Quartärforschung

Die Quartärforschung betreibt systematisch Untersuchungen zum erdgeschichtlichen Zeitabschnitt des Quartärs bzw. der jüngsten geologischen Periode. Diese Periode ist gekennzeichnet durch eine Serie von Kaltzeiten mit großflächigen Vergletscherungen, die sich mit relativ warmen, interglazialen Zeitabschnitten abwechseln, wie dem gegenwärtigen Holozän. Die Erforschung des Quartärs begann im späten 18. Jahrhundert, wobei sich dieser Forschungszweig erst im Laufe des 19. Jahrhunderts zusammen mit der Paläontologie etablierte. Wie in vielen anderen Wissenschaftsdisziplinen kämpften auch die frühen Pioniere der Quartärforschung mit der Überwindung festgefahrener Ideen und dogmatischer Vorstellungen, die vor allem auf einer wörtlichen Auslegung der Bibel mit der Sintflut als reales weltweites Ereignis beruhten. Die moderne Quartärforschung ist stark interdisziplinär geprägt und integriert Informationen aus verschiedenen Wissenschaften, wie Paläoklimatologie, Geologie, Ozeanographie, aber auch aus der Archäologie oder Anthropologie. Die Einbeziehung dieser Forschungsbereiche bei der Auswertung der quartären geologischen Archive hat seit Beginn des 20. Jahrhunderts maßgeblich dazu beigetragen, wie die jüngere Erdgeschichte heute interpretiert wird.

Geschichte der Quartärforschung und geologische Einordnung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Geologe Charles Lyell als einer der Mitbegründer der Quartärforschung

Der Begriff Quartär wurde geprägt vom italienischen Bergbauingenieur Giovanni Arduino (1714–1795). Er unterschied vier geologische Ordnungen, die die gesamte Erdgeschichte umfassten: Primär, Sekundär, Tertiär und Quartär.[1] Diese vier „Schichten“, die übereinander zu liegen schienen, manifestierten sich in Italien regional unterschiedlich. So identifizierte Arduino die Glimmerschiefer der Atesinischen Plattform im Umkreis der norditalienischen Städte Bozen und Trient als Primär, das Sekundär als die fossilreichen Ablagerungen der Südlichen Kalkalpen, das Tertiär als die fossilreichen Sedimentgesteine der Täler und das Quartär mit den Schottern der Po-Ebene.[2] Der Begriff Quartär wurde danach erst wieder im Jahr 1829 vom französischen Geologen Jules Desnoyers aufgegriffen, um die tertiären von den jüngeren Ablagerungen im Pariser Becken zu unterscheiden.[3] Der Begriff Quartär wurde kurze Zeit später im Jahr 1833 vom Franzosen Henri Reboul dahingehend beschrieben, dass die quartären Schichten die rezente Flora und Fauna aufweisen.[4]

Der erdgeschichtliche Zeitabschnitt des Quartärs ist gegenwärtig in die geochronologischen Epochen des Pleistozäns und des Holozäns unterteilt. Die Begriffsgeschichte dieser Zeitabschnitte gestaltete sich ebenfalls sehr langwierig. Die Bezeichnung Pleistozän wurde 1839 durch den schottischen Geologen Charles Lyell geprägt.[5] Lyell definierte das Pleistozän als jüngste geologische Ära. Als sich die Theorie der Gletscherentstehung etablierte, wurde im Jahr 1846 das Pleistozän von Edward Forbes mit dem Zeitalter der Gletscher (Glacial epoch) gleichgesetzt.[6]Moriz Hoernes führte 1853 den Begriff des Neogens ein[7] und bildete damit das übergeordnete System zu Lyells Miozän und Pliozän. Darauf Bezug nehmend spezifizierte Lyell im Jahr 1873, dass der Begriff Pleistozän „strictly synonymous with post-Pliocene“ („streng synonym zu Postpliozän“) verwendet werden sollte. In derselben Publikation trennte Lyell explizit das Pleistozän (Glazial) von der gegenwärtigen Zeit (Postglazial). Paul Gervais ersetzte kurze Zeit später den Begriff gegenwärtig durch Holozän.[1]

Demzufolge bestand zum Ende des 19. Jahrhunderts bereits die stratigraphische Nomenklatur des Quartärs. Allerdings war zu diesem Zeitpunkt noch unbekannt, wann das Tertiär endete und das Quartär begann. In der Geologie werden zu diesem Zweck Typlokalitäten bestimmt, die Grenzen zwischen unterschiedlichen stratigraphischen Einheiten bilden. Während des 18th International Geological Congress in London im Jahr 1948 wurde beschlossen, eine solche Typlokalität für die Pliozän-Pleistozän-(Tertiär-Quartär-)Grenze zu finden. Nach knapp drei Jahrzehnten wurde im Jahr 1985 an der Lokalität Vrica in Kalabrien ein solches stratigraphisches Referenzprofil festgelegt und ursprünglich auf ca. 1,64 Millionen Jahre datiert.[8][9] Eine genaue Altersbestimmung wurde erst durch die Einbeziehung radiometrischer Datierungsmethoden möglich, die seitdem einen zentralen Bestandteil der Quartärforschung bilden.

Die Entdeckung pleistozäner Säugetiere[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ausgrabung des ersten amerikanischen Mastodons, Gemälde von Charles Willson Peale, um 1806.

Die Forschungszweige, die zur heute anerkannten modernen Quartärforschung führten, waren breit gefächert, und die Erkenntnisse stammten aus vielen verschiedenen Disziplinen. Eine dieser Disziplinen war die Wirbeltierpaläontologie. Ebenso wie in anderen Wissenschaftszweigen führte eine zentrale Entdeckung zur Begründung einer neuen und eigenständigen Forschungslinie. Eine derartige Entdeckung geschah am Big Bone Lick, einem Fundort am Ohio River in Kentucky (USA).[10] Dies war die erste bedeutende Fossillagerstätte in der Neuen Welt, die Europäern bekannt war. Baron Charles de Lougueuil, der Kommandant einer französischen Militärexpedition, war vermutlich der erste Europäer, der diese Fundstätte im Jahr 1739 besuchte.[11] Er sammelte Fossilien des Amerikanischen Mastodons, die später von den französischen Naturforschern Louis Jean-Marie Daubenton, Georges-Louis Leclerc de Buffon und Georges Cuvier untersucht wurden. Letzterer veröffentlichte 1825 eine Beschreibung der Überreste des Big Bone Lick Mastodons.[12]

Der Fund eines Amerikanischen Mastodons leitete die Entdeckung der Kaltzeiten ein

Im Jahr 1803 erstanden die USA das Territorium Louisianas von den Franzosen. Dieses Territorium umfasste mehr als zwei Millionen Quadratkilometer und reichte vom Mississippi bis zu den Rocky Mountains. Als der damalige Präsident der Vereinigten Staaten Thomas Jefferson die Forscher Meriwether Lewis und William Clark aussandte, um dieses neue amerikanische Gebiet zu erkunden und zu kartieren, erwartete er möglicherweise die Entdeckung einiger lebender Exemplare des Mastodons bzw. anderer großer pleistozäner Säugetiere. Thomas Jefferson war ein begeisterter Naturforscher und zeigte großes Interesse an den fossilen Knochenfunden von Big Bone Lick.[10] 1807 beauftragte Thomas Jefferson den Entdecker William Clark im Anschluss an die Lewis-und-Clark-Expedition zu einer umfassenden Grabungskampagne am Big Bone Lick, die etwa 300 Exemplare unterschiedlichster Fossilien zum Vorschein brachte. Diese Fossilienfunde bildeten die Grundlage für die pleistozäne Wirbeltierpaläontologie auf zwei Kontinenten. Die Entdeckung des Mastodons sowie anderer pleistozäner Vertreter der Megafauna an diesem Standort beflügelte die Phantasie sowohl von Wissenschaftlern als auch von Politikern.

