t e r der — ü b l i c h e n , aber nicht g a n z berechtigten — A n n a h m e s = 1 e r g i b t sich die e f f e k t i v e T e m p e r a t u r eines schwarz strahlenden Körpers zu TR

= S (l-a )/4o 0

D i e Z a h l e n w e r t e dieses S c h w a r z s t r a h l u n g s m o d e l l s sind in A b b . 4 d a r g e s t e l l t ; a l s E i n h e i t für die S t r a h l u n g s m e n g e p r o F l ä c h e n e i n h e i t g i l t 1 L a n g l e y ( L y ) = gcal c m . F ü r die heute m e i s t a n g e n o m m e n e n W e r t e v o n S = 2 L y / m i n u n d a = 0.35 e r g i b t sich T R = 2 5 0 ° K o d e r — 2 3 ° C , e t w a entsprechend e i n e r m i t t l e r e n H ö h e d e r a t m o s p h ä r i s c h e n E m i s sionsschicht v o n r u n d 6 k m o d e r 4 5 0 m b . D i e n e u e s t e A u s w e r t u n g d e r S t r a h l u n g s m e s s u n g e n v o n S a t e l l i t e n (RASCHKE 1 9 6 8 ) liefert a n d e r e W e r t e : T = 2 5 5 ° K, a = 0 . 3 0 . Diese W e r t e stehen i m Gleichgewicht mit S ~ 1 . 9 6 L y / m i n , w a s w i e d e r u m gut zu d e n neuesten B e s t i m m u n g e n v o n S = 1-95 L y / m i n i m S t r a t o s p h ä r e n f l u g z e u g ( L A N E & D R U M M O N D 1968) p a ß t . F ü r p a l ä o k l i m a t i s c h e Z w e c k e l a s s e n sich aus A b b . 4 b e l i e b i g e W e r t e t r i p e l v o n S , T R u n d a n ä h e r u n g s w e i s e abschätzen. - 2

Abb. 4. Strahlungstemperatur des Planeten Erde in Abhängigkeit von Solarkonstante und planetarischer Albedo. b) I n g r o b e r N ä h e r u n g k a n n m a n v e r s u c h e n , die Ä n d e r u n g der für u n s w i c h t i g e r e n G r ö ß e d e r m i t t l e r e n L u f t t e m p e r a t u r in 2 m H ö h e T s a b z u s c h ä t z e n a u s dT

~TtT

dT _

D i e w i r k l i c h e B e z i e h u n g zwischen T R u n d Tg ist viel k o m p l e x e r ; R e c h n u n g e n m i t dem S t r a h l u n g s m o d e l l von M A N A B E ( 1 9 6 4 , 1 9 6 7 ) l i e f e r n w e s e n t l i c h realistischere W e r t e für T s als F u n k t i o n v o n S u n d der A l b e d o d e r Erdoberfläche a ( A b b . 5 ) . Für e i n e Ä n d e r u n g der S o l a r k o n s t a n t e S u m 1 °/o ergibt sich in d e m Bereich n a h e 2 L y / m i n bei d e m S c h w a r z 0

214

H . Flohn

180

200

220

VERTIKALE

240 260 280

300 320

180

200

VERTEILUNG DER GLEICHGEWICHTSTEMPERATUR

SOLARKONSTANTE

S [LY/MIN]

220 240

260 280

FÜR VERSCHIEDENE

300 320

WERTE DER

ERDBODENALBEDO ex.

UND

Abb. 5. Temperaturschichtung in Abhängigkeit von Solarkonstante und Oberflächenalbedo (nach MANABE)

S t r a h l u n g s m o d e l l e i n e gleichsinnige Ä n d e r u n g v o n T R u m 0 . 6 7 ° C , d a g e g e n nach M A N A B E ( 1 9 6 7 ) (bei k o n s t a n t e r r e l a t i v e r F e u c h t e ) eine Ä n d e r u n g v o n T s u m 1 . 3 0 ° C . Eine g l o b a l e A b k ü h l u n g d T i n d e n K a l t z e i t e n u m 5 ° C ist a l s o ( b e i a = const.) ä q u i v a l e n t e i n e m Absinken von S v o n 1 . 9 5 auf 1 . 8 7 . s

Diese A b l e i t u n g ist aber n u r v o n h y p o t h e t i s c h e m Interesse, denn m i t d e r B i l d u n g d e r k o n t i n e n t a l e n E i s f e l d e r ä n d e r t sich auch d i e m i t t l e r e A l b e d o a u n d a ; diesen schon s

v o n W U N D T ( 1 9 3 8 , 1 9 3 9 , 1 9 4 4 ) b e t o n t e n Effekt h a t M I L A N K O V I T C H ( 1 9 3 0 , 1 9 3 8 ) in s e i n e n

n e u e r e n R e c h n u n g e n ( 1 9 3 8 ) berücksichtigt. N e h m e n w i r i n einer K a l t z e i t eine Z u n a h m e der Schneefläche a u f d e n K o n t i n e n t e n u m 3 0 . 1 0 k m a n ( m i t a = 0 . 7 0 ) , eine Z u n a h m e der Treibeisfläche u m ebenfalls 3 0 • 1 0 k m (mit a = 0 . 4 0 ) , d a n n e r g i b t sich eine Z u n a h m e 6

des heutigen

Wertes a

0 . 1 0 3 (Land

~0.18,

See~0.075)

auf

0.156.

Nach

MANABE

( 1 9 6 7 ) entspricht e i n e r Z u n a h m e v o n a u m 0 . 0 1 ( w i e d e r bei k o n s t a n t e r r e l a t i v e r Feuchte) e i n e A b n a h m e v o n T u m 1 . 2 ° C ; f ü r obige Ä n d e r u n g v o n a e r g i b t sich also eine A b k ü h l u n g u m 6 . 4 ° . D i e beobachtete A b n a h m e der O b e r f l ä c h e n t e m p e r a t u r steht also i m B i l a n z Gleichgewicht m i t e i n e r realistischen A b s c h ä t z u n g d e r A l b e d o - Ä n d e r u n g a l s Folge d e r V e r e i s u n g ; d e r beobachtete s t a t i o n ä r e Z u s t a n d w ä h r e n d einer K a l t z e i t ist also auch b e i v ö l l i g e r K o n s t a n z v o n S möglich. s

Gehen w i r v o n d e r u n t e r 3 c ) e r w ä h n t e n H y p o t h e s e v o n W I L S O N ( 1 9 6 4 , 1 9 6 6 ) a u s , so l i e f e r t e ein A u s b r u c h d e s A n t a r k t i k - E i s e s a l s Schelfeis b i s zu einer m i t t l e r e n Breite v o n 5 5 ° S eine V e r g r ö ß e r u n g d e r Eisfläche v o n r u n d 1 5 a u f 4 6 ' 1 0 k m , w o b e i w i r d e r E i n fachheit h a l b e r d i e Fläche des a n t a r k t i s c h e n T r e i b e i s e s w ä h r e n d d e s Ausbruches a l s k o n s t a n t a n n e h m e n . D a m i t wächst für 3 1 • 1 0 k m a. v o n 0 . 0 7 5 a u f 0 . 8 0 ; d i e m i t t l e r e A l b e d o a d e r Erdoberfläche e r g i b t sich d a n n für die S ü d h a l b k u g e l zu e t w a 0 . 2 0 , w a s einem T e m p e r a t u r r ü c k g a n g u m 1 2 ° entspricht. W I L S O N ' S H y p o t h e s e reicht also i n d e r T a t aus, e i n e g l o b a l e A b k ü h l u n g d e r M i t t e l t e m p e r a t u r der T r o p o s p h ä r e u m 5 — 6 ° z u erzielen, d i e sich (bei einer m i t t l e r e n V e r w e i l z e i t d e r Luft in einer H e m i s p h ä r e v o n 1 — 2 a ) in r e l a t i v s e h r k u r z e r Zeit nicht n u r über d i e S ü d h a l b k u g e l , s o n d e r n durch die B a r r i e r e schwächeren A u s tauschs in d e r T r o p e n z o n e h i n w e g a u c h ( a b g e s c h w ä c h t ) ü b e r die N o r d h a l b k u g e l a u s b r e i t e n müßte. 6

215

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

D a s S t r a h l u n g s m o d e l l v o n M A N A B E ( 1 9 6 4 , 1 9 6 7 ) liefert T a u c h für a l l e m ö g l i c h e n V a r i a t i o n e n des A n t e i l s der a b s o r b i e r e n d e n G a s e H 2 O , CO2 u n d O 3 ; v o n diesen d ü r f e n w i r C O a u n d O 3 w ä h r e n d des P l e i s t o z ä n s a l s n a h e z u konstant b e t r a c h t e n . A u f d i e R o l l e des W a s s e r d a m p f e s k o m m e n w i r noch ( u n t e r 4 d ) zurück. s

c) D i e m e h r f a c h e p l e i s t o z ä n e A b k ü h l u n g d e r O b e r f l ä c h e n t e m p e r a t u r der t r o p i s c h e n O z e a n e — deren Belege a l l e r d i n g s bisher ausschließlich v o m A t l a n t i k s t a m m e n — w i r d vielfach a l s B e l e g für eine p r i m ä r e Ä n d e r u n g v o n S i n t e r p r e t i e r t . Doch h a t b e r e i t s W U N D T ( 1 9 3 8 , 1 9 3 9 , 1944) d i e M ö g l i c h k e i t einer s e k u n d ä r e n , a d v e k t i v v o n den v e r e i s t e n N o r d k o n t i n e n t e n her i n d u z i e r t e n A b k ü h l u n g h e r v o r g e h o b e n . E i n solcher S e k u n d ä r e f f e k t erscheint z u n ä c h s t als w e n i g w a h r s c h e i n l i c h , d a d i e M i t t e l t e m p e r a t u r der tropischen Meeresfläche m i t 2 7 — 2 8 ° C h e u t e — bei einer V e r e i s u n g von i n s g e s a m t 42 ' 1 0 k m ( L a n d 16, M e e r 2 6 ) oder 8 % d e r Erdoberfläche — , i m ä l t e r e n T e r t i ä r (0°/o) u n d in d e n p l e i s t o z ä n e n W a r m z e i t e n n a h e z u d i e s e l b e w a r , w ä h r e n d sie in den p l e i s t o z ä n e n K a l t z e i t e n ( V e r e i s u n g L a n d 4 9 , M e e r m i n d e s t e n s 33, i n s g e s a m t 82 ' 1 0 k m o d e r 16°/o) j e w e i l s a u f 2 1 — 2 2 ° a b s a n k . 0

Diese q u a l i t a t i v e B e t r a c h t u n g m u ß j e d o c h durch eine z a h l e n m ä ß i g e Ab schätzung der W ä r m e h a u s h a l t s g r ö ß e n der tropischen O z e a n e ü b e r p r ü f t w e r d e n . D a h e u t e — nach B U D Y K O ( 1 9 6 3 ) u n d S E L L E R S ( 1 9 6 5 ) — in N ä h e des Ä q u a t o r s der m e r i d i o n a l e W ä r m e t r a n s p o r t W T durch L u f t u n d O z e a n v e r s c h w i n d e t , b e s c h r ä n k e n w i r uns a u f d i e Zone 0 — 2 0 ° N , m i t e i n e m L a n d a n t e i l von 22 °/o u n d einer O z e a n f l ä c h e v o n r u n d 7 0 • 1 0 k m = 7 ' 1 0 c m . Die G l e i c h u n g für den W ä r m e h a u s h a l t des O z e a n s k ö n n e n w i r schreiben 6

1 7

= U

+ U

+ div W

A W

H i e r b e i b e d e u t e n Q M die S t r a h l u n g s b i l a n z ( n e t r a d i a t i o n ) a n d e r Meeresoberfläche, Ur. bzw. U\- die vertikalen (turbulenten) U m s ä t z e fühlbarer bzw. latenter W ä r m e ( V e r d u n stung) zwischen Meer und Atmosphäre, div W T die Divergenz des W ä r m e t r a n s p o r t e s im M e e r ( W T M ) u n d A W J J die W ä r m e s p e i c h e r u n g i m M e e r . Die sehr k l e i n e W ä r m e s p e i c h e r u n g in der A t m o s p h ä r e k a n n v e r n a c h l ä s s i g t w e r d e n , ebenso v e r n a c h l ä s s i g e n w i r die D i v e r g e n z des W ä r m e t r a n s p o r t e s in d e r Luft ( W T L , siehe u n t e n ) . In unserer B e t r a c h t u n g w i r d d a v o n abgesehen, d i v W T noch z u u n t e r t e i l e n ; d e r h e u t i g e Unterschied m a g als r e p r ä s e n t a t i v gelten. D i e h e u t i g e n W e r t e für d i e s e Zone ( B U D Y K O 1 9 6 3 , SELLERS 1 9 6 5 ) sind (in L a n g l e y p r o T a g ) Q M = 3 2 0 , U = 14, U = 276 L y / d ; T a b e l l e 1 gibt diese W e r t e nach U m r e c h n u n g auf das J a h r u n d die Fläche 7 ' 1 0 c m . W e n n w i r K l i m a s c h w a n k u n g e n v e r n a c h l ä s s i g e n u n d A W J I = 0 setzen, d a n n b l e i b t heute für d i e W ä r m e t r a n s p o r t e ü b e r 20° N nach N noch 1.55 ' 10— c a l / a oder 1 9 ° / o v o n Q M ü b r i g ; d a v o n t r a n s p o r t i e r e n W T M L 2 u n d W T L 0.35 ' 1 0 c a l / a . Diese B e t r a c h t u n g bezieht sich n u r auf den M e e r e s a n t e i l ; der T r a n s p o r t f ü h l b a r e r W ä r m e über L a n d ( W T L ) — der m i t e t w a 1,7' 1 0 c a l / a wesentlich g r ö ß e r ist als der ü b e r d e m Meer — w i r d a l s k o n s t a n t a n g e s e t z t . Unsere V o r a u s s e t z u n g A W M = 0 ist b e r e c h t i g t : die rezente K l i m a s c h w a n k u n g l i e f e r t e in der e r s t e n H ä l f t e des 2 0 . J a h r h u n d e r t s e i n e E r w ä r m u n g des O z e a n w a s s e r s u m 0 . 0 1 ° C / a . N e h m e n w i r eine S p e i c h e r u n g n u r i n n e r h a l b der e t w a 100 m mächtigen w a r m e n Oberschicht ( T r o p o s p h ä r e ) des O z e a n s ( o b e r h a l b d e r T h e r m o k l i n e ) a n , so v e r b r a u c h t d i e s e 7 ' 1 0 c a l / a o d e r w e n i g e r a l s 1 °/oo v o n Q M - D i e p o s t g l a z i a l e n u n d p l e i s t o z ä n e n T e m p e r a t u r ä n d e r u n g e n v o n 6° in e i n e r Zeit s p a n n e v o n 1 0 — 1 0 * a s i n d v o n gleicher G r ö ß e n o r d n u n g ; die m ö g l i c h e n Ä n d e r u n g e n der W ä r m e h a u s h a l t s g r ö ß e n s i n d v i e l zu g r o ß , u m a u s ihnen auch n u r d a s V o r z e i c h e n e i n e r K l i m a ä n d e r u n g abschätzen z u k ö n n e n . W i r b e t r a c h t e n mehrere M o d e l l f ä l l e : L