Georges Cuvier als Verfechter der Kataklysmentheorie und Begründer der Paläontologie

Basierend auf Funden dieser Art nahm das Forschungsgebiet der Wirbeltierpaläontologie im späten 18. und frühen 19. Jahrhundert zunehmend Konturen an. Einer der führenden Wissenschaftler dieser neuen Disziplin war der Franzose Georges Cuvier (1769–1832). Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war er Professor für Tieranatomie am Muséum national d’histoire naturelle in Paris. Cuvier galt als Gegner der Evolutionstheorie; sein wichtigster Beitrag zum damaligen Kenntnisstand der Wissenschaft war die Möglichkeit des Aussterbens von Lebensformen, basierend auf fossilen Knochenfunden. Bis in das 19. Jahrhundert hinein lehnten die meisten Philosophen und Naturforscher die Idee eines umfassenden Artensterbens ebenso ab wie die sich anschließende Entwicklung neuer Lebensformen. Vielmehr orientierten sie sich an der wörtlichen Auslegung der Bibel, mit einer Erschaffung der Erde vor wenigen tausend Jahren innerhalb eines Zeitraums von sechs Tagen (Kreationismus). Die pleistozänen Fossilfunde vieler Paläontologen führten daher nur allmählich zu einem Umdenken.[13]

Cuvier war der Begründer der Kataklysmentheorie und hielt an dieser Vorstellung sein Leben lang fest. Er erklärte das Aussterben von Arten mit periodisch auftretenden Revolutionen in der Erdgeschichte. Jede dieser Revolutionen war ein katastrophaler Umbruch, der zum Verschwinden eines Großteils der Arten führte. Im Gegensatz zu anderen Gelehrten seiner Zeit, die die Idee einer Sintflut vertraten (u. a. William Buckland), verband Cuvier diese Revolutionen nicht mit biblischen oder historischen Ereignissen. Statt dessen erwog er die Möglichkeit, dass die letzte große Revolution, die zum Aussterben von Spezies wie des Mastodons und des Mammuts führte, durch eine starke und plötzliche globale Abkühlung bewirkt wurde. Der schweizerisch-amerikanische Naturforscher Louis Agassiz griff diese Idee auf und entwickelte sie zum Konzept einer Großen Eiszeit weiter.[13]

Die Entdeckung der pleistozänen Vergletscherungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Louis Agassiz, bekannt geworden durch seine bahnbrechenden Studien zu den quartären Kaltzeiten

Louis Agassiz (1807–1873) präsentierte seine Theorie über die Große Eiszeit erstmals 1837 der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft in Neuchâtel. Dies war eine ideale Umgebung, um die anwesenden Geologen und Naturhistoriker von seiner Theorie zu überzeugen und die Wirkung des Gletschereises unmittelbar im alpinen Gelände zu demonstrieren. Agassiz zeigte dazu auf große Gesteinsblöcke (Findlinge) und Geröllansammlungen (Moränen), die durch das Gletschereis transportiert beziehungsweise aufgeschüttet worden waren, sowie auf Gletscherschliffe am Festgestein, die er mit der Bewegung der Eismassen begründete. Agassiz veröffentlichte seine Eiszeitheorie in den Büchern Étude sur les glaciers im Jahr 1840 sowie in Système glaciare im Jahr 1847.[13] Diese Bücher fassten seine Untersuchungen in Europa zusammen, wobei er später weitere Belege für eine großflächige Vergletscherung in Nordamerika fand. Agassiz' Theorie wurde anfangs von zahlreichen führenden Geologen abgelehnt, die nach wie vor die Ansicht vertraten, dass oberflächlich transportiertes Sediment auf die Sintflut zurückzuführen sei (Neptunismus). So sehr Agassiz' Theorie über die Vergletscherung überzeugte, so ablehnend wurden seine Aussagen zur pleistozänen Megafauna aufgenommen. Agassiz behauptete, man würde vermuten, dass Mammuts und andere ausgestorbene Arten ursprünglich an ein tropisches Klima angepasst gewesen seien. Jedoch sei das genaue Gegenteil der Fall gewesen, nämlich dass diese Arten in einer eiszeitlich geprägten Umwelt gelebt hatten.[13]

Andere europäische Wissenschaftler entdeckten ebenfalls Hinweise auf eine vergangene Kaltzeit, wie Jens Esmark in Norwegen oder Albrecht Reinhard Bernhardi in Deutschland, die jeweils deutliche Spuren ehemaliger Eisschilde dokumentierten. In der Schweiz fanden Ignaz Venetz und Johann von Charpentier geologische Belege für Gletschervorstöße weit über die Grenzen der gegenwärtigen alpinen Gletscher hinaus. Agassiz selbst sammelte zusätzliche Beweise für eine Vergletscherung in Großbritannien und Nordamerika. Von Agassiz′ Eiszeittheorie überzeugt forschten zahlreiche Geologen während des mittleren und späten 19. Jahrhunderts an der Rekonstruktion der eiszeitlichen Gletscherstände. Agassiz vermutete, dass die damaligen Eisschilde einen Großteil der mittleren und hohen Breiten der Erde bedeckt hatten. Kurz darauf mehrten sich die Hinweise auf verschiedene Vergletscherungsstadien, jeweils unterbrochen von kürzeren Warmzeiten. In den 1850er Jahren wurde von mindestens zwei großen Kaltzeiten im europäischen Raum ausgegangen. Bezugnehmend auf stratigraphische Befunde postulierte James Geikie 1877 vier oder fünf Vergletscherungsphasen während des Pleistozäns. Untersuchungen aus Nordamerika deuteten darauf hin, dass der letzte Gletschervorstoß nicht der ausgedehnteste war, da er die Relikte früherer Vergletscherungen nur zum Teil überlagert hatte. Geologen führten dazu die Begriffe Nebraskan, Kansan, Illinoian und Wisconsin ein, um die Abfolge von vier Vergletscherungen in Nordamerika zu klassifizieren. Diese waren durch drei Interglaziale voneinander getrennt (Aftonian, Yarmouthian und Sangamon). Als Meilenstein der Eiszeit- und Quartärforschung in Europa gilt das in den Jahren 1901 bis 1909 von Albrecht Penck und Eduard Brückner herausgegebene dreibändige Standardwerk Die Alpen im Eiszeitalter, das die vier alpinen Kaltzeiten Günz, Mindel, Riss und Würm umfassend beschrieb und eine wegweisende stratigraphische Grundlage zu diesem Themenbereich etablierte (basierend auf der Auswertung stratigraphischer Profile nordalpiner Flussterrassen[14]).

Theorien zur Entwicklung von Kaltzeiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zum Ende des 19. Jahrhunderts wurde von der Wissenschaft die Tatsache großräumiger Vergletscherungen allgemein akzeptiert, allerdings blieben die Ursachen und die genaue zeitliche Dauer der glazialen und interglazialen Phasen weiterhin unklar. Als gesichert galt lediglich, dass die wechselnden Klimazustände der jüngeren Erdgeschichte viele Jahrtausende beanspruchten. Zur Erklärung dieser Zyklen wurden mehrere Hypothesen entwickelt, so zum Beispiel Änderungen der atmosphärischen Kohlenstoffdioxid-Konzentration oder periodische Schwankungen der Sonnenaktivität.

Orbitaltheorie von James Croll[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine der frühesten Theorien über den periodischen Wechsel zwischen Glazialen und Interglazialen stammt vom schottischen Naturforscher James Croll (1821–1890). In der Korrespondenz mit Charles Lyell schilderte Croll seine Idee über den Zusammenhang der Vergletscherungen mit Änderungen der orbitalen Bahnelemente. Lyell war von dieser Annahme beeindruckt und ermöglichte Croll im Jahr 1867 eine Anstellung beim Geological Survey of Scotland. Hier wurde er von dem Geologen Archibald Geikie ermutigt, seine Theorie weiter auszubauen. Croll korrespondierte zu dieser Zeit regelmäßig mit Charles Darwin, wovon beide Wissenschaftler profitierten. Croll begann seine Theorie ab dem Jahr 1867 im Rahmen mehrerer Abhandlungen und Werke zu veröffentlichen. Als seine bekanntesten Publikationen gelten Climate and Time, in their Geological Relations im Jahr 1875 und Climate and Cosmology im Jahr 1885.[15]

1846 publizierte der französische Astronom Urbain Le Verrier Formeln zur Berechnung der Bahnelemente. Croll benutzte diese Veröffentlichung zur Rekonstruktion des Erdorbits (Exzentrizität) während der vergangenen drei Millionen Jahre. Dabei entdeckte er, dass Muster hoher Exzentrizität über hunderttausend Jahre Bestand hatten und sich mit Mustern geringer Exzentrizität abwechselten, so wie sie zum Zeitpunkt seiner Berechnungen vorlagen. Je stärker der Orbit von einer Kreisform abwich, umso größer war der Unterschied der solaren Einstrahlung im jahreszeitlichen Wechsel. Croll begriff die Bedeutung der Saisonalität der solaren Einstrahlung und erzielte damit einen der wichtigsten Erkenntnisgewinne der Paläoklimatologie.[15] Änderungen des Erdorbits führten demnach zu einer Verlängerung des Winters, da größere Schneemengen in den hohen Breiten fielen. Eine umfangreichere Schneedecke reflektiert mehr Sonnenstrahlung und verstärkt damit die orbitalen Effekte (Eis-Albedo-Rückkopplung). Croll sah in dieser Verstärkung den Auslöser für das Wachstum von Eisschilden. Crolls Theorie war von großer Bedeutung für die Klimatologie, allerdings zeigten nachfolgende Untersuchungen auch deutliche Mängel auf. Das Auftreten der pleistozänen Vergletscherungen konnte auf dieser Basis nur unzureichend dargestellt werden, zum anderen war Crolls Chronologie der Vergletscherungen fehlerhaft. Vor allem stufte er die jüngste Glazialphase weitaus älter ein, als die geologischen Untersuchungen von James Geikie (dem jüngeren Bruder von Archibald Geikie) und anderen zeigten. Croll konnte den Großteil seiner zeitgenössischen Kollegen nicht überzeugen, und in der Folge wurden seine Ideen bis in die 1940er Jahre weitgehend ignoriert.[15]

Milanković-Zyklen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diagramm der Milanković-Zyklen mit Übersicht der
Präzession (Precession),
Schiefe der Ekliptik (Obliquity),
Exzentrizität (Excentricity),
Schwankungen der Solarstrahlung auf die Erde (Solar Forcing) sowie den Kalt- und Warmzeiten (Stages of Glaciation).

Milutin Milanković (1879–1958) war ein jugoslawischer Mathematiker, der sich auf Geophysik und Astronomie spezialisierte. Im Jahr 1909 wurde er Mitglied an der Fakultät für Angewandte Mathematik an der Universität Belgrad. Durch seine Inhaftierung während des Ersten Weltkriegs durch Österreich-Ungarn konnte er seine Forschungstätigkeit über die mathematische Theorie des Klimawandels – basierend auf früheren Arbeiten von Joseph-Alphonse Adhémar und James Croll – erst 1920 fortsetzen und 1941 abschließen. Jedoch erklärte Adhémar das glaziale Klima ausschließlich über die Präzession, während Milanković die zyklischen Veränderungen der drei Bahnelemente des Erdorbits um die Sonne berücksichtigte: Exzentrizität, Ekliptik und Präzession. Auf der Grundlage dieser Orbitalparameter entwickelte er ein umfassendes mathematisches Modell, um damit die Abhängigkeit der solaren Einstrahlung von der geographischen Breite und den dazugehörigen Oberflächentemperaturen der letzten 600.000 Jahre zu berechnen.[16]

Sein nächster Schritt lag im Versuch der Korrelation der veränderlichen Orbitalparameter mit den Glazial-Interglazial-Zyklen. In Zusammenarbeit mit dem deutschen Klimatologen Wladimir Köppen ging Milanković davon aus, dass Schwankungen der Einstrahlung in gewissen Breitengraden und Jahreszeiten in der Lage sind, Vergletscherungsprozesse zu verstärken oder abzuschwächen. Dieser Ansatz fand in der Fachwelt jahrzehntelang nur geringe Resonanz und galt weitgehend als spekulativ.[16] Erst im Jahr 1976 publizierte der Geologe James Hays eine interdisziplinäre Studie über Tiefseesedimentbohrkerne. Darin postulierten Hays und seine Forschungskollegen eine große Übereinstimmung mit Milankovićs Vorhersagen im Zusammenhang mit dem Zeitpunkt und der Intensität von veränderten klimatischen Bedingungen in den vergangenen 450.000 Jahren. Die Untersuchung belegte, dass signifikante Klimaveränderungen eng mit den orbitalen Parametern Exzentrizität, Ekliptik und Präzession verknüpft sind.[17] Diese orbitalen Veränderungen sind heute bekannt als Milanković-Zyklen.

Allerdings gab es während des Quartärs mehrere Klimawandel-Ereignisse, die offenbar nicht mit allen astronomischen Parametern korrelierten, sondern nur mit einem einzigen Zyklus übereinstimmten, wobei auch ein „Umspringen“ vom 40.000-Jahre-Zyklus (Neigungswinkel der Erdachse) auf den 100.000-Jahre-Zyklus (Änderung der Exzentrizität) nachgewiesen wurde. Dessen ungeachtet ist die Theorie seit den 1980er Jahren in modifizierter und erweiterter Form ein fester Bestandteil von Paläoklimatologie und Quartärforschung und wird vielfach zur Rekonstruktion der Eiszeitphasen herangezogen.[18]

Analysewerkzeuge der Quartärforschung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Datierungsmethoden[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ohne eine absolute Altersbestimmung wäre es beispielsweise kaum möglich gewesen, die verschiedenen Komponenten der Milanković-Zyklen auf ihre klimatische Relevanz hin zu überprüfen. Bis in die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts konnte die Quartärforschung keine fundierten Aussagen über die genaue zeitliche Abfolge sowie über die Dauer der verschiedenen Kalt- und Warmzeiten treffen.[16] Die Chronologie quartärer Ereignisse wurde ausschließlich über relative Datierungsmethoden bestimmt und beschränkte sich auf eine Sequenz von Ereignissen, die aufgrund von Fossilfunden einem bestimmten stratigraphischen Profil zugeordnet wurden. Dabei blieb jedoch zwangsläufig offen, ob ein geologisches Ereignis 50.000 oder 150.000 Jahre zurücklag.