1 7

2 2

1 9

216

H. Flohn

Tabelle 1 W ä r m e h a u s h a 11 s g r ö ß e n

div W

für den

t r o p i s c h e n O z e a n (0—20° N) Änderung en gegenüber heute (in Vo) U div. W T M Uv QM

heute Fall Fall Fall Fall Fall Fall Fall

a b c d e f g

6.3

(in 10-'-' c a l / a ) 0.35 1.55

8.2

5.67 5.04 5.04 5.04 5.04 4.41 4.41

0.32 0.28 0.70 0.70 0.42 0.70 0.25

7.85 7.64 8.06 8.2 8.2 8.2 8.45

1.86 2.32 2.32 2.46 2.74 3.09 3.79

— 10 —20 —20 —20 —20 —30 —30

—10 —20 4-100 + 100 + 20 + 100 —30

+ 20 + 50 + 50 + 59 + 77 +99 + 144

—4 —7 —2 0 C 0 + 3

Bei den F ä l l e n a, b u n d g setzen w i r das B o w e n - V e r h ä l t n i s U L / U \ - = const.; d i e s i s t a l l e r d i n g s für d i e eiszeitlichen K a l t z e i t e n w o h l k a u m zutreffend, d a bei einer Z u n a h m e der a d v e k t i v e n T r a n s p o r t e d i v W T L n o t w e n d i g d i e d i r e k t e H e i z u n g d e r A t m o s p h ä r e v o n der Meeresoberfläche her (Ur.) auch wachsen m u ß . Bei F a l l c n i m m t z w a r Uy um 2 0 % a b , a b e r U L auf d a s D o p p e l t e z u ; d i e r e s u l t i e r e n d e Ä n d e r u n g v o n Q M l i e g t nur bei — 2 ° / o . G e h e n w i r j e t z t v o n der A n n a h m e Q M = const, a u s ( F ä l l e d bis f ) , d a n n erkennen w i r , d a ß eine sehr k r ä f t i g e E r h ö h u n g v o n U L u n d d i v W T M hei k o n s t a n t e r S t r a h l u n g s b i l a n z auch a l l e i n durch e i n e r e l a t i v g e r i n g e V e r r i n g e r u n g d e r ozeanischen V e r d u n s t u n g U\- ( u m 2 0 — 3 0 % ) g e l i e f e r t w e r d e n k a n n ( h i e r z u K a p . 4 d ) . D a das B o w e n - V e r h ä l t n i s U L

" Ü V

3T/3 z

C„ =

l "

3 /3z q

( c = spezifische W ä r m e der Luft bei k o n s t a n t e m D r u c k , L = K o n d e n s a t i o n s w ä r m e ) n u r v o n den v e r t i k a l e n G r a d i e n t e n d e r T e m p e r a t u r T u n d der spezifischen Feuchte q in d e r untersten A t m o s p h ä r e n s c h i c h t a b h ä n g t , sind r e l a t i v k l e i n e , a d v e k t i v b e d i n g t e Ä n d e r u n gen dieser G r a d i e n t e n v o n a u s s c h l a g g e b e n d e r B e d e u t u n g für den W ä r m e h a u s h a l t . p

A n d e r e r s e i t s b e d e u t e t unsere A n n a h m e S = const, nicht n o t w e n d i g auch eine K o n s t a n z v o n Q M . D i e G l e i c h u n g der S t r a h l u n g s b i l a n z a n d e r Meeresoberfläche lautet 0

(S + H )

( l - a

) - ( E - G )

H i e r i n b e d e u t e n S + H die e i n k o m m e n d e G l o b a l s t r a h l u n g als S u m m e der d i r e k t e n S o n n e n s t r a h l u n g S u n d der H i m m e l s s t r a h l u n g H , w ä h r e n d die l a n g w e l l i g e n K o m p o n e n t e n E d i e A u s s t r a h l u n g der Meeresoberfläche (E = o T ) u n d G die a t m o s p h ä r i s c h e G e g e n s t r a h l u n g ( a b h ä n g i g in erster L i n i e v o m W a s s e r d a m p f g e h a l t der u n t e r e n Schichten) d a r stellen. D a E u n d G u n t e r k a l t z e i t l i c h e n K l i m a b e d i n g u n g e n b e i d e in der b e t r a c h t e t e n Z o n e a b n e h m e n müssen, l ä ß t sich d i e Ä n d e r u n g d e r „ e f f e k t i v e n " A u s s t r a h l u n g E—G n u r m i t empirischen F o r m e l n a b s c h ä t z e n . Bei einer T e m p e r a t u r a b n a h m e v o n 27° auf 2 1 ° u n d e i n e r k o n s t a n t e n r e l . Feuchte v o n 7 8 ° / o geht E—G nach einem v o n G E I G E R g e g e b e n e n D i a g r a m m v o n 44 a u f 41 k L y / a zurück, d. h. Q M n i m m t e n t s p r e c h e n d von 1 1 7 a u f 120 k L y / a ( u m e t w a 3 % ) zu, w e n n S + H k o n s t a n t b l e i b t . 4

D i e im F a l l e a n g e n o m m e n e V e r d o p p e l u n g v o n d i v W T M reicht für die in einer K a l t z e i t z u e r w a r t e n d e n a d v e k t i v e n W ä r m e v e r l u s t e h i n , d i e — nach d e r in K a p . 2 f e r ö r t e r ten e x t r e m h o h e n A b k ü h l u n g in d e r B i s k a y a — i m K a n a r e n s t r o m ( K a p . 3 d) ihr M a x i m u m erreichen. N e h m e n w i r für d a s Beispiel des tropisch-subtropischen A t l a n t i k s w i e d e r u m a n , d a ß der W ä r m e a u s t a u s c h zwischen o z e a n i s c h e r T r o p o s p h ä r e u n d S t r a t o s p h ä r e durch die T h e r m o k l i n e v e r n a c h l ä s s i g b a r k l e i n ist u n d d a ß die m i t t l e r e z o n a l e G e s c h w i n -

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

217

d i g k e i t des N o r d - Ä q u a t o r i a l s t r o m s 5 S e e m e i l e n / 2 4 h = 1 0 7 c m / s b e t r ä g t , so ist d i e m i t t l e r e V e r w e i l z e i t d e r W a s s e r m a s s e n in 1 0 — 2 0 ° B r e i t e zwischen W e s t a f r i k a u n d d e m K a r i bischen M e e r e t w a 2 J a h r e . I n dieser Zeit e r h ä l t eine 100 m m ä c h t i g e W a s s e r s ä u l e v o n 1 c m Q u e r s c h n i t t ( = 1 0 g) i n s g e s a m t — w e n n d e r A n t e i l v o n d i v W T M an Q M v o n 0 . 1 9 sich v e r d o p p e l t — 2 • 0.38 1 2 0 = 91 k c a l ; d a s reicht aus, u m d i e s e W a s s e r s ä u l e u m 9.1° z u e r w ä r m e n . D a m i t k a n n a l s o eine m i t t l e r e T e m p e r a t u r d i f f e r e n z v o n 9° z w i s c h e n d e m s ü d w ä r t s s e t z e n d e n K a n a r e n s t r o m ( v g l . K a p . 3 d ) u n d dem n o r d w ä r t s s e t z e n d e n Golf s t r o m s t a t i o n ä r aufrecht e r h a l t e n w e r d e n , w a s e t w a den k a l t z e i t l i c h e n V e r h ä l t n i s s e n e n t sprechen dürfte. Der heutige z o n a l e T e m p e r a t u r u n t e r s c h i e d d e r b e i d e n S t r o m s y s t e m e b e t r ä g t nur 3 — 6 ° C , w a s mit d e m W e r t für d i v W T M = 0.19 Q M g u t ü b e r e i n s t i m m t . 2

Aus diesen Rechnungen e r g i b t sich eine W ä r m e b i l a n z der tropischen O z e a n o b e r f l ä c h e , die schon bei g e r i n g e n Ä n d e r u n g e n der a d v e k t i v beeinflußten G r a d i e n t e n 3 T / 3 z u n d 3 q / 3 z g r o ß e Ä n d e r u n g e n in d e m g e g e n s e i t i g e n V e r h ä l t n i s i h r e r e i n z e l n e n T e r m e z u l ä ß t , auch unter d e r V o r a u s s e t z u n g k o n s t a n t e r Z u s t r a h l u n g . A u s d e m V o r z e i c h e n d e r Ä n d e r u n g d e r W a s s e r t e m p e r a t u r — die stets nur als k l e i n e Differenz viel g r ö ß e r e r W e r t e r e s u l t i e r t — l ä ß t sich k e i n e Aussage ü b e r die w i r k s a m e n V o r g ä n g e m a c h e n ; eine Z u n a h m e v o n div W T M , d. h. des a d v e k t i v e n W ä r m e e n t z u g e s durch Luft- u n d M e e r e s s t r ö m u n g e n , u m 7 5 — 1 0 0 % ( F ä l l e e und f) k a n n schon d u r c h eine A b n a h m e d e r V e r d u n s t u n g u m 20—30°/o kompensiert werden (vgl. Kap. 4 d ) . d) Eine v o n den b i s h e r i g e n B e t r a c h t u n g e n g r u n d s ä t z l i c h v e r s c h i e d e n e D i s k u s s i o n d e r k a l t z e i t l i c h e n W a s s e r b i l a n z geht z w e c k m ä ß i g aus ( F L O H N 1 9 5 3 ) von d e r D a l t o n ' schen G l e i c h u n g der V e r d u n s t u n g V, in d e r d i e s e lediglich a l s a d v e k t i v e r P r o z e ß ( d . h. unabhängig von QM) behandelt w i r d : V = k u ( e * — e) s

H i e r i n ist k e i n e K o n s t a n t e , u die W i n d g e s c h w i n d i g k e i t , e '„ d e r a l l e i n v o n d e r O b e r flächentemperatur T des W a s s e r a b h ä n g i g e S ä t t i g u n g s - D a m p f d r u c k an der W a s s e r o b e r fläche u n d e d e r a k t u e l l e D a m p f d r u c k der Luft. In u n m i t t e l b a r e r N ä h e des Ä q u a t o r s — e t w a für d i e Z o n e <p — 0 — 5 ° — ist die W i n d g e s c h w i n d i g k e i t u w e g e n des V e r s c h w i n d e n s des h o r i z o n t a l e n C o r i o l i s p a r a m e t e r s f = 2 Q sin q> (Q = W i n k e l g e s c h w i n d i g k e i t d e r E r d r o t a t i o n , tp = Breite) a m Ä q u a t o r selbst stets schwach: a l l e entstehenden D r u c k u n t e r schiede w e r d e n binnen w e n i g e n S t u n d e n a u s g e g l i c h e n . D a diese V e r h ä l t n i s s e auch in a l l e n geologischen V o r z e i t e n a n z u n e h m e n sind, d a r f m a n u = const, a l s z e i t u n a b h ä n g i g a n nehmen. N e h m e n w i r n u n m e h r — ü b r i g e n s ebenso w i e M A N A B E 1967 — K o n s t a n z der r e l a t i v e n Feuchte R F = e / e a n (heute R F ü b e r d e m offenen O z e a n = 78°/o), d a n n e r g i b t sich f o l g e n d e r Vergleich (e u n d e% in mm H g ) s

Tabelle 2 Wassertemperatur (T ) u n d Sättigungsdefizit in der Z o n e 0 — 5 ° B r e i t e Ts e 's e/e' s e s

heute Kaltzeit

27° C 21° C

26.7 mm 18.6 mm

0.78 0.78

20.8 mm 14.5 mm :

(e* -e) s

e*»-e 5.9 mm 4.1mm

T r o t z k o n s t a n t e r r e l a t i v e r Feuchte ist d a s S ä t t i g u n g s d e f i z i t e' ' — e in einer K a l t z e i t u n d d a m i t auch d i e V e r d u n s t u n g u m 1.8 mm o d e r 30°/o g e r i n g e r a l s h e u t e (oder in e i n e r a n deren W a r m z e i t ) . Das s t i m m t a l s o mit der A n n a h m e der F ä l l e f u n d g ( K a p . 4 c) ü b e r e i n . A n d e r e r s e i t s erscheint eine erhebliche Ä n d e r u n g des B o w e n - V e r h ä l t n i s s e s \J\J\J\ nicht v e r t r ä g l i c h m i t unserer A n n a h m e R F = c o n s t . A u s diesem G r u n d w u r d e in T a b e l l e 1 noch der F a l l g a u f g e n o m m e n , d e r das B o w e n - V e r h ä l t n i s k o n s t a n t l ä ß t ; d a ein nicht v e r n a c h l ä s s i g b a r e r Teil der a d v e k t i v e n T r a n s p o r t e auch auf die A t m o s p h ä r e e n t f ä l l t , ist diese A n n a h m e w o h l k a u m streng g ü l t i g , aber b e i d e r r e l a t i v e n K l e i n h e i t v o n U L o h n e B e d e u tung, u n d F a l l g m a g eine O b e r g r e n z e für d i v W T M e n t h a l t e n . s

218

H. Flohn

D a heute in a l l e n k a l t e n W i n t e r n d a s A z o r e n h o c h u n d d a m i t d i e a t l a n t i s c h e P a s s a t z i r k u l a t i o n g e s c h w ä c h t ist, k ö n n e n w i r für d i e K a l t z e i t e n m i t S i c h e r h e i t a n n e h m e n ,

daß

die m i t t l e r e W i n d g e s c h w i n d i g k e i t u in der g e s a m t e n T r o p e n z o n e — s a g e n w i r bis m a x i m a l q> = 3 0 ° N — nicht h ö h e r g e w e s e n sein k a n n a l s h e u t e . D a n n e r g i b t sich für d i e t r o 2

pisch-subtropische M e e r e s v e r d u n s t u n g , die heute i m G ü r t e l 30° N — 3 0 ° S m e h r a l s / 3 der Gesamt-Verdunstung

V d e r E r d e liefert, eine A b n a h m e u m m i n d e s t e n s 2 0 — 3 0 ° / o i n

den K a l t z e i t e n , d i e ( w e g e n V = globalen

N ) v o n einer e n t s p r e c h e n d e n

N i e d e r s c h l a g s m e n g e

V e r m i n d e r u n g

der

b e g l e i t e t g e w e s e n sein m u ß . Für eine h o c h

g l a z i a l e ( u n d s p ä t g l a z i a l e ) T r o c k e n p e r i o d e gibt es so z a h l r e i c h e B e l e g e — so b e s o n d e r s (FRENZEL 1 9 6 7 ) — , d a ß unsere A b s c h ä t z u n g j e d e n f a l l s d e m V o r z e i c h e n nach richtig sein m u ß . N u r in g a n z w e n i g e n G e b i e t e n , w o die V e r l a g e r u n g der Z y k l o n e n - Z u g b a h n e n

die

A b n a h m e des W a s s e r d a m p f g e h a l t e s d e r A t m o s p h ä r e