Uran-Zerfallsreihen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Entwicklung der radiometrischen Datierung revolutionierte nicht nur die Quartärforschung, sondern führte auch zur Etablierung der Subdisziplinen Geochronologie und Chronostratigraphie und erlangte somit große Bedeutung für alle Perioden des 541 Millionen Jahre umfassenden Phanerozoikums und darüber hinaus. Die Anfänge dieser Analysemethode reichen bis in das Jahr 1902 zurück, als die Physiker Ernest Rutherford und Frederick Soddy die Zerfallsreihe von radioaktiven Elementen entdeckten. Die Möglichkeit einer praktischen Nutzung für die Altersdatierung wurde von Rutherford erstmals 1904 erwähnt. Zwei Jahre später begann Rutherford mit der Berechnung des radioaktiven Zerfalls des Elements Uran. Dabei bilden sich Nuklide mit unterschiedlichen Halbwertszeiten und darauf basierend weitere Zerfallsreihen. So entstehen aus dem Mutterisotop 234U verschiedene Tochterisotope wie zum Beispiel das Thorium-Isotop 230Th. Mittels der Zerfallsreihen von Uran war es fortan möglich, das numerische Alter von magmatischen Gesteinen und vulkanogenen Sedimenten zu bestimmen, die vor Jahrmillionen durch eruptive Prozesse ausgestoßen und abgelagert worden waren. Indirekt konnte dadurch auch das Alter von benachbarten fossil­führenden Sedimentgesteinen definiert und somit die geologische Zeitskala mit numerischen Altersdaten versehen werden. Gegenwärtig gebräuchliche Methoden sind die Uran-Thorium-Datierung oder die Uran-Blei-Datierung. Um möglichst genaue Resultate zu erzielen, werden vielfach Zirkonkristalle verwendet. Diese eignen sich aufgrund ihrer Hitzeresistenz und ihrer dadurch stabil gebliebenen Gitterstruktur zur präzisen Analyse der darin eingeschlossenen radioaktiven Nuklide (wie 235U, 238U oder 232Th).

Radiokarbondatierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Den wohl wichtigsten Beitrag zur Datierung quartärer Fossilien und Sedimente lieferte die Entdeckung der Radiokarbonmethode (auch 14C-Methode genannt). Im Jahr 1940 entdeckten die Physiker Martin Kamen und Sam Ruben das langlebige radioaktive Kohlenstoffisotop 14C.[16] Kamen verwendete 14C als Tracer in biologischen Systemen und fand heraus, dass unter dem Einfluss von kosmischer Strahlung das Stickstoff-Isotop 14N in der Atmosphäre zu 14C umgewandelt wird. Die Existenz des Kohlenstoffisotops 14C wurde bereits 1934 postuliert, allerdings konnte es anfangs weder beobachtet noch charakterisiert werden. Kamen gelang es als erstem, die Halbwertszeit von 14C mit etwa 5.730 Jahren zu bestimmen.

Basierend auf Kamens Entdeckungen stellte der Chemiker Willard Libby 1947 fest, dass Pflanzen während ihrer Kohlenstoffaufnahme bei der Photosynthese Spuren von 14C absorbieren.[19] Nach ihrem Absterben endet die Absorption von Kohlenstoff, und das enthaltene 14C zerfällt in seiner gewohnten Rate, ohne ersetzt zu werden. Im Jahr 1952 entdeckte Libby schließlich, dass durch die Messung der verbliebenen 14C-Konzentration in den pflanzlichen Überresten der Absterbezeitpunkt bestimmt werden konnte. Zusätzlich wurden Konzentrationen von 14C auch im Gewebe von Tieren entdeckt, da diese durch ihre Nahrung direkt oder indirekt pflanzliches Material aufgenommen hatten. Die Radiokarbondatierung ermöglicht eine absolute Altersbestimmung von fossilen tierischen oder pflanzlichen Funden der letzten ca. 50.000 Jahre, deckt damit jedoch nur einen relativ kleinen Bereich des Quartärs ab. Zusätzlich können aus den natürlichen Schwankungen des 14C-Isotops und des stabilen Kohlenstoffisotops 12C die Zyklen der Sonnenaktivität, Veränderungen des geomagnetischen Dipolfeldes sowie der Austausch zwischen Kohlenstoffsenken und Atmosphäre berechnet werden.[20] Für die Entdeckung der Radiokarbondatierung erhielt Willard Libby 1960 den Nobelpreis für Chemie. Gegenwärtig führen die zunehmenden anthropogenen CO2-Emissionen zu einer deutlichen Verringerung der 14C-Anteile in der Atmosphäre. Dieser Effekt wird künftige Radiokarbondatierungen voraussichtlich beträchtlich erschweren beziehungsweise signifikant verfälschen.[21]

Lumineszenzdatierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Lumineszenzdatierung ist eine physikalische Altersbestimmung für quartäre Sedimente. Diese Methode basiert auf einem mit dem Probealter anwachsenden Strahlenschaden, der durch die emittierte Lumineszenz quantifiziert wird. Innerhalb dieser Form der Altersbestimmung wird je nach verwendeter Stimulationsenergie zwischen Thermolumineszenzdatierung (TL) und Optisch Stimulierter Lumineszenz (OSL) unterschieden. Die TL-Methode hat ihren Ursprung in den 1950er Jahren und wurde erstmals für die Datierung von gebrannter Keramik eingesetzt. Von großer Bedeutung speziell in der Quartärforschung ist die OSL-Methode. Sie basiert auf dem Prinzip, dass bei ausreichender Lichtexposition (beispielsweise Sonnenlicht) das gesamte Lumineszenzsignal zurückgesetzt wird. Das bedeutet, dass im Gegensatz zur Oberflächenexpositionsdatierung das Alter der Sedimentation bestimmt werden kann.[22] Die OSL-Datierung wurde Mitte der 1980er Jahre entwickelt.[23] Die Lumineszenzdatierung hat einen signifikanten Beitrag zur Quartärforschung geleistet, da es mit ihr erstmals möglich war, einzelne Mineralkörner zu datieren und nicht nur organische Bestandteile (wie bei der Radiokarbondatierung).[24] Die Lumineszenzdatierung deckt einen Messbereich von einigen Jahrhunderten bis etwa 150.000 Jahren ab.

Atom Trap Trace Analysis[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kryptondatierung unter Verwendung des Isotops 81Kr in Verbindung mit dem stabilen Isotop 83Kr wird in der Praxis seit dem Jahr 2011 eingesetzt. Den Durchbruch brachte eine neue Detektortechnologie auf der Grundlage der Atom Trap Trace Analysis (ATTA).[25] Mit einer Halbwertszeit von 230.000 Jahren eignet sich 81Kr innerhalb des quartären Zeitrahmens vor allem zur Untersuchung von Gletschern und alten Eisschichten, wie sie zum Beispiel auf Grönland und in der Antarktis vorkommen, und liefert dabei erheblich präzisere Resultate als herkömmliche Datierungsverfahren. Ein weiterer Anwendungsbereich dieser Methode ist die gegenwärtig sich noch im Anfangsstadium befindliche Detektierung des Argon-Isotops 39Ar zur Analyse von Gletschereis und ozeanischem Tiefenwasser.[26] Bei der Atom Trap Trace Analysis handelt es sich um eine magneto-optische „Atomfalle“ (MOT) unter Einsatz von Laserphysik zur Spurenanalyse seltener Edelgasisotope. Dabei wird jedes Atom des Probenmaterials einzeln gezählt, wobei zum Beispiel auf eine Billiarde Argon-Atome lediglich ein 39Ar-Isotop entfällt.

Standardproxys[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um fundierte Aussagen über Klima, Umweltbedingungen und geophysikalische Ereignisse früherer Epochen treffen zu können, verfügt die Quartärforschung über eine Vielzahl spezieller Mess- und Bestimmungsmethoden. Zum Standardinstrumentarium zählen Klimaproxys, die in natürlichen Archiven wie Baumringen, Tropfsteinen, Eisbohrkernen, Korallen, See- oder Ozeansedimenten zu finden sind. Diese werden nicht nur zur Rekonstruktion von Kalt- und Warmzeiten eingesetzt, sondern liefern darüber hinaus Informationen zur Sonnenaktivität, Niederschlagsintensität sowie zur Luftzusammensetzung. Um falsche Resultate möglichst auszuschließen, müssen Klimaproxys mit modernen, instrumentell ermittelten Datenreihen verglichen und an ihnen kalibriert werden. Nachfolgend ist eine Reihe von Proxys aufgeführt, die zu den Grundlagen der Quartärforschung zählen.

Hohlbohrer für die Entnahme dendrochronologischer Proben, darunter zwei Bohrkerne
  • Mit der Dendrochronologie lässt sich durch eine Jahresring-Auswertung das jährliche Baumwachstum in Abhängigkeit von Witterung, Umwelt und Klima rekonstruieren. Für einzelne europäische Baumarten wurden lückenlose Jahresringtabellen über einen Zeitraum von 10.000 Jahren erstellt. Momentaner „Rekordhalter“ ist der Hohenheimer Jahrringkalender,[27] an dem die mitteleuropäische Klimaentwicklung von der Gegenwart bis in die Jüngere Dryaszeit zurückverfolgt werden kann.[28]
  • Die Palynologie (Pollenanalyse) ist unter der Bezeichnung Pollenstratigraphie ein Teilbereich der Paläontologie und hat in der Quartärforschung und Paläoklimatologie ebenfalls an Bedeutung gewonnen. Dank ihrer globalen Verbreitung und ihrer großen Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen und geologischen Prozessen eignen sich urzeitliche Pollen, Sporen und Mikrofossilien bis in die geologische Gegenwart als Leitfossilien. Darüber hinaus können anhand der lokalen Häufigkeit und Artenvielfalt der Pollen auch komplexe Ökosysteme rekonstruiert werden.
  • Die Warvenchronologie, auch Bändertondatierung genannt, basiert auf der genauen Zählung von Ablagerungsschichten (Warven) in Still- und Fließgewässern wie Seen oder Flüssen. Falls die Zählung in einen absoluten Zeitrahmen eingebunden werden kann, ermöglicht dies eine Altersangabe in Warvenjahren. Der Anwendungsbereich der Warvenchronologie erstreckt sich über einen Zeitrahmen von etlichen hundert bis etwa 30.000 Jahren und reicht in Einzelfällen darüber hinaus.[29]
  • Eisbohrkerne gehören zu den genauesten Klimaarchiven und werden deshalb sehr methodisch analysiert und ausgewertet. Neben Gebirgsgletschern, aus deren Bohrkernen unter günstigen Bedingungen die regionalen Klimaverläufe der letzten Jahrtausende rekonstruiert werden können, eignen sich der grönländische und der antarktische Landeisschild zu detaillierten Analysen über längere Zeiträume. Während das bisher älteste untersuchte Grönland-Eis rund 123.000 Jahre abdeckt und damit die Eem-Warmzeit einschließt, konnte im Rahmen des Projekts EPICA ein Antarktis-Bohrkern mit einem Gesamtalter von über 800.000 Jahren geborgen werden.[30] Die „fossilen“ Luftbläschen innerhalb eines Eisbohrkerns sind Archive für die Zusammensetzung der Atmosphäre und hier vor allem für die Kohlenstoffdioxid- und Methan-Konzentrationen, die, gekoppelt an die Kalt- und Warmphasen eines Eiszeitzyklus, starken Schwankungen unterlagen und zusammen mit den Milanković-Zyklen einen wesentlichen Klimafaktor bilden.[31] Außerdem liefern Eisbohrkerne Daten zur Sonnenaktivität, zu Lufttemperaturen, zu Verdunstungs- und Kondensationsprozessen sowie zu Anomalien des Erdmagnetfeldes.
  • Ozeanische Sedimente. Die über längere Zeiträume auf den Kontinentalschelfen oder in der Tiefsee entstandenen Ablagerungsschichten werden in biogene, lithogene und hydrogene Sedimente unterteilt. Je nach Ursprung erlauben die Bohrkernproben Rückschlüsse auf die geographische Verbreitung von Lebewesen, Zustandsänderungen von Meeresströmungen oder Klimaschwankungen der Vergangenheit. Die genaue Datierung ozeanischer Bohrkernproben schwankt normalerweise sehr stark und ist abhängig von deren Alter und von der Geschwindigkeit der jeweiligen Sedimentationsprozesse. Ablagerungen aus dem Holozän erlauben unter günstigen Bedingungen eine zeitliche Auflösung von einigen Jahrzehnten.
  • Tropfsteine wie Stalagmiten und Stalaktiten kommen weltweit vor und sind fast zwangsläufig in den Höhlen von Karst- und Kalkgesteingebieten zu finden. Tropfsteine entstehen aus dem mit Kohlenstoffdioxid angereicherten Oberflächenwasser, das auf seinem Weg durch Spalten und poröses Material organische Säuren aufnimmt, die im Verbund mit dem Kohlenstoffdioxid das im Gestein enthaltene Calciumcarbonat lösen. Das Verhältnis der Sauerstoffisotope im Tropfsteinkalk, die Dicke der Wachstumslagen und die Anteile diverser Spurenelemente summieren sich zu einem auf Jahrzehnte genauen Umweltarchiv, das auch abrupte und kurzzeitige Umschwünge wie die Dansgaard-Oeschger-Ereignisse der letzten Kaltzeit verzeichnet. Tropfsteine können – je nach Dauer der Wasser- und damit der Calciumcarbonatzufuhr – sehr lange wachsen und erreichen mitunter ein Alter von mehreren Hunderttausend Jahren.
  • Das Paläothermometer δ18O (Delta-O-18), mit dem in den 1970er Jahren erstmals die Temperaturen im Verlauf des Känozoikums messtechnisch bestimmt wurden, basiert auf dem Verhältnis der stabilen Sauerstoff-Isotope 18O und 16O. Dieses vielfältig einsetzbare Verfahren eignet sich für die Rekonstruktion von Niederschlagstemperaturen und dient zudem als Indikator von Prozessen der Isotopenfraktionierung wie der Methanogenese. In der Quartärforschung werden 18O/16O-Daten als Temperaturproxy unter anderem von fossilen Foraminiferen, von Eisbohrkernen, Tropfsteinen und Süßwassersedimenten verwendet.[32]

Gegenwärtige Quartärforschung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Modelle für die zukünftige Entwicklung der globalen Erwärmung basieren auf rekonstruierten Temperaturangaben aus der Vergangenheit.

Die Quartärforschung ist ein stark interdisziplinär geprägtes Forschungsfeld, das sich mit Umweltveränderungen der letzten 2,6 Millionen Jahre (der Zeitspanne des Quartärs) beschäftigt. Ziel der Quartärforscher ist die Auswertung der geologischen Archive dieser Zeit, um jene Schlüsselfaktoren, die Veränderungsprozesse auslösen und steuern, auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen zu erfassen.[33] Die Schlüsselfaktoren können sowohl physikalischen, chemischen, biologischen, atmosphärischen, aber auch anthropogenen Ursprungs sein. Dieses breite Forschungsspektrum erfordert einen umfassenden Informationsaustausch zwischen zahlreichen naturwissenschaftlichen und technischen Disziplinen. Zum Beispiel wurden die Grundlagen einer genauen Altersdatierung erst durch die Entwicklungen der Atomphysik des frühen 20. Jahrhunderts geschaffen. Erkenntnisgewinne in der Evolutionsbiologie oder präzise Analysemöglichkeiten von Biomolekülen ließen eine verbesserte Interpretation von quartären Fossilfunden zu. Neuerungen aus dem Ingenieurwesen nach Ende des Zweiten Weltkrieges führten dazu, dass Bohrkerne wie EPICA, GISP und GRIP aus ozeanischen Sedimenten oder aus den grönländischen und antarktischen Eisschilden gewonnen werden konnten. Diese Bohrkerne lieferten unter anderem auch neue Hinweise zur Klimasensitivität der Erde. So kommen die Autoren einer 2016 veröffentlichten Studie nach einer Analyse der letzten 784.000 Jahre mit acht kompletten Warm-und-Kalt-Zyklen zu dem Ergebnis, dass die Klimasensitivität in hohem Maße temperaturabhängig ist. Danach liegt die Klimasensitivität während einer Kaltzeit wie dem Würm- beziehungsweise Weichsel-Glazial bei rund 2 °C und erhöht sich unter Warmzeitbedingungen um annähernd das Doppelte.[34]