Ge-

überkompensierte

— etwa im

b i r g s s t a u in d e m T e i l des M i t t e l m e e r g e b i e t e s , w o d i e h e u t i g e n W i n t e r r e g e n zu einer g a n z jährigen Regenperiode ausgeweitet wurden

—

waren

die kaltzeitlichen

Niederschläge

h ö h e r a l s d i e h e u t i g e n . Diese k a l t z e i t l i c h e A r i d i t ä t b e l e g t also auch d i e R e a l i t ä t d e r z u nächst v i e l l e i c h t ü b e r r a s c h e n d e n A n n a h m e n u n s e r e r M o d e l l f ä l l e f u n d g. Eine w e i t e r e U r sache der g l o b a l e n A b n a h m e v o n V u n d N in d e n K a l t z e i t e n liegt in d e m T r o c k e n f a l l e n w e i t e r Schelfflächen, besonders i m S u n d a a r c h i p e l , a b e r auch in a n d e r e n R a n d m e e r e n , w i e Beringmeer und Nordsee, während Hudsonbay

u n d Ostsee a l s Eisflächen gleichfalls

noch sehr g e r i n g e V e r d u n s t u n g l i e f e r t e n . D a s w i r d w o h l k a u m g a n z k o m p e n s i e r t

nur

durch

d a s W a c h s t u m d e r Endseen in d e n T r o c k e n g e b i e t e n , w i e K a s p i , T s c h a d u n d L a k e B o n n e v i l l e ( U t a h ) . I n s g e s a m t g i n g der M e e r e s a n t e i l a n d e r Erdoberfläche 68%

v o n 71 °/o a u f e t w a

zurück, w a s z u einem z u s ä t z l i c h e n A b s i n k e n v o n V u m 3—4°/o führen

müßte.

e) Bereits bei f r ü h e r e n G e l e g e n h e i t e n ( F L O H N 1 9 6 7 ) w u r d e d a r a u f h i n g e w i e s e n , d a ß die bemerkenswerte rezente tion

A s y m m e t r i e

der

a t m o s p h ä r i s c h e n

Z i r k u l a

in B e z u g a u f den Ä q u a t o r a l s F o l g e d e r g a n z verschiedenen W ä r m e h a u s h a l t e d e r

d ü n n e n a r k t i s c h e n M e e r e i s d e c k e e i n e r s e i t s , des a n t a r k t i s c h e n F e s t l a n d e i s e s a n d e r e r s e i t s z u v e r s t e h e n ist. D i e s e r thermische G e g e n s a t z A r k t i s - A n t a r k t i s v e r s c h w i n d e t im N o r d w i n t e r (Dezember—Januar)

nahezu vollständig; dann

fällt der meteorologische Ä q u a t o r

mit

d e m g e o g r a p h i s c h e n Ä q u a t o r auch a u f den O z e a n e n z u s a m m e n . Er e r r e i c h t im G e g e n s a t z h i e r z u eine n ö r d l i c h s t e G r e n z l a g e

im Juli, w o

das troposphärische

Temperaturgefälle

Ä q u a t o r — P o l a u f d e r N o r d h e m i s p h ä r e 17°, a u f d e r S ü d h a l b k u g e l 4 4 ° b e t r ä g t ; im J a h r e s m i t t e l ist d i e a n t a r k t i s c h e T r o p o s p h ä r e 11 — 1 2 ° k ä l t e r a l s d i e a r k t i s c h e . S e t z e n w i r d i e WiLSON'sche I n s t a b i l i t ä t s - T h e o r i e d e s a n t a r k t i s c h e n Eises ( W I L S O N 1 9 6 4 , 1966)

a l s richtig v o r a u s , d a n n e r g i b t sich die F r a g e nach ihren K o n s e q u e n z e n für W ä r m e

h a u s h a l t u n d Z i r k u l a t i o n . N a c h d e n oben m i t g e t e i l t e n A b s c h ä t z u n g e n

e r g i b t sich e i n e

m i t t l e r e A b k ü h l u n g d e r S ü d h a l b k u g e l u m 12°, d i e sich n a t ü r l i c h a d v e k t i v auch über d e n Ä q u a t o r h i n a u s a u s b r e i t e n m ü ß t e . A u f j e d e n F a l l v e r g r ö ß e r t ein Schelfeisausbruch A n t a r k t i s zunächst einmal das Kaltluftproduktionsgebiet

der

u n d verschärft d a m i t d a s m e r i -

d i o n a l e T e m p e r a t u r g e f ä l l e der S ü d h e m i s p h ä r e , so d a ß d e r G e g e n s a t z z u r

Nordhalbkugel

noch v e r g r ö ß e r t w i r d . Im H ö h e p u n k t einer K a l t z e i t h i n g e g e n v e r g r ö ß e r t sich — j e d e n f a l l s im a t l a n t i s c h e n S e k t o r 100° W — 4 0 ° E — d a s m e r i d i o n a l e T e m p e r a t u r g e f ä l l e

auf

d e r N o r d h a l b k u g e l (südlich v o n 5 0 ° N ) ; hierdurch w i r d eine A b s c h w ä c h u n g des h e m i s p h ä rischen G e g e n s a t z e s u n d der ä q u a t o r i a l e n A s y m m e t r i e h e r v o r g e r u f e n , o b w o h l die p r i m ä r e n B e d i n g u n g e n des W ä r m e h a u s h a l t e s für den a n t a r k t i s c h e n K o n t i n e n t sich nicht ä n d e r n . A u f q u a n t i t a t i v e A b s c h ä t z u n g e n m u ß hier v e r z i c h t e t w e r d e n . D i e F r a g e n a c h d e r R o l l e eines offenen, seit d e r V e r ö f f e n t l i c h u n g 1968)

eisfreien

arktischen

Ozeans

hat

der E i s z e i t - T h e o r i e v o n E W I N G u n d D O N N ( 1 9 5 6 , 1958, 1 9 6 6 ,

eine e r h e b l i c h e R o l l e in d e r D i s k u s s i o n g e s p i e l t . F ü r den z e n t r a l e n Teil des a r k t i

schen O z e a n s ist e i n eisfreies S t a d i u m in den l e t z t e n 2 5 0 0 0 a, d. h. selbst in der p o s t g l a -

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

219

z i a l e n W ä r m e z e i t ausgeschlossen ( K u & B R O E C K E R 1 9 6 7 ) . O b w o h l w i r für ä l t e r e W a r m zeiten ü b e r k e i n e d i r e k t e n B o d e n p r o b e n v e r f ü g e n , lassen doch d i e p a l y n o l o g i s c h e n B e funde für A l a s k a / K a n a d a u n d S i b i r i e n z u r ( v o r l e t z t e n ) E e m - W a r m z e i t (FRENZEL 1 9 6 7 ) eine a l l g e m e i n e E r w ä r m u n g u m 3—6° g e g e n ü b e r heute e r k e n n e n , v e r b u n d e n m i t e i n e m s t a r k e n R ü c k g a n g des P e r m a f r o s t e s (um ü b e r 6 0 0 k m ) und e i n e m V o r s t o ß der W a l d g r e n z e ( u m bis 3 0 0 k m ) nach N o r d e n . Diese B e f u n d e sprechen für e i n e erhebliche V e r r i n g e r u n g der a r k t i s c h e n Treibeisfläche, sicher s t ä r k e r a l s in der p o s t g l a z i a l e n W ä r m e z e i t ; doch ist ein S c h l u ß a u f ein v ö l l i g e s V e r s c h w i n d e n d e s Treibeises bisher noch nicht e r l a u b t . D i e k l i m a t i s c h e n K o n s e q u e n z e n eines offenen a r k t i s c h e n O z e a n s — E r h ö h u n g d e r S c h n e e m e n g e im K ü s t e n g e b i e t u m e i n e n F a k t o r 2 — 4 ( v g l . heute L a b r a d o r o d e r K a m t s c h a t k a ) — sind jedoch m . E . mit der k a l t z e i t l i c h e n A n o r d n u n g der V e r e i s u n g s g e b i e t e ( K a p . 2 f) nicht v e r t r ä g l i c h . Eine der w e i t e r e n K o n s e q u e n z e n w ä r e , d a ß bei g l e i c h z e i t i g e r A u f r e c h t e r h a l t u n g des a n t a r k t i s c h e n F e s t l a n d e i s e s der G e g e n s a t z der b e i d e n H e m i s p h ä r e n u n d die ä q u a t o r i a l e A s y m m e t r i e noch g r ö ß e r sein m ü ß t e a l s heute. D i e E r w ä r m u n g der a r k t i s c h e n T r o p o s p h ä r e über einem eisfreien O z e a n g e g e n ü b e r den h e u t i g e n V e r h ä l t n i s s e n h a t R A K I P O W A ( 1 9 6 6 ) auf + 3° i m S o m m e r , + 1 5 ° i m W i n t e r g e s c h ä t z t ; auf m e h r e m p i r i s c h e r G r u n d l a g e e r g i b t sich für d e n W i n t e r n u r + 8 — 1 0 ° . D a m i t w ü r d e sich die g a n z j ä h r i g e T e m p e r a t u r d i f f e r e n z A r k t i s - A n t a r k t i s a u f nicht w e n i g e r a l s 17 b z w . 20° C e r h ö h e n . Einige der damit gekoppelten K l i m a ä n d e r u n g e n wurden an anderer Stelle (FLETCHER 1965) b e h a n d e l t .

5. A u f b a u e i n e s s y n t h e t i s c h e n M o d e l l s In d e n folgenden A u s f ü h r u n g e n soll in a l l e r K ü r z e ein s y n t h e t i s c h e s M o d e l l d e r p l e i s t o z ä n e n K l i m a s c h w a n k u n g e n umrissen w e r d e n , d a s eine p h y s i k a l i s c h e I n t e r p r e t a t i o n der in K a p i t e l 2 d a r g e s t e l l t e n B e f u n d e e m p i r i s c h e r N a t u r ermöglichen soll. Ein M o d e l l dieser A r t m u ß n o t w e n d i g auf v i e l e , wichtig e r s c h e i n e n d e D e t a i l s v e r z i c h t e n ; es d a r f a n d e r e r seits z u q u a n t i t a t i v e n A b s c h ä t z u n g e n nicht i m W i d e r s p r u c h stehen. A u f die D i s k u s s i o n a n d e r e r M o d e l l e und eine S t e l l u n g n a h m e z u e i n z e l n e n H y p o t h e s e n k a n n schon a u s R a u m g r ü n d e n nicht e i n g e g a n g e n w e r d e n ( v g l . S C H W A R Z B A C H 1 9 6 8 ) . D e r Verfasser ist sich über manche k r i t i s c h e n E i n w ä n d e durchaus k l a r ; j e d e s M o d e l l v e r t r ä g t Ä n d e r u n g e n , s o l a n g e diese seine i n n e r e Konsistenz nicht g e f ä h r d e n u n d seine Ü b e r e i n s t i m m u n g m i t d e r R e a l i t ä t verbessern. a ) P o l v e r l a g e r u n g u n d — h i e r v o n w e i t g e h e n d u n a b h ä n g i g — Drift d e r K o n t i n e n t a l s c h o l l e n l a s s e n erkennen ( K a p . 3a, b ) , d a ß sich seit dem frühen T e r t i ä r die R o t a t i o n s a c h s e der E r d e l a n g s a m a u f i h r e j e t z i g e L a g e h i n b e w e g t e . D a m i t gerieten der w e i t g e h e n d landumschlossene a r k t i s c h e O z e a n , sowie d a s v o m I n d i k a u s s ü d w ä r t s driftende a n t a r k t i s c h e F e s t l a n d in ihre j e t z i g e Position. Diese ist c h a r a k t e r i s i e r t d u r c h eine w e i t g e h e n d e Isolierung ( v o m W e l t m e e r b z w . v o n den a n d e r e n K o n t i n e n t e n ) b e i a n n ä h e r n d z i r k u m p o l a r e r L a g e : eine ähnliche S i t u a t i o n w a r o f f e n b a r w ä h r e n d d e s g a n z e n M e s o z o i k u m s niemals g e g e b e n . Hierbei ist d i e Position von A n t a r k t i k a e n t s c h e i d e n d ; im N o r d e n w a r die V e r b i n d u n g zwischen a r k t i s c h e m O z e a n u n d A t l a n t i k n i e m a l s g a n z u n t e r b r o c h e n — das m u ß b e t o n t w e r d e n , z u m a l im T e r t i ä r z e i t w e i s e noch e i n e w e i t e r e M e e r e s v e r b i n d u n g über W e s t s i b i r i e n m i t d e n tropisch-subtropischen M e e r e n b e s t a n d . A b E o z ä n (spätestens O l i g o z ä n ) b i l d e t e n sich in A n t a r k t i k a m i t z u n e h m e n d e r A n n ä h e r u n g a n den S ü d p o l zunächst a u s g e d e h n t e winterliche Schneefelder, d e r e n S c h m e l z w ä s s e r a m R a n d e des K o n t i n e n t s die M e e r e s o b e r f l ä c h e a b k ü h l t e n ; durch V e r m i s c h u n g k a m es im V e r l a u f einiger 1 0 a z u einer A b k ü h l u n g der ozeanischen T i e f e n z i r k u l a t i o n bis hin z u m B o d e n w a s s e r der Ä q u a t o r r e g i o n ( E M I L I A N I 1955, 1 9 5 7 , 1 9 6 1 , 1 9 6 6 ) . N e h m e n w i r für d i e h e u t i g e Größe d e r A n t a r k t i s e i n e ( n u r g e r i n g e ) S c h m e l z w a s s e r m e n g e v o n 1 m m / d a n , d i e m i t 0° dem O z e a n ( m i t einer T e m p e r a t u r von zunächst 1 0 ° ) z u g e f ü h r t w i r d . D a s 7