Die Auswertung der quartären geologischen Archive trug seit Beginn des 20. Jahrhunderts maßgeblich dazu bei, wie die jüngere Erdgeschichte heute interpretiert wird.[35] Das Instrumentarium zur Analyse dieser geologischen Gegebenheiten wuchs stetig an und ermöglichte Rekonstruktionen mit einer zeitlichen Auflösung, wie sie vor wenigen Jahrzehnten noch undenkbar war (vor allem im Hinblick auf abrupte Klimawandel-Ereignisse).

Während des Quartärs hatte die Erde ihr gegenwärtiges physisches Erscheinungsbild hinsichtlich der Größe und Verteilung der Kontinente und Gebirge, der Meeresströmungen, der Zusammensetzung der Erdatmosphäre oder der großen Biome im Wesentlichen bereits angenommen. Allerdings gaben die geologischen Archive auch darüber Aufschluss, dass sich das irdische Klimasystem oftmals und zum Teil markant verändert hatte. Im Laufe des Quartärs entstand zudem der moderne Mensch, der im Zuge seiner weltweiten Ausbreitung allmählich zum dominierenden Einflussfaktor auf die irdische Biosphäre wurde.

Die Tatsache des gegenwärtigen Klimawandels in Verbund mit anderen Faktoren wie Artensterben, Versauerung der Ozeane oder Reduzierung natürlicher Biotope führte zum Entwurf des Anthropozäns (altgriechisch: Das menschengemachte Neue), das nach den Vorstellungen britischer Geologen und des niederländischen Nobelpreisträgers für Chemie, Paul J. Crutzen, als jüngster Zeitabschnitt in das chronostratigraphische System der Erdgeschichte implementiert werden sollte.[36][37] Auf dem 35. Internationalen Geologischen Kongress in Kapstadt 2016 schloss sich die 2009 gebildete Arbeitsgruppe zum Anthropozän dieser Position an, wobei das Jahr 1950 als Startpunkt der neuen Epoche favorisiert wurde. Die endgültige Entscheidung über den künftigen Status des Anthropozäns wird von der International Commission on Stratigraphy (ICS) getroffen.

Quartärforscher integrieren Informationen aus diversen Naturwissenschaften wie der Klimatologie, Ökologie, Geologie, physischen Geographie oder der Ozeanographie, aber auch aus Humanwissenschaften wie der Archäologie oder Anthropologie. Dahinter steht die Notwendigkeit eines inter- und multidisziplinären Ansatzes für das Verständnis des Erdsystems und schließt die Herausforderung mit ein, das Gefahrenpotenzial globaler Umweltveränderungen zu erkennen und einzugrenzen.[33] Der deutsche Quartärforscher Paul Woldstedt merkte bereits im Jahr 1951 an, dass die Quartärforschung „zum Verständnis der Gegenwart und unserer Stellung in ihr“ beiträgt.[38]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Referenzwerke und Übersichten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Scott Elias und Cary Mock (Hrsg.): Encyclopedia of Quaternary Science. 2. Auflage. Elsevier, 2013, ISBN 978-0-444-53643-3 (bedeutendes Nachschlagwerk zu dem Thema, die ersten Kapitel befassen sich mit der Entwicklung der Quartärforschung selbst).
  • Vivien Gornitz (Hrsg.): Encyclopedia of Paleoclimatology and Ancient Environments (= Encyclopedia of Earth Sciences Series). 2009, ISBN 978-1-4020-4551-6, Abschnitte Glaciations, Quarternary u. a.
  • Mike Walker: Quaternary Science 2007: a Fifty-Year Retrospective. In: Journal of the Geological Society. Dezember 2007, doi:10.1144/0016-76492006-195 (Überblick über die Forschungsgeschichte seit Mitte des 20. Jh.).

Einführungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

deutschsprachig

  • Jürgen Ehlers: Das Eiszeitalter. Spektrum Akademischer Verlag, 2011, ISBN 978-3-8274-2327-6 (einführendes Werk, das sich an ein breites Publikum richtet).
  • Karl N. Thome: Einführung in das Quartär: Das Zeitalter der Gletscher. 2. Auflage. Springer, 2013, ISBN 978-3-642-58744-3 (unveränderte Neuauflage der Ausgabe von 1999, berücksichtigt nur die Literatur bis Anfang der 1990er Jahre).
  • Albert Schreiner: Einführung in die Quartärgeologie. 2. Auflage. Schweizerbart, 1997, ISBN 3-510-65177-4.
  • Jürgen Ehlers: Allgemeine und historische Quartärgeologie. Enke, 1994, ISBN 3-432-25911-5.

englischsprachig

  • J. John Lowe und Michael J. C. Walker: Reconstructing Quaternary Environments. 3. Auflage. Routledge, 2014, ISBN 978-1-317-75371-1 (stark methodenorientierte Einführung und Übersicht).
  • Neil Roberts: The Holocene: An Environmental History. Wiley, 2014, ISBN 978-1-4051-5521-2 (Einführung für Undergraduate-Studenten mit Schwerpunkt auf dem Holozän, auch mit Kapiteln über Methoden und das Pleistozän).
  • Raymond S. Bradley: Paleoclimatology. Reconstructing Climates of the Quaternary (= International geophysics series. Band 68). 3. Auflage. Academic Press, 2013, ISBN 978-0-12-386995-1 (Schwerpunkt auf Übersicht über paläoklimatischen Methoden, häufig zitiertes Werk für fortgeschrittene Studenten und für Forscher, hat 2015 einen Textbook Excellence Award („Texty“) gewonnen).
  • William F. Ruddiman: Earth's Climate: Past and Future. W. H. Freeman, 2008, ISBN 978-0-7167-8490-6 (Einführung in die Klimageschichte, häufig zitiert, für das Quartär sind besonders die Teile III und IV relevant).
  • Harry John Betteley Birks und Hilary H. Birks: Quaternary Palaeoecology. Blackburn Press, 2004, ISBN 1-930665-56-3 (Einführung in die quartäre Paläoökologie, Kapitel 1 und Kapitel 2 online).