220

H. Flohn

1 7

e r g i b t einen W ä r m e e n t z u g v o n 1 . 3 ' 1 0 g c a l / d . A n d e r e r s e i t s e r h ä l t d e r ozeanische T i e f e n strom ( a b g e s e h e n v o n den sehr l a n g s a m w i r k e n d e n t u r b u l e n t e n M i s c h u n g s v o r g ä n g e n ) a u f d e m O z e a n b o d e n v o n unten, v o m E r d i n n e r n her e i n e n W ä r m e s t r o m v o n heute 0 . 1 3 L y / d ; d a s sind bei e i n e r Fläche der O z e a n e südlich des Ä q u a t o r s von 2 0 6 • 1 0 k m i n s g e s a m t 2 . 7 ' 1 0 g c a l / d , a l s o nur eben d o p p e l t so viel w i e d e r W ä r m e e n t z u g durch das S c h m e l z w a s s e r . Diese A b k ü h l u n g — auch w e n n sie sich n u r a u f die S c h m e l z p e r i o d e , also e i n e n k l e i n e n Teil des J a h r e s b e s c h r ä n k t — k a n n in geologischen Z e i t r ä u m e n keinesfalls w i r k u n g s l o s b l e i b e n . O h n e B e r ü c k s i c h t i g u n g a n d e r e r W ä r m e q u e l l e n reicht ein s t ä n d i g e r W ä r m e e n t z u g v o n 1 . 3 ' 1 0 c a l / d a u s , u m eine 1 0 0 0 m m ä c h t i g e Wasserschicht a l l e r O z e a n e bereits in 7 5 0 0 a u m 1 ° a b z u k ü h l e n ; selbst w e n n d e r S c h m e l z p r o z e ß n u r in jedem J a h r einen M o n a t a n h ä l t , b e n ö t i g t d i e gleiche A b k ü h l u n g u n t e r sonst k o n s t a n t e n B e d i n g u n g e n k n a p p 1 0 a. D u r c h seitliche u n d v e r t i k a l e V e r m i s c h u n g k a n n nach Erreichen eines n e u e n G l e i c h g e w i c h t s z u s t a n d e s im L a u f e v o n 3 0 — 4 0 M a sicher eine w e l t w e i t e A b k ü h l u n g d e r höheren B r e i t e n u m 8 — 1 0 ° Zustandekommen; d a b e i w i r d in der T r o p e n z o n e die g e r i n g m ä c h t i g e w a r m e Deckschicht o b e r h a l b der T h e r m o k l i n e , die s t ä n d i g e i n e S t r a h l u n g s b i l a n z v o n 2 5 0 — 3 0 0 L y / d e m p f ä n g t , z u l e t z t u n d a m schwächsten betroffen. Die o z e a n i s c h e Durchmischung ist w e g e n der g e r i n g e r e n S t a b i l i t ä t i n d e n höheren B r e i t e n s t ä r k e r a l s in d e n T r o p e n : a u f diese W e i s e n i m m t d a s m e r i d i o n a l e T e m p e r a t u r g e f ä l l e 3 T / 3 y s e h r l a n g s a m zu. 6

1 7

Diese Z u n a h m e e r h ö h t — w i e b e r e i t s früher a u s g e f ü h r t ( F L O H N 1 9 6 4 ) — die t h e r m i sche R o s s b y - Z a h l u n d d a m i t d i e B a r o k l i n i t ä t der A t m o s p h ä r e . D i e s e r Effekt v e r u r s a c h t in d e r T h e o r i e ( F L O H N 1 9 6 4 ) w i e empirisch ( A b b . 6 ) e i n e sehr a l l m ä h l i c h e Verschiebung d e r subtropischen H o c h d r u c k z o n e z u m Ä q u a t o r h i n ; l a g sie in der w a r m e n P e r i o d e d e s A l t t e r t i ä r s noch in 5 0 — 6 0 ° B r e i t e ( F L O H N 1 9 6 4 ) , so dürfte sie g e g e n E n d e des T e r t i ä r s b e r e i t s in e t w a 4 0 — 4 5 ° gelegen sein. D a m i t im Z u s a m m e n h a n g v e r s t ä r k e n sich die b e i d e n P o l a r w i r b e l m i t i h r e r Westdrift u n d w e i t e n sich ä q u a t o r w ä r t s a u s ; d a s Riesengebiet d e r v o n der tropischen o d e r H a d l e y - Z i r k u l a t i o n beherrschten Zone — v g l . S C H W A R Z B A C H ( 1 9 6 1 ) , A b b . 1 0 5 — schrumpft a l l m ä h l i c h auf e t w a z w e i D r i t t e l des u r s p r ü n g l i c h e n U m f a n g s ein.

N Hemisphäre

Hemisphäre

25'

Abb. 6. Mcridionales Temperaturgefälle AT und Breitenlage (Q? ) der Subtropenzone (nach KORFF) in einzelnen Monaten. s

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Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

Die B i l d u n g v o n Gebirgsgletschern a u f A n t a r k t i k a steht sicher erst a m E n d e e i n e r l a n g e n E n t w i c k l u n g , bis d i e p o l a r e n M e e r e v o n 8 — 1 0 ° bis in d i e N ä h e des N u l l p u n k t e s a b g e k ü h l t w a r e n ; für unsere Ü b e r l e g u n g e n ist es s e k u n d ä r , ob sie i m O l i g o z ä n , i m M i o z ä n oder erst i m A l t p l i o z ä n e r f o l g t ist. Ihre B e d e u t u n g besteht d a r i n , d a ß n u n m e h r e i n e A b k ü h l u n g des s u b a n t a r k t i s c h e n O z e a n s das g a n z e J a h r über aufrecht e r h a l t e n w i r d . b) Im L a u f e des P l i o z ä n s ist die A b k ü h l u n g d e r höheren B r e i t e n der O z e a n e — h i e r die B i l d u n g des a n t a r k t i s c h e n K a l t w a s s e r s z w i s c h e n d e m a n t a r k t i s c h e n K o n t i n e n t u n d der a n t a r k t i s c h e n K o n v e r g e n z ( K a p . 3 c) in 5 0 — 6 0 ° B r e i t e — s o w e i t fortgeschritten, d a ß der a n t a r k t i s c h e K o n t i n e n t eine a n n ä h e r n d geschlossene F i r n e i s d e c k e von zunächst g e r i n g e r Dicke u n d s t a t i o n ä r e r M a s s e n b i l a n z erhält. D a diese den W ä r m e n a c h schub v o n u n t e n herabsetzt, w i r d ihre O b e r f l ä c h e i m m e r k ä l t e r , d i e sommerliche S c h m e l z p e r i o d e d a u e r t i m m e r k ü r z e r , b i s auch i m S o m m e r d i e O b e r f l ä c h e n a l b e d o a v o n 8 0 — 9 0 ° / o e r h a l t e n b l e i b t . D a m i t w i r d d i e W ä r m e q u e l l e d e r sehr hohen s o m m e r l i c h e n E i n s t r a h l u n g (heute S bis 1 1 8 0 L y / d , S + H an der E r d o b e r f l ä c h e 8 0 0 — 9 0 0 L y / d ) w e i t g e h e n d a u s g e schaltet, u n d d i e w i n t e r l i c h e A u s s t r a h l u n g f ü h r t d e n Ü b e r g a n g v o n einem w a r m e n z u einem k a l t e n Gletscher ( K a p . 3 c) herbei, d e r d i e M a s s e n v e r l u s t e a u f ein M i n i m u m h e r a b drückt u n d z u einem (in geologischer Z e i t s k a l a ) raschen A n w a c h s e n führt. N e h m e n w i r ( H O I N K E S 1 9 6 8 , 1 9 6 1 ) eine M a s s e n b i l a n z v o n + 2 c m / a ( W a s s e r w e r t ) an, d a n n b e n ö t i g t das a n t a r k t i s c h e Eis 1 0 a, u m auf eine m i t t l e r e M ä c h t i g k e i t v o n 2 2 0 0 m a n z u w a c h s e n . Dieser P r o z e ß m u ß aber g l e i c h z e i t i g eine e n t s p r e c h e n d e eustatische S e n k u n g des M e e r e s spiegels h e r v o r r u f e n , von d e r u n s im P l i o z ä n nichts b e k a n n t i s t : w i r dürfen i h n d e s h a l b w o h l nicht v o r d e r W e n d e P l i o z ä n / P l e i s t o z ä n a n s e t z e n . s

Ü b e r s c h r e i t e t das a n t a r k t i s c h e I n l a n d e i s d i e G r e n z e n des a n t a r k t i s c h e n K o n t i n e n t e s (heute 13.1 ' 1 0 k m ) , b i l d e t sich a u ß e r d e n k a l b e n d e n E i s b e r g e n ein Schelfeis, dessen W a s s e r v e r d r ä n g u n g bei A b s c h ä t z u n g e n e u s t a t i s c h e r S p i e g e l s c h w a n k u n g e n nicht v e r n a c h lässigt w e r d e n darf. S o b a l d d i e M ä c h t i g k e i t d e n durch die D r u c k s c h m e l z u n g g e g e b e n e n S c h w e l l e n w e r t überschreitet, k o m m t es i m S i n n e d e r T h e o r i e W I L S O N S ( 1 9 6 4 , 1 9 6 6 ) zu raschen Schelfeisausbrüchen. N e h m e n w i r m i t W I L S O N eine A u s d e h n u n g des Schelfeises bis 55° B r e i t e a n , d a n n ergibt d a s eine Fläche v o n 3 3 1 0 k m ; bei e i n e r dem h e u t i g e n R o ß Eis e n t s p r e c h e n d e n Dicke v o n 300 m b e t r ä g t d a s V o l u m e n des Schelfeis-Ausbruches 10 ' 1 0 k m , i m Vergleich z u d e m h e u t i g e n V o l u m e n des A n t a r k t i k e i s e s von 28 • 1 0 k m . M i t diesem Ausbruch n i m m t d i e m i t t l e r e M ä c h t i g k e i t des k o n t i n e n t a l e n Eisschildes a u f k n a p p 1 4 0 0 m a b , bei e i n e m eustatischen M e e r e s s p i e g e l a n s t i e g v o n + 2 5 m. S p ä t e s t e n s in diesem S t a d i u m gefriert d a s I n l a n d e i s w i e d e r a l s G a n z e s , d a s Schelfeis bricht o h n e N a c h schub a l l m ä h l i c h in Form r i e s i g e r Tafeln a b , u n d d e r k o n t i n e n t a l e Eisschild b e g i n n t w i e d e r zu w a c h s e n , u m g e k e h r t p r o p o r t i o n a l z u d e r F l ä c h e n a u s d e h n u n g des r a n d l i c h e n Schelf eises. U n t e r d e r A n n a h m e e i n e s M a s s e n z u w a c h s e s v o n m a x i m a l + 2 — 3 c m / a e r g i b t sich ein q u a s i p e r i o d i s c h e r V o r g a n g — W a c h s t u m , Ausbruch u n d A b s c h m e l z e n — v o n d e r D a u e r ~ 3 0 — 5 0 0 0 0 a, d. h. i n d e r gleichen G r ö ß e , w i e sie durch d i e Befunde v o n E M I L I A N I ( 1 9 5 5 , 1 9 5 7 , 1 9 6 1 , 1966) b e n ö t i g t w i r d . ( E i n e B e t e i l i g u n g der E r d b a h n e l e m e n t e a n dieser Q u a s i p e r i o d i k ist möglich — v g l . W I L S O N 1 9 6 6 — a b e r offenbar nicht n o t w e n d i g . ) 6

W I L S O N ' S A n n a h m e e i n e s a l l s e i t i g e n , k a t a s t r o p h a l e n A u s b r u c h e s — der b i n n e n w e n i g e r J a h r e o d e r J a h r z e h n t e a b l a u f e n m ü ß t e — erscheint w e n i g r e a l i s t i s c h . D a s Ü b e r s c h r e i t e n der S c h w e l l e v o m „ k a l t e n " z u m „ w a r m e n " I n l a n d e i s mit d e r p l ö t z l i c h e n A b n a h m e der V i s k o s i t ä t h ä n g t offenbar — a u f die T h e o r i e k a n n h i e r nicht n ä h e r e i n g e g a n g e n w e r d e n — v o n z w e i V a r i a b l e n a b : M ä c h t i g k e i t u n d M i t t e l t e m p e r a t u r des ü b e r l a g e r n d e n Eises. D i e M ä c h t i g k e i t des heutigen A n t a r k t i k e i s e s s c h w a n k t zwischen 1 u n d 4 k m , d a s J a h r e s m i t t e l seiner O b e r f l ä c h e n t e m p e r a t u r zwischen — 2 0 ° u n d — 5 6 ° C ; h i n z u k o m m t die v i e l g e s t a l tige O r o g r a p h i e besonders i m K ü s t e n a b s c h n i t t . A l l dies spricht d a f ü r , d a ß die v o n W I L S O N

H. Flohn

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a n g e n o m m e n e n Schelfausbrüche in den e i n z e l n e n S e k t o r e n zu sehr verschiedenen Z e i t e n erfolgen, z u e r s t v e r m u t l i c h in d e n h e u t i g e n S c h e l f e i s g e b i e t e n . D a r a u s e r g i b t sich n u r e i n e a l l m ä h l i c h e , v i e l l e i c h t über 5 — 1 0 0 0 0 a v e r t e i l t e W i r k u n g auf d a s K l i m a , ebenso a u c h a n s t e l l e eines k a t a s t r o p h a l e n A n s t i e g e s des M e e r e s s p i e g e l s um 2 0 — 3 0 m eine g a n z e R e i h e k l e i n e r e r A n s t i e g e v o n w e n i g e n M e t e r n , v e r m u t l i c h n u r m i t e i n e r R a t e von e i n i g e n c m ( o d e r D e z i m e t e r n ) p r o J a h r . A u c h d i e a l l m ä h l i c h e Z u n a h m e der I n t e n s i t ä t der K a l t z e i t e n ( W O L D S T E D T 1 9 6 6 ) l ä ß t sich a l s F o l g e einer ( ü b e r l a g e r t e n ) Z u n a h m e d e r M ä c h t i g k e i t d e s A n t a r k t i k e i s e s bei g l e i c h z e i t i g e r A b k ü h l u n g i n t e r p r e t i e r e n . In diesem Z u s a m m e n h a n g d a r f k u r z an die p e r m o k a r b o n e E i s z e i t erinnert w e r d e n . H i e r k a m (schon im D e v o n ) der riesige G o n d w a n a - K o n t i n e n t , dessen A u s d e h n u n g auf 65 ' 1 0 k m (also die fünffache Fläche v o n A n t a r k t i k a ) g e s c h ä t z t w e r d e n k a n n , in P o l n ä h e ; ü b e r m e h r a l s 100 M a h i n w e g w u r d e n k ä l t e l i e b e n d e F a u n e n u n d Floren s o w i e l o k a l e V e r e i s u n g e n beobachtet. I m P e r m o k a r b o n h a t dieser K o n t i n e n t für l ä n g e r e Z e i t e n ( 2 0 — 3 0 M a ) a n n ä h e r n d z i r k u m p o l a r g e l e g e n ; in d i e s e r Z e i t s p a n n e k a m es zu einer k o n t i n e n t a l e n V e r e i s u n g , die aber — schon w e g e n d e r durch die G r ö ß e des K o n t i n e n t s b e d i n g t e n T r o c k e n h e i t — nie den g a n z e n K o n t i n e n t b i s z u r Küste u m f a s s e n k o n n t e . W e i l d a s G o n d w a n a - I n l a n d e i s stets k l e i n e r a l s der K o n t i n e n t b l i e b , k a m es n i e zu q u a s i p e r i o d i schen Ausbrüchen u n d entsprechenden M e e r e s s p i e g e l s c h w a n k u n g e n ; a l l e V o r g ä n g e s p i e l ten sich im I n n e r n des K o n t i n e n t s a b , m i t einer v e r g l e i c h s w e i s e sehr l a n g s a m e n Z e i t s k a l a in der G r ö ß e n o r d n u n g e i n i g e r 1 0 a. 6

c) Der W ä r m e h a u s h a l t d e r Erdoberfläche h a t sich schon durch die a l l m ä h l i c h e A b k ü h l u n g d e r M e e r e höherer B r e i t e n erheblich g e w a n d e l t ; die Schelf eis-Ausbrüche d e r A n t a r k t i s nach W I L S O N ' S T h e o r i e l i e f e r n nun e i n e entscheidende Ä n d e r u n g ( v g l . K a p i t e l 4 b ) mit einer Z u n a h m e v o n a ( g l o b a l ) von r u n d 0-10 a u f 0.15 u n d e i n e m entsprechenden R ü c k g a n g der m i t t l e r e n O b e r f l ä c h e n t e m p e r a t u r T um 5—6°, beides jedoch k o n z e n t r i e r t zunächst a u f d i e höheren S ü d b r e i t e n . Die p h y s i k a l i s c h - k l i m a t o l o g i schen A u s w i r k u n g e n w ä r e n e t w a d i e f o l g e n d e n : s

1. D a i m a t l a n t i s c h - a f r i k a n i s c h e n S e k t o r ( 4 5 ° W — 7 5 ° E) die a n t a r k t i s c h e K o n v e r g e n z ( a l s F o l g e d e r K o n f i g u r a t i o n d e r Küsten) bis 4 9 — 5 0 ° S v o r s t ö ß t , führt d a s W a c h s t u m des a n t a r k t i s c h e n Schelfeises z u e r s t zu einer A b k ü h l u n g des B e n g u e l a s t r o m s u n d des S ü d ä q u a t o r i a l s t r o m e s , der z u m T e i l in die n o r d h e m i s p h ä r i s c h e Z i r k u l a t i o n , d. h. in d e n Golfstrom ü b e r t r i t t . D i e k o n s t a n t e S t r a h l u n g s z u f u h r ( Q M ) in den T r o p e n schwächt z w a r diese A b k ü h l u n g a b , a b e r i m w e s e n t l i c h e n auf K o s t e n d e r V e r d u n s t u n g ( U y ) des t r o p i schen M e e r e s . D a m i t b e g i n n t e i n e z w a r l a n g s a m e , a b e r n a c h h a l t i g e A b k ü h l u n g v o n Luff u n d W a s s e r auch auf d e r N o r d h a l b k u g e l , die ein a l l m ä h l i c h e s W a c h s t u m der Gletscher i n S k a n d i n a v i e n , L a b r a d o r und Baffinland veranlaßt. 2. W a c h s t u m d e r I n l a n d e i s e a u f d e n N o r d k o n t i n e n t e n u n d V e r g r ö ß e r u n g der T r e i b e i s m e n g e auf d e m N o r d a t l a n t i k f ü h r e n zu einer b e s o n d e r s großen A b k ü h l u n g des K a n a renstroms ( l o k a l u m e t w a 12°, v g l . K a p i t e l 3 d , 4 c ) . D i e a n n ä h e r n d k o n s t a n t e E i n s t r a h l u n g der T r o p e n z o n e w i r d n u n m e h r z u einem w e s e n t l i c h g r ö ß e r e n T e i l z u r E r w ä r m u n g d e r oberen Schichten des M e e r e s v e r b r a u c h t , so d a ß d e r A n t e i l d e r T e r m e U y + U L a n Q M von heute 80°/o a u f w e n i g m e h r a l s 5 0 % r e d u z i e r t w i r d . Die A b k ü h l u n g der M e e r e s s t r ö m u n g e n w i r d v o n einer A b k ü h l u n g der Luft b e g l e i t e t , w e n n a u c h stets der W ä r m e t r a n s p o r t W T L ü b e r den O z e a n e n erheblich g e r i n g e r b l e i b t als W T M . D a v o n den tropischen K o n t i n e n t e n (bei k o n s t a n t e r E i n s t r a h l u n g ) n u r w ä r m e r e Luft auf d a s k a l t e Meere t r a n s p o r t i e r t w e r d e n k a n n , n i m m t nach d e r D a l t o n - G l e i c h u n g die D i f f e r e n z e — e a b o d e r k e h r t sogar i h r V o r z e i c h e n u m : d i e s e r V o r g a n g setzt d i e V e r d u n s t u n g ( u n d U y ) erheblich h e r a b , w ä h r e n d U L vielfach s o g a r n e g a t i v w i r d . s

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

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D i e h i e r für den A t l a n t i k a u s g e f ü h r t e V o r s t e l l u n g gilt für d e n P a z i f i k n u r in a b g e schwächtem M a ß e , da w e g e n d e r K o n f i g u r a t i o n des K o n t i n e n t s u n d der A n o r d n u n g der M e e r e s s t r ö m u n g e n die a n t a r k t i s c h e K o n v e r g e n z i m pazifischen S e k t o r nur bis 5 8 — 6 0 ° S reicht. D e r i n K a p i t e l 2 f e r ö r t e r t e große U n t e r s c h i e d der k o n t i n e n t a l e n V e r e i s u n g e n i m a t l a n t i s c h e n u n d pazifischen S e k t o r dürfte h i e r i n p r i m ä r m i t b e g r ü n d e t sein. I n s g e s a m t u m f a ß t d e r A u f b a u der E i s s c h i l d e — g a n z ü b e r w i e g e n d i m a t l a n t i s c h e n S e k t o r d e r N o r d k o n t i n e n t e — 32 • 1 0 k m mit e i n e r m i t t l e r e n M ä c h t i g k e i t v o n 1 6 0 0 m ( M a x i m a l w e r t e v i e l l e i c h t 4000 m ) . D e r Spiegel d e s W e l t m e e r e s s i n k t g l e i c h z e i t i g a b , in den g r ö ß e r e n E i s z e i t e n auf — 1 0 0 m , m a x i m a l a u f — 1 4 5 m. W ä h r e n d des A u f b a u e s s i n d die n o r d h e m i s p h ä r i s c h e n M e e r e s t e m p e r a t u r e n n o c h r e l a t i v hoch, ebenso auch V e r d u n s t u n g u n d N i e d e r s c h l a g . Die A b k ü h l u n g der K o n t i n e n t e führt zu N e u b i l d u n g , V e r g r ö ß e r u n g u n d D i c k e n w a c h s t u m der a r k t i s c h e n M e e r e i s d e c k e : diese ist v o n a u s s c h l a g g e b e n d e r B e d e u t u n g für d e n r e g i o n a l e n W ä r m e h a u s h a l t , a b e r auch für das m e r i d i o n a l e T e m p e r a t u r g e f ä l l e u n d d a m i t für die I n t e n s i t ä t der a t m o s p h ä r i s c h e n Westdrift. D i e A u s d e h n u n g der Eisschilde b i s 3 8 ° N ( M i s s i s s i p p i ) b z w . 4 8 ° N ( D o n — W o l g a ) e r z w i n g t q u a s i s t a t i o n ä r e H ö h e n t r ö g e d e r Westdrift, d i e über dem n ö r d l i c h e n S ü d a m e r i k a u n d über N o r d a f r i k a bis in die i n n e r e n Tropen r e i c h e n : in diesen G e b i e t e n k o m m t es z u besonders s t a r k e m T e m p e r a t u r r ü c k g a n g und ( j e d e n f a l l s über d e r S a h a r a ) zu höheren N i e d e r s c h l ä g e n . 6

D i e A b k ü h l u n g der Luft u n d der O z e a n s t r ö m u n g e n — j e d e n f a l l s im K a n a r e n s t r o m — führen über d e r Ä q u a t o r i a l r e g i o n des A t l a n t i k z u einem T e m p e r a t u r r ü c k g a n g u m 5 — 6 ° u n d (nach d e n in K a p . 4 c e r ö r t e r t e n M o d e l l f ä l l e n ) zu einem R ü c k g a n g der V e r d u n s t u n g u m r u n d 3 0 % : d a m i t setzt d i e ( a n n ä h e r n d s t a t i o n ä r e ) a r i d e P h a s e des H o c h g l a z i a l s e i n , u n d das W a c h s t u m der n o r d h e m i s p h ä r i s c h e n Eisschilde endet. D i e k o n t i n e n t a l e n Eisschilde w e r d e n z u n e h m e n d v o n d e m aus den a r i d e n Gebieten s t a m m e n d e n L ö ß s t a u b v e r s c h m u t z t , ihre A l b e d o n i m m t a b , u n d d a m i t wächst d i e I n t e n s i t ä t ( u n d A n d a u e r ) des sommerlichen A b s c h m e l z e n s . Dieser V o r g a n g leitet d e n A b b a u d e r b e i d e n k o n t i n e n t a l e n Eisschilde in E u r o p a u n d N o r d a m e r i k a ein, bleibt d a g e g e n für G r ö n l a n d und A n t a r k t i k a u n w i r k s a m ( H O I N K E S 1 9 6 1 , B L O C H 1 9 6 4 , D A V I T A Y A 1 9 6 5 ) . Auch h i e r b e i k a n n durchaus e i n e durch die E k l i p t i k schiefe h e r v o r g e r u f e n e Z u n a h m e der s o m m e r l i c h e n E i n s t r a h l u n g ( M I L A N K O V I T C H 1 9 3 0 , 1938, V A N W O E R K O M 1953) u n t e r s t ü t z e n d m i t w i r k e n . Diese H y p o t h e s e b e a n t w o r t e t eine für d e n M e t e o r o l o g e n sehr schwierige F r a g e : w i e k o m m t es z u der U m s t e l l u n g v o n einer e i s a u f b a u e n d e n Z i r k u l a t i o n d e r A t m o s p h ä r e z u e i n e r e i s a b b a u e n d e n ? D e r erste T y p entspricht w e i t g e h e n d ( F L O H N 1952) d e r h e u t i g e n Z i r k u l a t i o n k a l t e r W i n t e r ( z . B . W i n t e r 1 9 6 2 / 3 o d e r 1 9 6 8 / 9 ) . D a s ist v o l l v e r s t ä n d l i c h , denn die i m W ä r m e h a u s h a l t so wichtige G r e n z e zwischen Schneedecke u n d schneefreiem L a n d ( o d e r M e e r ) b e s t i m m t ü b e r den thermischen W i n d i m m e r w i e d e r die K o n f i g u r a t i o n der H ö h e n s t r ö m u n g u n d d a m i t die Z u g b a h n e n d e r Z y k l o n e n u n d N i e d e r s c h l a g s g e b i e t e . Von ihrer L a g e h ä n g t es a u c h oft, in N ä h e d e r 0 ° - G r e n z e , a b , o b N i e derschlag a l s R e g e n oder a l s Schnee fällt. J e m ä c h t i g e r die Eisschilde, desto p e r s i s t e n t e r ist diese A n o r d n u n g des t r o p o s p h ä r i s c h e n T e m p e r a t u r - u n d W i n d f e l d e s ; b l o c k i e r e n d e H o c h Z e n t r e n u n d tiefe H ö h e n t r ö g e sind jetzt n i c h t n u r q u a s i s t a t i o n ä r , sondern durch d i e per m a n e n t e A b k ü h l u n g über Eis fixiert. D i e Z e r s t ö r u n g eines so w e i t g e h e n d e i n g e f a h r e n e n G l e i c h g e w i c h t e s , das sich durch R ü c k k o p p l u n g ( f e e d - b a c k ) i m m e r w i e d e r h e r s t e l l t , ist v o m s y n o p t i s c h e n Gesichtspunkt h e r a u s k a u m v e r s t ä n d l i c h : jeder E i s a b b a u benötigt e i n e v ö l l i g e U m s t e l l u n g d i e s e r A n o r d n u n g , für die z u n ä c h s t a l l e V o r a u s s e t z u n g e n i m d r e i d i m e n s i o n a len T e m p e r a t u r f e l d fehlen. W i r d a b e r der Eisabbau u n a b h ä n g i g v o n d e r W e t t e r l a g e ü b e r d e n S t r a h l u n g s h a u s h a l t durch A b n a h m e der A l b e d o in G a n g gesetzt, d a n n w i r d diese R ü c k k o p p l u n g a n entschei-

H. Flohn

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den der S t e l l e u n t e r b r o c h e n , u n d es k o m m t a l l m ä h l i c h auch z u einer U m s t e l l u n g d e r G r o ß w e t t e r s i t u a t i o n . D a s n o r d a m e r i k a n i s c h e I n l a n d e i s ist — w e n n w i r d i e V e r h ä l t n i s s e d e r P o s t g l a z i a l z e i t h e r a n z i e h e n ( L A M B 1 9 6 1 , 1 9 6 6 ) — s t a b i l e r als d a s europäische, dessen A b b a u rascher v o r sich g e h t ; auch h e u t e liegt d e r n o r d h e m i s p h ä r i s c h e K ä l t e p o l d e r T r o p o s p h ä r e , besonders i m S o m m e r , i m Bereich des k a n a d i s c h e n A r c h i p e l s . Ist aber das e u r o p ä i sche I n l a n d e i s erst e i n m a l bis S k a n d i n a v i e n z u r ü c k g e s c h m o l z e n u n d d a s atlantische T r e i b eis b i s 6 0 ° N z u r ü c k g e w i c h e n , d a n n v e r l a g e r n sich d i e Z y k l o n e n z u g b a h n e n v o m M i t t e l m e e r nach M i t t e l e u r o p a ( e t w a 5 5 ° B r e i t e ) , d i e l o k a l e A b k ü h l u n g d e s K a n a r e n s t r o m s e n t f ä l l t , d i e ä q u a t o r i a l e n O b e r f l ä c h e n t e m p e r a t u r e n s t e i g e n rasch a n — w i e für d i e Zeit u m 1 1 0 0 0 v o r heute wahrscheinlich gemacht — u n d eine der heutigen ähnlichere a t m o s p h ä rische Z i r k u l a t i o n ( L A M B 1 9 6 1 , 1 9 6 6 ) setzt sich durch, o b w o h l d a s a m e r i k a n i s c h e I n l a n d eis in seinem K e r n noch e r h a l t e n ist. Diese P h a s e n v e r s c h i e b u n g e r k l ä r t also d i e rasche E r w ä r m u n g v o r 1 1 0 0 0 J a h r e n b e i noch tiefem S t a n d des M e e r e s s p i e g e l s ; vielleicht h ä n gen d a m i t auch d i e a u f f ä l l i g raschen u n d höchst w i r k s a m e n K l i m a ä n d e r u n g e n dieser Z e i t (SCHWARZBACH 1 9 6 1 , Abb. 1 1 4 ) m i t ihrer Zeitskala v o n nur 5 0 0 — 1 0 0 0 a zusammen.