Methodenorientierte Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Mike Walker: Quaternary Dating Methods: An Introduction. Wiley, 2013, ISBN 978-1-118-70009-9 (häufig zitiertes einführendes Werk zu Datierungsmethoden).
  • Jay Stratton Noller, Janet M. Sowers und William R. Lettis: Quaternary Geochronology: Methods and Applications. Wiley, 2000, ISBN 0-87590-950-7.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Otfried Wagenbreth: Geschichte der Geologie in Deutschland, Springer Spektrum 1999, 2015
  • Tobias Krüger: Die Entdeckung der Eiszeiten – Internationale Rezeption und Konsequenzen für das Verständnis der Klimageschichte. Schwabe-Verlag, Basel, 2008, ISBN 978-3-7965-2439-4.
  • R. H. Grapes, David Oldroyd, A. Grigelis (Hrsg.): History of Geomorphology and Quarternary Geology, Geological Society of London Special Publication 301, 2008

Wissenschaftliche Zeitschriften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • E&G – Quaternary Science Journal – erschien zwischen 1951 und 2005 als „Eiszeitalter und Gegenwart“, herausgegeben von der Deutschen Quartärvereinigung (DEUQUA), freier Zugang, englisch- und deutschsprachige Artikel, darunter viele mit Bezug zu Deutschland
  • Quaternary Science Reviews – seit 1982 erscheinende englischsprachige Fachzeitschrift mit vielen Übersichtsarbeiten, hat unter den auf das Quartär spezialisierten Zeitschriften den mit Abstand höchsten Impact Factor
  • Quaternary Research – erscheint seit 1970, englischsprachig, international und interdisziplinär ausgerichtete Zeitschrift des Quaternary Research Center der University of Washington mit einem Schwerpunkt auf Mensch-Umwelt Wechselwirkungen im Quartär
  • Boreas – seit 1972 erscheinende, auf das Quartär spezialisierte englischsprachige Zeitschrift
  • Journal of Quaternary Science – englischsprachig, seit 1986, vor allem Originalarbeiten zur gesamten Quartärforschung, wird für die Quaternary Research Association (QRA) veröffentlicht, mit einem Schwerpunkt auf interdisziplinäre Arbeiten von internationalem Interesse
  • Quaternary International – erscheint seit 1989, englischsprachige Zeitschrift der International Union for Quaternary Research (INQUA), die das gesamte Spektrum der in der Quartärforschung zur Anwendung kommenden Naturwissenschaften abdecken will, publiziert vor allem Forschungsarbeiten, die zuvor auf Veranstaltungen der INQUA vorgestellt wurden
  • The Holocene – seit 1991, veröffentlicht ausschließlich Arbeiten zum Holozän, hat einen hohem Anteil an Beiträgen über das Wechselverhältnis von Mensch und Umwelt
  • Quaternary Geochronology – seit 2006, spezialisiert auf Datierungsmethoden der Quartärforschung

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. ab S. A. Elias: History of Quaternary Science. In: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 11. (PDF der zweiten Ausgabe, 2013)
  2. M. Allaby: Earth Science: A scientific History of the Solid Earth. Facts On File, 2009, ISBN 978-0-8160-6097-9, S. 127.
  3. J. Desnoyers: Observations sur un ensemble de dépôts marins plus recents que les terrains tertiaries du bassin de la Seine, et constituant une formation geologique distincte; precedees d’une aperçu de la non-simulaneite des bassins tertiares. In: Annals Sciences Naturelles (Paris). 16, 1829, S. 171–214, S. 402–491.
  4. Henri Reboul: Géologie de la période Quaternaire et introduction a l’histoire ancienne. F. G. Levrault, Paris 1833, S. 1–2. (Digitalisat)
  5. F. Gradstein, J. Ogg, M. Schmitz, G. Ogg: The Geologic Time Scale 2012. Elsevier, 2012, ISBN 978-0-444-59425-9, S. 411.
  6. E. Forbes: On the connection between the distribution of existing fauna and flora of the British Isles, and the geological changes which have affected their area, especially during the epoch of the Northern Drift. In: Great Britain Geological Survey Memoir. 1, 1846, S. 336–342.
  7. M. Hörnes: Mittheilung an Prof. Bronn gerichtet. Wien, 3. Okt., 1853. Neues Jahrbuch Mineralogie Geologie Geognosie und Petrefaktenkunde 1853, S. 806–810.
  8. E. Aguirre, G. Pasini: The Pliocene–Pleistocene boundary. In: Episodes. 8, 1985, S. 116–120.
  9. M. G. Bassett: Towards a 'common language' in stratigraphy. In: Episodes. 8, 1985, S. 87–92.
  10. ab S. A. Elias: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 12.
  11. R. F. Noss: Forgotten Grasslands of the South: Natural History and Conservation. Island Press, 2012, ISBN 978-1-59726-489-1, S. 219.
  12. G. Cuvier: Recherches sur les ossemens fossiles: où l’on rétablit les charactères de plusieurs animaux dont les révolutions du globe ont détruit les espèces. G. Dufour et E. d’Ocagne, Paris 1825.
  13. abcd S. A. Elias: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 13.
  14. A. Penck, E. Brückner: Die Alpen im Eiszeitalter. Tachnitz, Leipzig 1909.
  15. abc S. A. Elias: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 15.
  16. abcd S. A. Elias: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 16.
  17. J. D. Hays, J. Imbrie, N. J. Shackleton: Variations in the Earth’s orbit: Pacemaker of the Ice Ages. In: Science. 194, 1976, S. 1121–1132.
  18. A. Berger, M. Cruci, D. A. Hodell, C. Mangili, J. F. McManus, B. Otto-Bliesner, K. Pol, D. Raynaud, L. C. Skinner, P. C. Tzedakis, E. W. Wolff, Q. Z. Yin, A. Abe-Ouchi, C. Barbante, V. Brovkin, I. Cacho, E. Capron, P. Ferretti, A. Ganopolski, J. O. Grimalt, B. Hönisch, K. Kawamura, A. Landais, V. Margari, B. Martrat, V. Masson-Delmotte, Z. Mokeddem, F. Parrenin, A. A. Prokopenko, H. Rashid, M. Schulz, N. Vazquez Riveiros (Past Interglacials Working Group of PAGES): Interglacials of the last 800,000 years. (PDF) In: Reviews of Geophysics (AGU Publications). 54, Nr. 1, März 2016, S. 162–219. doi:10.1002/2015RG000482.
  19. W. F. Libby: Radiocarbon Dating. University of Chicago Press, Chicago 1952.
  20. K. Hughen, S. Lehman, J. Southon, J. Overpeck, O. Marchal, C. Herring, J. Turnbull: 14C Activity and Global Carbon Cycle Changes over the Past 50,000 Years. (PDF) In: Science. 303, Nr. 5655, Januar 2004, S. 202–207. doi:10.1126/science.1090300.
  21. Heather D. Graven: Impact of fossil fuel emissions on atmospheric radiocarbon and various applications of radiocarbon over this century. In: pnas. 112, Nr. 31, Juli 2015, S. 9542–9545. doi:10.1073/pnas.1504467112.
  22. F. Preusser: Lumineszenzdatierung von Sedimenten als Beitrag zur Rekonstruktion der pleistozänen Klimageschichte des Alpenraumes. In: Zeitschrift für Gletscherkunde und Glazialgeologie. 38 (2) 2002, S. 95–116.
  23. D. J. Huntley, D. I. Godfrey-Smith, M. L. W. Thewalt: Optical dating of sediments. In: Nature. 313, 1985, S. 105–107.
  24. S. A. Elias: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 17.
  25. Christo Buizerta, Daniel Baggenstos, Wei Jiang, Roland Purtschert, Vasilii V. Petrenko, Zheng-Tian Luc, Peter Müller, Tanner Kuhl, James Lee, Jeffrey P. Severinghaus, Edward J. Brook: Radiometric 81Kr dating identifies 120,000-year-old ice at Taylor Glacier, Antarctica. (html) In: PNAS. 111, Nr. 19, Mai 2014, S. 6876–6881. doi:10.1073/pnas.1320329111.
  26. F. Ritterbusch, S. Ebser, J. Welte, T. Reichel, A. Kersting, R. Purtschert, W. Aeschbach-Hertig, M. K. Oberthaler: Groundwater dating with Atom Trap Trace Analysis of 39Ar. (html) In: Geophysical Research Letters. 41, Nr. 19, Oktober 2014, S. 6758–6764. doi:10.1002/2014GL061120.
  27. Universität Hohenheim (Institut für Botanik): Dendrochronologie – Der Hohenheimer Jahrringkalender.
  28. Marco Spurk, Michael Friedrich, Jutta Hofmann, Sabine Remmele, Burkhard Frenzel, Hanns Hubert Leuschner, Bernd Kromer: Revisions and extension of the Hohenheim oak and pine chronologies: New evidence about the timing of the Younger Dryas/Preboreal transition. Inː Radiocarbon, 40, 1998, S. 1107–1116.
  29. A. Brauer: Weichselzeitliche Seesedimente des Holzmaares – Warvenchronologie des Hochglazials und Nachweis von Klimaschwankungen. In documenta naturae, München 1994, ISSN 0723-8428, S. 85.
  30. F. Wilhelms, H. Miller, M. D. Gerasimoff, C. Druecker, A. Frenzel, D. Fritzsche, H. Grobe, S. B. Hansen, S. A. E. Hilmarsson, G. Hoffmann, K. Hörnby, A. Jaeschke, S. S. Jakobsdottir, P. Juckschat, A. Karsten, L. Karsten, P. R. Kaufmann, T. Karlin, E. Kohlberg, G. Kleffel, A. Lambrecht, A. Lambrecht, G. Lawer, I. Schaermeli, J. Schmitt, S. G. Sheldon, M. Takata, M. Trenke, B. Twarloh, F. Valero-Delgado, D. Wilhelms-Dick: The EPICA Dronning Maud Land deep drilling operation. (PDF) In: Annals of Glaciology. 55, Nr. 68, 2014, S. 355–366. doi:10.3189/2014AoG68A189.
  31. Jeremy D. Shakun, Peter U. Clark, Feng He, Shaun A. Marcott, Alan C. Mix, Zhengyu Liu, Bette Otto-Bliesner, Andreas Schmittner, Edouard Bard: Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation. (PDF) In: Nature. 484, Nr. 7392, April 2012, S. 49–54. doi:10.1038/nature10915.
  32. Melanie J. Leng, Jim D. Marshall: Palaeoclimate interpretation of stable isotope data from lake sediment archives. In: Quaternary Science Reviews. Band 23, Nr. 7–8, April 2004, S. 811–831, doi:10.1016/j.quascirev.2003.06.012.
  33. ab S. A. Elias: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 28.
  34. Tobias Friedrich, Axel Timmermann, Michelle Tigchelaar, Oliver Elison Timm, Andrey Ganopolski: Nonlinear climate sensitivity and its implications for future greenhouse warming. (PDF) In: Science Advances. 2, Nr. 11, November 2016. doi:10.1126/sciadv.1501923.
  35. S. C. Porter: INQUA and Quaternary Science at the millennium: A personal retrospective. In: Quaternary International. 62, 1999, S. 111–117.
  36. Jan Zalasiewicz, Mark Williams, Will Steffen, Paul Crutzen: The New World of the Anthropocene. (PDF) In: Environmental Science & Technology. 44, Nr. 7, 2010, S. 2228–2231. doi:10.1021/es903118j.
  37. Will Steffen, Jacques Grinevald, Paul Crutzen, John McNeill: The Anthropocene: conceptual and historical perspectives. In: The Royal Society, Philosophical Transactions A. 369, Nr. 1938, Januar 2011. doi:10.1098/rsta.2010.0327.
  38. P. Woldstedt: Quartärforschung – einleitende Worte. In: Eiszeitalter und Gegenwart. 1, 1951, S. 15. pdf online
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Die Quartärforschung betreibt systematisch Untersuchungen zum erdgeschichtlichen Zeitabschnitt des Quartärs bzw. der jüngsten geologischen Periode. Diese Periode ist gekennzeichnet durch eine Serie von Kaltzeiten mit großflächigen Vergletscherungen, die sich mit relativ warmen, interglazialen Zeitabschnitten abwechseln, wie dem gegenwärtigen Holozän. Die Erforschung des Quartärs begann im späten 18. Jahrhundert, wobei sich dieser Forschungszweig erst im Laufe des 19. Jahrhunderts zusammen mit der Paläontologie etablierte. Wie in vielen anderen Wissenschaftsdisziplinen kämpften auch die frühen Pioniere der Quartärforschung mit der Überwindung festgefahrener Ideen und dogmatischer Vorstellungen, die vor allem auf einer wörtlichen Auslegung der Bibel mit der Sintflut als reales weltweites Ereignis beruhten. Die moderne Quartärforschung ist stark interdisziplinär geprägt und integriert Informationen aus verschiedenen Wissenschaften, wie Paläoklimatologie, Geologie, Ozeanographie, aber auch aus der Archäologie oder Anthropologie. Die Einbeziehung dieser Forschungsbereiche bei der Auswertung der quartären geologischen Archive hat seit Beginn des 20. Jahrhunderts maßgeblich dazu beigetragen, wie die jüngere Erdgeschichte heute interpretiert wird.