Mit dieser g l o b a l e n E r w ä r m u n g des O b e r f l ä c h e n w a s s e r s geht d i e ebenso g l o b a l e a r i d e P h a s e z u E n d e ; m i t d e r Z u n a h m e d e r T e m p e r a t u r u n d des W a s s e r d a m p f g e h a l t e s d e r A t m o s p h ä r e e t w a a u f d i e h e u t i g e n W e r t e beschleunigt sich auch d e r W i e d e r a u f b a u d e s A n t arktikeises. d) D i e b e s o n d e r s i n t e n s i v e V e r e i s u n g d e s z i r k u m a t l a n t i s c h e n Sek t o r s ( K a p . 2 f ) k a n n e i n m a l p r i m ä r d a r i n b e g r ü n d e t sein, d a ß d i e a n t a r k t i s c h e K o n v e r g e n z — a n d e r W I L S O N ( 1 9 6 4 , 1 9 6 6 ) m i t guten G r ü n d e n seinen Schelfeis-Ausbruch e n d e n l ä ß t — i m a t l a n t i s c h - i n d i s c h e n B e r e i c h ( 4 5 ° W — 7 5 ° E ) in 4 8 — 5 0 ° S B r e i t e liegt, g e g e n ü b e r 6 0 ° S i m pazifischen S e k t o r ( K a p . 4 e ) . D a m i t k o m m t d i e i n i t i a l e A b k ü h l u n g i m A t l a n t i k s t ä r k e r z u r G e l t u n g a l s i m P a z i f i k . S o b a l d a b e r d i e n o r d h e m i s p h ä r i s c h e n Eisschilde erst e i n m a l a n w a c h s e n u n d d e r M e e r e s s p i e g e l u n t e r — 2 0 m a b s i n k t , v e r e n g t sich d i e B e r i n g s t r a ß e s t a r k ; b e i — 4 2 m ist sie v ö l l i g geschlossen. D a m i t v e r s c h w i n d e t an dieser S t e l l e der W ä r m e - u n d M a s s e n a u s t a u s c h m i t d e m A r k t i s c h e n O z e a n , d e r h e u t e e t w a 3 5 % d e s g e s a m t e n A u s t a u s c h e s b e i t r ä g t . D i e W a r m w a s s e r m a s s e n des K u r o s h i o v e r b l e i b e n i m N o r d p a z i f i k u n d f ü h r e n z u einer m i n d e s t e n s r e l a t i v e n E r w ä r m u n g seines N o r d a b s c h n i t t s v o n den K u r i l e n b i s z u r S ü d k ü s t e v o n A l a s k a . D i e d a b e i g e w o n n e n e W ä r m e e n e r g i e b e t r ä g t nach M O S B Y e t w a 8 ' 1 0 c a l / a ; d i e s reicht a u s , u m e i n e 1 0 0 m m ä c h t i g e Deckschicht d e s P a z i f i k s n ö r d l i c h 5 0 ° Breite ( 6 . 7 5 ' 1 0 k m ) p r o J a h r u m 0 , 1 2 ° z u e r w ä r m e n . D a s i s t — neben d e m v e r g l e i c h s w e i s e g e r i n g e n h y d r o g r a p h i s c h e n E i n z u g s g e b i e t des P a z i f i k s — offenbar eine d e r H a u p t u r s a c h e n f ü r die a u f f ä l l i g g e r i n g e V e r e i s u n g v o n N o r d o s t - S i b i r i e n u n d A l a s k a . W ä h r e n d i m A t l a n t i k sich a u s d e n S c h m e l z w ä s s e r n a n d e r Oberfläche e i n e flache, s a l z a r m e u n d d a h e r w e n i g dichte K a l t w a s s e r s c h i c h t b i l d e t , noch v e r s t ä r k t d u r c h den T r e i b e i s - Z u s t r o m a u s d e m A r k t i s c h e n Becken, f ä l l t dieser P r o z e ß i m Pazifik a u s . B i s auf die g l o b a l e — v o n d e r B r e i t e m e h r oder w e n i g e r u n a b h ä n g i g e — A b k ü h l u n g a l s F o l g e der Z u n a h m e d e r A l b e d o a ( K a p . 4 b ) ä n d e r t sich g e g e n ü b e r d e n h e u t i g e n V e r h ä l t n i s s e n nur wenig. D a g e g e n müßte im A t l a n t i k a l s Folge d e r Vereisung beider Kontinente d a s a r k t i s c h e M e e r e i s in m e h r o d e r m i n d e r a u f g e l o c k e r t e r F o r m w e i t v o r r ü c k e n — v o n der B ä r e n i n s e l bis e t w a z u e i n e r L i n i e I r l a n d — N e w Y o r k , also bis e t w a 5 0 ° N . L e i d e r e x i s t i e r t k e i n B e l e g m a t e r i a l für o d e r gegen diese V e r m u t u n g ; für d i e meteorologische D i s kussion ist diese F r a g e z w e i f e l l o s v o n e n t s c h e i d e n d e r B e d e u t u n g , w o r a u f L A M B ( 1 9 6 6 ) an mehreren Stellen hingewiesen h a t . Die fundamentale Bedeutung der verschiedenen W ä r m e b i l a n z g r ö ß e n des a r k t i s c h e n Treibeises, d e s offenen M e e r e s nördlich 7 0 ° B r e i t e u n d i m V e r g l e i c h d a z u des a n t a r k t i s c h e n F e s t l a n d e i s e s geht aus d e r f o l g e n d e n Z u s a m m e n s t e l l u n g ( F L O H N 1 9 6 7 ) h e r v o r ; sie d a r f a l l e r d i n g s für d e n kritischen Bereich zwischen 5 0 ° u n d 7 0 ° N w ä h r e n d d e r K a l t z e i t e n nicht ohne e r h e b l i c h e K o r r e k t u r e n a n g e w a n d t w e r d e n . 1 9

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

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Tabelle 3 Strahlungs- und Jahreszeit

Wärmehaushalt

von A r k t i s

und

A nt ar k t is

UM(U )

—66

151

125

—80

—1

—3

—76

81.5

—81

0.5

6.5

—16

217

Arktischer Ozean (eisbedeckt)

Sommer Winter Jahr

Norwegische See (eisfrei)

Sommer Winter Jahr

312

—79

233

—17

224

— 129

—122

1C3

—306

139

—107

—88

Antarktischer Sommer Kontinent Winter

176

—152

—50

—1

—40

—9

Ly/d Ly/d Ly/d Ly/d Ly/d Ly/d Ly/d Ly/d

H i e r b e i ist Q K = ( S + H ) ( 1 — a ) d i e k u r z w e l l i g e , Qi = E-- G d ie l a n g w e l l i j e u n d Q = Q K + Qi die g e s a m t e S t r a h l u n g s b i l a n z ( N e t t o s t r a h l u n g ) d e r Erdoberfläche. F e r n e r ist U d e r W ä r m e u m s a t z b z w . ( v e r t i k a l e ) W ä r m e t r a n s p o r t a n d e r Erdoberfläche, m i t den I n d i z e s V = V e r d u n s t u n g , L = f ü h l b a r e W ä r m e (Luft), B = B o d e n , M = M e e r . s

Abb. 7 . Kaltzeitliche Anordnung der Höhenströmung ( 5 0 0 — 2 0 0 mb) und Zyklonenzugbahnen. 15

Eiszeitalter u. G e g e n w a r t

H. Flohn

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D i e b e s o n d e r s tiefe k a l t z e i t l i c h e A b s e n k u n g d e r T e m p e r a t u r e n a n der W e s t k ü s t e E u r o p a s v o n I r l a n d bis nach N o r d s p a n i e n u m 1 2 — 1 5 ° ( K a p . 2 f) f o r d e r t eine s p e z i e l l e D e u t u n g , b e s o n d e r s b e i m V e r g l e i c h m i t der a m e r i k a n i s c h e n W e s t k ü s t e in gleicher B r e i t e . D a die nächsten E i s r ä n d e r bei I r l a n d , a m N i e d e r r h e i n ( i n der v o r l e t z t e n K a l t z e i t ) u n d in den W e s t a l p e n l i e g e n , scheidet e i n e I n t e r p r e t a t i o n a l s F o l g e l o k a l e r G l e t s c h e r w i n d e a u s : deren t h e r m i s c h e W i r k u n g g e h t k a u m ü b e r 5 0 — 1 0 0 k m h i n a u s . W e n n a b e r d i e H a u p t z y k l o n e n z u g b a h n — ebenso w i e heute in a l l e n S t r e n g w i n t e r n — m i t häufigen, i n t e n s i v e n Z y k l o g e n e s e n i n d a s M i t t e l m e e r h i n e i n v e r l ä u f t , d a n n e r g i b t sich n o t w e n d i g in W e s t e u r o p a ein V o r h e r r s c h e n k a l t e r östlicher W i n d e d a s g a n z e J a h r ü b e r . Diese O s t w i n d e m ü ß t e n an der B i s k a y a m i t t e l s d e r E k m a n - D r i f t e i n e Z o n e m i t a u f q u e l l e n d e m k a l t e n T i e f e n w a s s e r in d e r i n n e r e n B i s k a y a h e r v o r r u f e n , w o b e i d i e W a s s e r t e m p e r a t u r e n — noch s t ä r k e r als h e u t e a n d e r Küste v o n O r e g o n u n d N o r d k a l i f o r n i e n — auf 8 — 1 0 ° C i m S o m m e r a b s i n k e n k ö n n e n , w a s n u r noch zu einer s u b a r k t i s c h e n T u n d r a anstelle des W a l des im M e e r e s n i v e a u ausreicht. c) Die h y p o t h e t i s c h e Z i r k u l a t i o n d e r A t m o s p h ä r e w ä h r e n d einer K a l t z e i t ist schon m e h r f a c h G e g e n s t a n d m e t e o r o l o g i s c h e r A r b e i t e n z u m E i s z e i t p r o b l e m g e wesen (FLOHN 1952, LAMB 1 9 6 1 , 1 9 6 6 , WILLETT 1 9 4 9 ) ; hierbei sind die Analogieen zu den h e u t i g e n S t r e n g w i n t e r n an erster S t e l l e h e r a n g e z o g e n w o r d e n . N a c h d e m e t w a 3 0 j ä h r i g e E r f a h r u n g e n m i t d e r h e u t i g e n d r e i d i m e n s i o n a l e n A n a l y s e v o r l i e g e n , s i e h t m a n in m a n c h e n Details k l a r e r : die D y n a m i k der R o s s b y - W e l l e n ( d . h . der M ä a n d e r der Westdrift) u n d die R o l l e des t h e r m i s c h e n W i n d e s m a c h t es r e l a t i v leicht, die v o r h e r r s c h e n d e H ö h e n s t r ö m u n g zu s k i z z i e r e n ( A b b . 7 ) . E i n e e i n w a n d f r e i e D a r s t e l l u n g d e r m i t t l e r e n B o d e n d r u c k v e r h ä l t n i s s e ist schon e t w a s s c h w i e r i g e r u n d m i t m e h r F e h l e r q u e l l e n behaftet; w i r v e r zichten d e s h a l b h i e r d a r a u f ( v g l . j e d o c h L A M B 1 9 6 6 ) u n d b e s c h r ä n k e n uns auf ein S c h e m a der hauptsächlichen Z y k l o n e n z u g b a h n e n . Zunächst d a r f m a n m i t g r o ß e r W a h r s c h e i n l i c h k e i t a n n e h m e n , d a ß die H a u p t f r o n t a l z o n e n , der s u b t r o p i s c h e H o c h d r u c k g ü r t e l u n d die m i t i h m g e k o p p e l t e subtropische S t r a h l s t r ö m u n g i m A t l a n t i k g a n z j ä h r i g e t w a 8 — 1 0 ° w e i t e r südlich l a g e n a l s heute, w ä h r e n d im P a z i f i k diese V e r l a g e r u n g m i n d e s t e n s g e r i n g e r w a r . D a s führt — nach der b e k a n n t e n F o r m e l v o n C . G. R O S S B Y für die L ä n g e L„ s t a t i o n ä r e r W e l l e n in d e r W e s t d r i f t ( v g l . A b b . 8) L 2 = 4 7i U /ß 2

m i t fi = 2 Q cos cplt

( U = z o n a l e W i n d g e s c h w i n d i g k e i t , Q = W i n k e l g e s c h w i n d i g k e i t d e r E r d e , q> = B r e i t e , r = E r d r a d i u s ) — z u einer V e r k ü r z u n g der q u a s i s t a t i o n ä r e n W e l l e n ( L A M B 1 9 6 6 ) , sofern diese nicht d u r c h d i e g l e i c h z e i t i g e Z u n a h m e v o n U ü b e r k o m p e n s i e r t w i r d . A u s d e r A n a l o g i e zu den h e u t i g e n S t r e n g w i n t e r n ergibt sich e i n q u a s i s t a t i o n ä r e r t i e f e r H ö h e n t r o g i m m i t t e l - oder g a r w e s t e u r o p ä i s c h e n R a u m , in d e m K a l t l u f t w e i t nach N o r d a f r i k a h i n e i n geführt w i r d . A n s e i n e r V o r d e r s e i t e k o m m t es z u h ä u f i g e n u n d i n t e n s i v e n N i e d e r s c h l ä g e n

Abb. 8. Länge stationärer Rossby-Wellen.

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

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m e i s t in S c h n e e f o r m ; auch in der S a h a r a t r e t e n — i n A n a l o g i e z u d e n h e u t e i m F r ü h j a h r d o r t häufigen Z y k l o g e n e s e n — nicht u n e r h e b l i c h e R e g e n f ä l l e e i n . Dieser H ö h e n t r o g sichert die E r n ä h r u n g des n o r d e u r o p ä i s c h e n I n l a n d e i s e s v o n S W , S u n d SE her b i s h i n n a c h S ü d r u ß l a n d . Er ist n o t w e n d i g g e k o p p e l t m i t d e r T e n d e n z z u blockierenden Hochdruckgebieten im S e e g e b i e t u m I s l a n d , aber auch a u f seiner V o r d e r s e i t e i m R ä u m e W e s t s i b i r i e n ( 6 0 — 8 0 ° E, e t w a 5 5 ° N ) : d a m i t e r k l ä r t sich auch die r e l a t i v e T r o c k e n h e i t des R a u m e s I r a n / P a k i s t a n s o w i e d i e — i m Vergleich z u d e n A l p e n — g e r i n g e V e r g l e t s c h e r u n g d e r z e n t r a l a s i a t i s c h e n H o c h g e b i r g e , M i t t e l - u n d O s t s i b i r i e n s in d e r l e t z t e n K a l t z e i t (v. W I S S M A N N 1 9 5 9 ) . D e r ostasiatische H ö h e n t r o g ist r e l a t i v schwächer a l s h e u t e ; h i e r f ü r spricht v o r a l l e m die b e g r e n z t e V e r g l e t s c h e r u n g der ostsibirischen R a n d g e b i r g e . D a s m u ß nicht in a l l e n K a l t z e i t e n so g e w e s e n s e i n : f a l l s sich die sehr s t a r k e V e r e i s u n g v o n g a n z Ostasien (auch H o c h a s i e n ? ) i n e i n e r ä l t e r e n E i s z e i t ( K a p . 2 f) a l s gesichert h e r a u s s t e l l e n sollte, müssen w i r m i t e r h e b l i c h e n V e r s c h i e b u n g e n in der r e l a t i v e n B e d e u t u n g d e r e i n z e l n e n H ö h e n t r ö g e rechnen. E i n e U r s a c h e k ö n n t e d a r i n liegen, d a ß in früheren K a l t z e i t e n d i e B e r i n g s t r a ß e a l s F o l g e t e k t o n i s c h e r V o r g ä n g e nicht t r o c k e n fiel; d a m i t w i r d w e s e n t l i c h m e h r W ä r m e d e m P a z i f i k e n t z o g e n u n d dem A r k t i s c h e n O z e a n z u g e f ü h r t . Doch erscheint e i n e e i n g e h e n d e D i s k u s s i o n h e u t e noch verfrüht. E i n m i t t e l a t l a n t i s c h e r H ö h e n h o c h r ü c k e n — m i t häufig b l o c k i e r e n d e m Z e n t r u m bei I s l a n d — w i r d auch gefordert a l s F o l g e des sehr t i e f e n u n d b e s t ä n d i g e n H ö h e n t r o g e s ü b e r d e m östlichen N o r d a m e r i k a , dessen Achse in d e n K a l t z e i t e n w a h r s c h e i n l i c h e t w a s w e i t e r i m W e s t e n ( 8 5 — 9 0 ° W ) l a g als h e u t e . E i n e der w e s e n t l i c h e n F o l g e n ist eine g r o ß e H ä u f i g k e i t n ö r d l i c h e r W i n d e auf seiner V o r d e r s e i t e , d . h . v o r den K ü s t e n W e s t e u r o p a s : d a s ist ein A r g u m e n t m e h r für eine r e l a t i v e V e r s t ä r k u n g des K a n a r e n s t r o m s z u Lasten des Golf s t r o m e s , sowie für e i n e w e i t s ü d w ä r t s a u s g r e i f e n d e Z u n g e a r k t i s c h e n T r e i b e i s e s . E i n e w e i t e r e F o l g e ist d i e p e r m a n e n t e S c h w ä c h u n g des A z o r e n h o c h s , des n o r d a t l a n t i s c h e n P a s s a t s u n d d a m i t d e r W a s s e r d a m p f z u f u h r z u m P a z i f i k , m i t den ( v g l . K a p . 3 d ) — a l l e r d i n g s a l s p r i m ä r ! — s k i z z i e r t e n Folgen ( W E Y L 1 9 6 8 ) für d e n S a l z g e h a l t der b e i d e n O z e a n e . 6. Z u s a m m e n f a s s u n g u n d Schluß D i e H a u p t e r g e b n i s s e unserer B e t r a c h t u n g k ö n n e n in folgenden S ä t z e n z u s a m m e n g e faßt werden: 1) D i e p r i m ä r e V o r a u s s e t z u n g d e r p l e i s t o z ä n e n ( u n d der p e r m o k a r b o n e n ) V e r e i s u n g ist d i e Drift e i n e r isolierten K o n t i n e n t a l s c h o l l e — A n t a r k t i k a i m T e r t i ä r , G o n d w a n a l a n d i m D e v o n — in e i n e z i r k u m p o l a r e P o s i t i o n . H i e r a n sind im T e r t i ä r s o w o h l k o n v e k t i v e B e w e g u n g s v o r g ä n g e i m E r d m a n t e l ( S p r e i z u n g d e r O z e a n b ö d e n ) w i e auch V e r l a g e r u n g e n d e r R o t a t i o n s a c h s e r e l a t i v z u m E r d m a n t e l b e t e i l i g t ; beide P r o z e s s e s i n d nach R i c h t u n g u n d G e s c h w i n d i g k e i t durch p a l ä o m a g n e t i s c h e u n d ( o d e r ) astronomische D a t e n gesichert, m i t einer h o r i z o n t a l e n K o m p o n e n t e v o n w e n i g e n c m / a . 2 ) A u f e i n e m K o n t i n e n t in P o l n ä h e b i l d e t sich zunächst eine w i n t e r l i c h e Schneedecke a u s . I h r A b s c h m e l z e n führt z u r A b k ü h l u n g e i n e r 1 0 0 0 m m ä c h t i g e n B o d e n w a s s e r s c h i c h t des O z e a n s u m 1° i n einem Z e i t r a u m v o n ~ 1 0 — 1 0 a, die sich d u r c h M i s c h u n g s v o r g ä n g e a u f a l l e O z e a n e a u s d e h n t , m i t e i n e m M i n i m u m i h r e r W i r k u n g in d e n w a r m e n Deckschich ten d e r T r o p e n z o n e . Dieser Effekt i n t e r p r e t i e r t d i e a l l m ä h l i c h e A b k ü h l u n g d e r h ö h e r e n B r e i t e n w ä h r e n d des T e r t i ä r s , bei e t w a k o n s t a n t e r T e m p e r a t u r in d e n T r o p e n . 5

3) S p ä t e s t e n s i m P l i o z ä n b i l d e t sich, n a c h d e m d i e M e e r e s t e m p e r a t u r auf w e n i g ü b e r 0° abgesunken w a r , auf A n t a r k t i k a eine mehr oder minder stationäre Vergletscherung aus, v o m T y p der „ w a r m e n " G e b i r g s g l e t s c h e r . G e g e n E n d e des P l i o z ä n s w a n d e l t sich diese b e i fortschreitender A b k ü h l u n g in e i n e n „ k a l t e n " Gletscher u m , m i t p o s i t i v e r M a s s e n b i l a n z u n d g l e i c h z e i t i g e m eustatischen A b s i n k e n des M e e r e s s p i e g e l s ; in den p o l a r e n G e b i r g e n d e r N o r d k o n t i n e n t e b i l d e n sich e b e n f a l l s Gletscher. 15

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H. Flohn

4 ) S o b a l d d a s a n t a r k t i s c h e I n l a n d e i s d i e k r i t i s c h e M ä c h t i g k e i t erreicht, b e i d e r a u f der U n t e r s e i t e D r u c k s c h m e l z u n g e i n t r i t t , k o m m t es z u A u s b r ü c h e n (surges) i m S i n n e d e r Theorie v o n A . T. WILSON, die a m R a n d e des Kontinentes zu einer (allmählichen) A u s b i l d u n g g r o ß e r Schelfeismassen b i s e t w a 5 5 ° S - B r e i t e führen, z u g l e i c h m i t einem A n s t i e g des W e l t m e e r e s v o n 2 0 — 3 0 m . D i e Z u n a h m e d e r O b e r f l ä c h e n a l b e d o führt z u e i n e r g l o b a l e n A b k ü h l u n g u m e t w a 5 ° , z u m A u f b a u v o n Eisschilden i n d e n dafür g e e i g n e t e n Gebieten d e r N o r d k o n t i n e n t e u n d d a m i t z u e u s t a t i s c h e m A b s i n k e n des W e l t m e e r e s ( m a x i mal um — 1 4 5 m ) . 5 ) N a c h E i n t r i t t d e r D r u c k e n t l a s t u n g s t a b i l i s i e r t sich d a s a n t a r k t i s c h e I n l a n d e i s bei g e r i n g e r e r M ä c h t i g k e i t ; d a s Schelf eis w i r d m a n g e l s Nachschub a l l m ä h l i c h a b g e b a u t . 6 ) Die v o n N u n d S her eingetretene A b k ü h l u n g der Meeresströmungen ( u n d der Luft) führen i n d e r T r o p e n z o n e z u e i n e m a d v e k t i v e n A b s i n k e n d e r M e e r e s t e m p e r a t u r e n u m 5 — 6 ° , z u e i n e m R ü c k g a n g d e r V e r d u n s t u n g u m e t w a 3 0 % u n d d a m i t (unter s t a t i o n ä r e n B e d i n g u n g e n ) z u einer g l o b a l e n a r i d e n P h a s e i m H o c h g l a z i a l . 7 ) In d i e s e r a r i d e n P h a s e g e h t d a s W a c h s t u m a l l e r Eisschilde a u f ein M i n i m u m z u r ü c k ; d i e Eisschilde d e r N o r d k o n t i n e n t e w e r d e n d u r c h L ö ß s t a u b so verschmutzt, d a ß d a s sommerliche A b s c h m e l z e n z u n i m m t u n d d e r Ü b e r g a n g z u m A b b a u ( m i t eustatischem M e e r e s s p i e g e l a n s t i e g i m S p ä t g l a z i a l ) einsetzt. 8 ) D i e q u a s i p e r i o d i s c h e n V o r g ä n g e unter 4 ) b i s 7 ) laufen m i t e i n e r Z e i t s k a l a v o n i n s gesamt 3 0 — 5 0 0 0 0 a a b ; d i e M i t w i r k u n g v o n S c h w a n k u n g e n d e r E r d b a h n e l e m e n t e h i e r bei ist möglich, a b e r nicht n o t w e n d i g . 9 ) D i e v i e l s t ä r k e r e V e r e i s u n g des a t l a n t i s c h e n S e k t o r s der N o r d k o n t i n e n t e w i r d i n t e r p r e t i e r t ( p r i m ä r ) a l s Folge d e s w e i t e r e n A u s g r e i f e n s d e r a n t a r k t i s c h e n Schelfeis-Ausbrüche im S ü d a t l a n t i k u n d ( s e k u n d ä r ) a l s Folge d e r B i l d u n g einer L a n d b r ü c k e i m B e r i n g m e e r , die d e n M a s s e n - u n d W ä r m e a u s t a u s c h zwischen P a z i f i k u n d A r k t i s - O z e a n v e r h i n d e r t . 1 0 ) D a s F e h l e n ähnlicher q u a s i p e r i o d i s c h e r V o r g ä n g e i m P e r m o k a r b o n k a n n i n t e r p r e t i e r t w e r d e n a l s eine F o l g e d e r G r ö ß e des G o n d w a n a - K o n t i n e n t e s , der eine S c h e l f e i s b i l d u n g g a r nicht z u l ä ß t . Diese 1 0 S ä t z e sind — u m e i n e w e i t e r e D i s k u s s i o n z u e r l e i c h t e r n — e t w a s ü b e r s p i t z t formuliert. D i e d a m i t skizzierte M o d e l l v o r s t e l l u n g ist rein g e o p h y s i k a l i s c h e r N a t u r (siehe j e d o c h S a t z 8 ) ; d i e i n i h r e i n g e b a u t e n g e o p h y s i k a l i s c h e n T h e o rieen stehen z w a r nicht a u ß e r h a l b j e d e r D i s k u s s i o n , w e r d e n a b e r v o n v i e l e n b e d e u t e n d e n A u t o r e n ( b e s o n d e r s d e r englisch-sprechenden W e l t ) a n e r k a n n t . D a s M o d e l l steht — s o w e i t e r k e n n b a r — n i r g e n d w o i m W i d e r s p r u c h z u B e o b a c h tungstatsachen, d i e vielfach h i e r i n ihren p h y s i k a l i s c h e n W e c h s e l b e z i e h u n g e n e r s c h e i n e n ; dies erscheint a l s V o r z u g g e g e n ü b e r v i e l e n „ e x t r a t e r r e s t r i s c h e n " E i s z e i t - T h e o r i e e n . Es b e n ö t i g t w e d e r e i n e Ä n d e r u n g d e r S o l a r k o n s t a n t e noch ( z w i n g e n d ) eine M i t w i r k u n g d e r E r d b a h n e l e m e n t e , w e d e r eine Ä n d e r u n g d e r G r a v i t a t i o n noch e i n e solche der Z u s a m m e n setzung ( o d e r T r ü b u n g ) d e r E r d a t m o s p h ä r e , a b g e s e h e n v o n d e m t e m p e r a t u r a b h ä n g i g e n A n t e i l des W a s s e r d a m p f e s . E i n e d e r a r t i g e r e i n g e o p h y s i k a l i s c h e D e u t u n g h ä l t a u c h H O I N K E S ( 1 9 6 8 ) für m ö g l i c h ; v o r 3 0 J a h r e n noch g l a u b t e A . P E N C K ( 1 9 3 8 ) fest a n e i n e a u ß e r i r d i s c h e I n t e r p r e t a t i o n . D a b e i e r h ä l t d e r a n t a r k t i s c h e K o n t i n e n t eine ü b e r r a g e n d e R o l l e als r ä u m l i c h - z e i t l i c h e s S t e u e r u n g s z e n t r u m ( S ä t z e 1 — 5 ) . Der s y n t h e t i s c h e C h a r a k t e r d e s M o d e l l s g e h t a u s d e r V i e l z a h l d e r b e t e i l i g t e n A u t o r e n hervor, v o n denen in vereinfachender Weise n u r w e n i g e genannt seien: zu Satz 1 ) F A I R BRIDGE, s o w i e H E I R T Z L E R u n d M i t a r b e i t e r , z u S a t z 3 ) H O I N K E S , ZU S a t z 4 ) W I L S O N s o w i e die g r u n d l e g e n d w i c h t i g e n A r b e i t e n v o n M A N A B E u n d M i t a r b e i t e r n , z u S a t z 5 ) u n d 8 ) WILSON,

ZU S a t z

7 ) BLOCH,

DAVITAYA

und

HOINKES.

Die

Instabilitäts-Theorie

von

W I L S O N ( 1 9 6 4 , 1 9 6 6 ) liefert ( i n e t w a s r e v i d i e r t e r F o r m ) d e n A u s l ö s e - M e c h a n i s m u s ( T r i g g e r ) , d e r i n n e r h a l b des terrestrischen S y s t e m s d i e U m s c h a l t u n g v o n e i n e m w a r m z e i t l i c h e n

229

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

auf

einen k a l t z e i t l i c h e n Z u s t a n d b e w i r k t ; auf i h r e P r ü f u n g m u ß a l s o b e s o n d e r s

Gewicht

g e l e g t w e r d e n . D e r B e i t r a g des V e r f a s s e r s b e z i e h t sich hauptsächlich a u f d i e q u a n t i t a t i v e n S c h ä t z u n g e n z u S a t z 2 ) u n d 6) s o w i e a u f r e g i o n a l e B e t r a c h t u n g e n (u. a. S ä t z e 9 — 1 0 ) . Dieses e m p i r i s c h - g e o p h y s i k a l i s c h e M o d e l l h a t — n a c h d e r F o r m u l i e r u n g v o n S C H W A R Z B A C H ( 1 9 6 8 ) — e i n e n m u l t i l a t e r a l e n , a u t o z y k l i s c h e n C h a r a k t e r . Es soll d i e m a t h e m a t i s c h e B e h a n d l u n g p a l ä o k l i m a t i s c h e r P r o b l e m e f ö r d e r n , w i e sie M I L A N K O V I T C H schon v o r fast 50 J a h r e n — o h n e C o m p u t e r ! — d u r c h g e f ü h r t h a t ; e i n e s i n n v o l l e m a t h e m a t i s c h e B e h a n d l u n g setzt eine s o l i d e K e n n t n i s d e r g e o p h y s i k a l i s c h e n P r o z e s s e u n d P a r a m e t e r v o r a u s . E i n einfaches f u n k t i o n a l - a n a l y t i s c h e s P a l ä o k l i m a - M o d e l l — bei dem die m e r i d i o n a l e V e r t e i l u n g d e r T e m p e r a t u r a m B o d e n v o r g e g e b e n w i r d — ist v o n einem m e i n e r M i t a r b e i t e r ( D i p l . - M a t h . F r . S C H M I D T ) e n t w i c k e l t w o r d e n ; sein w e i t e r e r A u s b a u soll für e i n i g e d e r hier behandelten Probleme q u a n t i t a t i v e Lösungen liefern. Der Verfasser ist vielen Gesprächspartnern für Diskussion und Kritik einzelner Fragen äußerst dankbar; stellvertretend für viele seien genannt: M. B e r n a r d (New York), M. I. B u d y k o (Lenin g r a d ) , P . J o r d a n (Hamburg), H. H. Lamb (Guildford, U . K.), M. S c h w a r z b a c h (Köln) und P . W o l d s t e d t (Bonn). B e m e r k u n g e n b e i d e r K o r r e k t u r : Wenn sich die kürzlich von H a y s und Mitarb. (Bull. Geol. Soc. Amer., 80, 1 4 8 1 — 1 5 1 4 , 1 9 6 9 ) vorgelegte Neubestimmung des Alters verschiedener Bohrkerne aus der äquatorialen Tiefsee bestätigen sollte, dann ergibt sich eine neue Synthese der Datierung: 8 glaziale Epochen in den letzten 7 0 0 0 0 0 Jahren, d.h. ein mittlerer Abstand von 8 0 — 9 0 0 0 0 a. Diese (deutlich unperiodischen) Fluktuationen stehen m. E. nicht im Widerspruch mit dem hier vorgeschlagenen Modell, wohl aber mit der MiLANKOViTCH-Hypothese.

Literatur B e r n a r d , E. A.: Theorie astronomique des pluviaux et interpluviaux du quaternaire africain. — Ac. roy. sc. d'outre-mer, mem. 80, 12, fasc. 1 , 2 — 2 3 2 , Brüssel 1 9 6 2 . B l o c h , M. R.: Die Beeinflussung der Albedo von Eisflächen durch Staub und ihre Wirkung auf Ozeanhöhe und Klima. — Geol. Rdsch., 54, 5 1 5 — 5 2 2 , Stuttgart 1 9 6 4 . B r o e c k e r , W. S.: Absolute dating and the astronomical theory of glaciation. — Science, 1 5 1 , 2 9 9 — 3 0 4 . Washington 1 9 6 6 .

— : Milankovitch hypothesis supported by precise dating of coral reefs and deep-sea sediments. — Science, 159, 2 9 7 — 3 0 0 , Washington 1 9 6 8 . B u d y k o , M. I.: A t l a s teplovogo balansa (Atlas der W ä r m e b i l a n z ) . — 4 1 S., Leningrad 1 9 6 3 . Cox, A.: Polar wandering, continental drift, and the onset of quaternary glaciation. — Am. Met. Soc, Met. Monogr., 8, 3 0 , 1 1 2 — 1 2 5 , Boston, Mass. 1 9 6 8 . D a v i t Aya, F. F . : The possible influence of the atmosphere dusting on the decrease of glaciers and the climate w a r m i n g (in russian). — Izv. Ak. N a u k U S S R , Ser. Oeogr., 2, 3 — 2 2 , Moskau 1 9 6 5 . D o b e r i t z , R., F l o h n , H. & S c h ü t t e , K.: Statistical investigations of the climatic anomalies of the equatorial Pacific. — Bonner Met. Abh., H. 7 , 7 6 S., Bonn 1 9 6 7 . D o n n , W. L. & E w i n g , M.: A theory of ice ages III. — Science, 152, 1 7 0 6 — 1 7 1 2 , Washington 1 9 6 6 . — : The theory of an ice-free arctic ocean. — Am. Met. S o c , Met. Monogr., 8, 3 0 , 1 0 0 — 1 0 5 , Boston 1 9 6 8 . E m i l i a n i , C.: Pleistocene temperatures. — J . Geol., 63, 5 3 8 — 5 7 8 , Chicago, 111. 1 9 5 5 . E m i l i a n i , C. 6c G e i s s , J . : On glaciations and their causes. — Geol. Rdsch., 46, 5 7 6 — 6 0 1 , Stutt gart 1 9 5 7 . E m i l i a n i , C.: Cenozoic climatic changes as indicated by the stratigraphy and chronology of deepsea cores of globigerina — ooze facies. — Ann. N e w Y o r k Ac. Sc., 95, 5 2 1 — 5 3 6 , New Y o r k 1961.

— : Isotopic palaeotemperatures. — Science, 154, 8 5 1 — 8 5 7 , Washington 1 9 6 6 . E r i c s s o n , D. B., E w i n g , M. & W o l l i n , G.: The pleistocene epoch in deep-sea sediments. — Science, 146, 7 2 3 — 7 3 2 , Washington 1 9 6 4 .

— : Pleistocene climates and chronology in deep-sea sediments. — Science, 162, 1 2 2 7 — 1 2 3 4 , Washington 1 9 6 8 . E w i n g , M. & D o n n , W. L.: A theory of ice ages I. — Science. 123, 1 0 6 1 — 1 0 6 6 , Washington 1 9 5 6 . — : A theory of ice ages II. — Science, 127, 1 1 5 9 — 1 1 6 2 , Washington 1 9 5 8 .

230

H. Flohn

FAIRBRIDGE, R. W . : Convergence of evidence on climatic change and ice ages. — Ann. N e w York Ac. Sc., 95, 542—579, New York 1961. — : Ice-Age Meteorology. Ice Age Theory. In: Encyclopedia of Astrogeology, 454—474, N e w York 1967. FLETCHER, J . O.: The heat budget of the arctic basin and its relation to climate. — R a n d Corp., R-444-PR, 179 S., Santa Monica, Cal. 1965. FLINT, R. F.: Glacial and pleistocene geology. — 553 S., New York 1957. FLOHN, H.: Allgemeine atmosphärische Zirkulation und Paläoklimatologie. — Geol. Rdsch., 40, 153—178, Stutgart 1952. — : Studien über die atmosphärische Zirkulation in der letzten Eiszeit. — Erdkunde, 7, 266—275, Bonn 1953. — : Kontinental-Verschiebungen, Polwanderungen und Vorzeitklimate im Lichte paläomagnetischer Meßergebnisse. — Naturw. Rdsch., 12, 375—384, Stuttgart 1959. — : Grundfragen der Paläoklimatologie im Lichte einer theoretischen Klimatologie. — Geol. Rdsch., 54, 504—515, Stuttgart 1964. — : Bemerkungen zur Asymmetrie der atmosphärischen Zirkulation. — Ann. Met. (N.F.), 3, 76—80, Offenbach M. 1967. FLOHN, H. & KORFF, H. C l . : Zusammenhang zwischen dem Temperaturgefälle Äquator-Pol und den planetarischen Luftdruckgürteln. — Ann. Meteor. N . F., 4, 163—164, Offenbach a. M. 1969. FRECHEN, J . & LIPPOLT, H. J . : Kalium-Argon Daten zum Alter des Laacher Vulkanismus, der Rheinterrassen und der Eiszeiten. — Eiszeitalter u. Gegenwart, 1 6 , 5—30, Öhringen 1965. FRENZEL, B.: Die Klimaschwankungen des Eiszeitalters. — 291 S., Braunschweig 1967. GEIGER, R.: Das Klima der bodennahen Luftschicht. — 4. Aufl., S. 23 ff., Braunschweig 1961. Gow, A. J . , UEDA, H. T. & GARTFIELD, D.: Antarctic ice sheet. — Science, 1 6 1 , 1011—1013, Washington 1968. HAYS, J . D.: Quaternary sediments of the antarctic ocean. In S E A R S , M. (ed.): Progress in Oceanography, 4, 117—131, Oxford 1967. HAYS, J . D. & OPDYKE, N . D.: Antarctic radiolaria, magnetic reversals, and climatic change. — Science, 158, 1001—1011, Washington 1967. HEUSSER, C. J . : Polar hemispheric correlation: Palynological evidence from Chile and the Pacific north-west of America. In Roy. Met. S o c : World climate from 8000 to 0 B.C. Proc. Int. Symp. London 1966, 124—141, London 1967. HOINKES, H . : Die Antarktis und die geophysikalische Erforschung der Erde. — Naturwissenschaf ten, 48, 354—374, Berlin 1961. — : Wir leben in einer Eiszeit. — Umschau, 68, 810—815, Frankfurt M. 1968. JORDAN, P.: Die Expansion der Erde. — 182 S., Braunschweig 1966. KAISER, Kh.: Das Klima Europas im quartären Eiszeitalter. — Fundamenta, Monogr. z. Urgesch., 2, 1—27, Köln 1967. KERNER VON MARILAUN, F.: P a l ä o k l i m a t o l o g i e . — Berlin 1930.

KLEBELSBERG, R . VON: Handbuch der Gletscherkunde und Glazialgeologie. — 1 u. 2, Wien 1948/9. Ku, T. L. & BROECKER, W. S . : Rates of sedimentation in the arctic ocean. In SEARS, M . (ed.): Progress in Oceanography, 4, 95—104, Oxford 1967. LAMB, H. H . : Fundamentals of climate. In N A I R N , A. E. M. (ed.): Descriptive palaeoclimatology, 8—44, New York 1961. — : The changing climate. Selected papers. 236 S., London 1966. LAMB, H. H., LEWIS, R. P. W . & WOODROFFE, A . : Atmospheric circulation and the main climatic

variables between 8000 and O B.C.: Meteorological evidence. In Roy. Met. S o c : World climate from 8000 to O B.C. Proc. Int. S y m p . London 1966, 174—217, London 1967. LAUE, E. G. & DRUMMOND, A. J . : Solar constant: First direct measurement. — Science, 1 6 1 , 888— 891, Washington 1968. MANABE, S. & STRICKLER, R. F . : Thermal equilibrium of the atmosphere with a convective adjust ment. — J Atm. Sc., 21, 361—384, Boston 1964. MANABE, S. & WETHERALD, R. T.: Thermal equilibrium of the atmosphere with a given distribution of relative humidity. — J Atm. Sc., 24, 241—259, Boston 1967. MILANKOWITCH, N . : Mathematische Klimalehre und astronomische Theorie der Klimaschwankun gen. In KOPPEN, W. & GEIGER, R.: Hdb. K l i m a t . , 1 , A, Berlin 1930.

MITCHELL, J . M. j r . : Theoretical paleoclimatology. — In: Quaternary of the U. S., R e v i e w Vo. for the VII Congr. Int. Ass. f. Quatern. Res., 881—901, Princeton 1965. MOSBY, H . : Water, salt and heat balance of the north polar sea and of the Norwegian sea. — Geof. Publ., 24, 289—313, Oslo 1962. ÖPIK, E. J . : Climatic change in cosmic perspective. — Icarus, 4, 289—307, New York 1965. PENCK, A . : Die Strahlungstheorie und die geologische Zeitrechnung. — Z. Ges. Erdk. Berlin, H. 9/10, 321—350, Berlin 1938.

Ein geophysikalisches Eiszeit-Modell

231

PITMAN, W. C. III, HERRON, E. M . & HEIRTZLER, J . R.: Magnetic anomalies in the Pacific and sea

floor spreading. — J . Geophys. Res., 73, 2069—2136, Richmond 1968. RAKIPOVA, L. R . : The influence of the arctic ice cover on the zonal distribution of atmospheric tem perature. — Rand Corp. Proc. Symp. Arct. H e a t Budget and Atm. Circul., 31. J a n . — 4 . Febr. 1966 Lake Arrowhead, C a l . , Mcmorand. R M - 5 2 3 3 - N S F , 4 1 1 — 4 4 1 , Santa Monica, C a l . 1966. RASCHKE, E.: The radiation balance of the earth-atmosphere system from radiation measurements of the Nimbus II meteorological satellite. — N A S A , TN D-4589, 81 S., Washington, D. C. 1968. RUNCORN, S. K.: Changes in the convection p a t t e r n in the earth's mantle and continental drift: Evidence for a cold origin of the earth. — S y m p . Continental Drift, Roy. Soc. Phil. Transact., 258, No. 1088, London 1965. SCHWARZBACH, M.: Das Klima der Vorzeit. — 2. Aufl., 275 S., Stuttgart 1961. — : Neuere Eiszeithypothesen. — Eiszeitalter u. Gegenwart, 19, 2 5 0 — 2 6 1 , Öhringen 1968. SCHWIND, M.: D a s japanische Inselreich. — 1, 333—337, Berlin 1967. SELLERS, W. D . : Physical climatology. — 272 S., Chicago 1965. SHAW, D. M. & DONN, W. L.: Milankovitch r a d i a t i o n variations: A quantitative evaluation. — Science, 162, 1270—1272, Washington 1968. STOYKO, A.: Mouvement seculaire du pole et l a variation des latitudes des stations du Sil. In MARKOWITZ, Wm. & GUINOT, B. (ed.): Continental drift, secular motion of the pole, and rotation of the earth. — Int. Astron. Union, S y m p . , 32, 52—56, Dordrecht 1968. STOYKO, N . : Variation seculaire des longitudes. In MARKOWITZ, W m . & GUINOT, B. (ed.): Continen tal drift, secular motion of the pole, and rotation of the earth. — Int. Astron. Union, 32, 57—62, Dordrecht 1968. VINE, F. J . : Spreading of the ocean floor: New evidence. — Science, 154, 1405—1416, Washington 1966. WEYL, P. K.: T h e role of the oceans in climatic change: A theory of the ice ages. — Am. Met. S o c , Met. Monogr., 8, 30, 37—62, Boston 1968. WILLETT, H. C : Long-period fluctuations of the general circulation of the atmosphere. — J Met., 6, 34—50, Boston 1949. WILSON, A. T.: Origin of ice ages: An ice shelf theory for pleistocene glaciation. — Nature, 201, 147—149, London 1964. — : Variation in solar insolation to the south p o l a r region as a trigger which induces instability in the antarctic ice sheet. — Nature, 210, 4 7 7 — 4 7 8 , London 1966. WISSMANN, H. VON: Die quartäre Vergletscherung in China: Die heutige und jungeiszeitliche Ver gletscherung in den Randgebieten Chinas. — Z. Ges. Erdk. Berlin, 241—262, Berlin 1937. — : Die heutige Vergletscherung und Schneegrenze in Hochasien, mit Hinweisen auf die Verglet scherung der letzten Eiszeit. — Ak. Wiss. u. Lit. Mainz, Abh. math.-naturw. Kl., J g . 1959, 14, 1101—1431, Wiesbaden 1959. WOERKOM, A. J . J . VAN: The astronomical theory of climate changes. In SHAPLEY, H . : Climatic change, 147—157, Cambridge, Mass. 1953. WOLDSTEDT, P . : Das Eiszeitalter. Grundlinien einer Geologie des Quartärs. — 1, 3. Aufl., 2 u. 3, 2. Aufl., Stuttgart 1958, 1961, 1965. — : Der Ablauf des Eiszeitalters. — Eiszeitalter u. Gegenwart, 1 7 , 153—158, Öhringen 1966. WUNDT, W.: D a s Reflexionsvermögen der Erde z u r Eiszeit. — Met. Z., 55, 81—87, Braunschweig 1938. — : Der Energiehaushalt der Erde im Laufe des Jahres und in der Erdgeschichte. — M e t . Z., 56, 325—329, Braunschweig 1939. — : Die M i t w i r k u n g der Erdbahnelemente bei d e r Entstehung der Eiszeiten. — Geol. Rdsch., 34, 713—747, Stuttgart 1944. Manuskr. eingeg. 27. 5. 1969. Anschrift des Verf.: Prof. Dr. H . Flohn, Meteorologisches Institut der Univ., Bonn, A u f dem Hügel 20.