Geschichte der Quartärforschung und geologische Einordnung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Geologe Charles Lyell als einer der Mitbegründer der Quartärforschung

Der Begriff Quartär wurde geprägt vom italienischen Bergbauingenieur Giovanni Arduino (1714–1795). Er unterschied vier geologische Ordnungen, die die gesamte Erdgeschichte umfassten: Primär, Sekundär, Tertiär und Quartär.[1] Diese vier „Schichten“, die übereinander zu liegen schienen, manifestierten sich in Italien regional unterschiedlich. So identifizierte Arduino die Glimmerschiefer der Atesinischen Plattform im Umkreis der norditalienischen Städte Bozen und Trient als Primär, das Sekundär als die fossilreichen Ablagerungen der Südlichen Kalkalpen, das Tertiär als die fossilreichen Sedimentgesteine der Täler und das Quartär mit den Schottern der Po-Ebene.[2] Der Begriff Quartär wurde danach erst wieder im Jahr 1829 vom französischen Geologen Jules Desnoyers aufgegriffen, um die tertiären von den jüngeren Ablagerungen im Pariser Becken zu unterscheiden.[3] Der Begriff Quartär wurde kurze Zeit später im Jahr 1833 vom Franzosen Henri Reboul dahingehend beschrieben, dass die quartären Schichten die rezente Flora und Fauna aufweisen.[4]

Der erdgeschichtliche Zeitabschnitt des Quartärs ist gegenwärtig in die geochronologischen Epochen des Pleistozäns und des Holozäns unterteilt. Die Begriffsgeschichte dieser Zeitabschnitte gestaltete sich ebenfalls sehr langwierig. Die Bezeichnung Pleistozän wurde 1839 durch den schottischen Geologen Charles Lyell geprägt.[5] Lyell definierte das Pleistozän als jüngste geologische Ära. Als sich die Theorie der Gletscherentstehung etablierte, wurde im Jahr 1846 das Pleistozän von Edward Forbes mit dem Zeitalter der Gletscher (Glacial epoch) gleichgesetzt.[6]Moriz Hoernes führte 1853 den Begriff des Neogens ein[7] und bildete damit das übergeordnete System zu Lyells Miozän und Pliozän. Darauf Bezug nehmend spezifizierte Lyell im Jahr 1873, dass der Begriff Pleistozän „strictly synonymous with post-Pliocene“ („streng synonym zu Postpliozän“) verwendet werden sollte. In derselben Publikation trennte Lyell explizit das Pleistozän (Glazial) von der gegenwärtigen Zeit (Postglazial). Paul Gervais ersetzte kurze Zeit später den Begriff gegenwärtig durch Holozän.[1]

Demzufolge bestand zum Ende des 19. Jahrhunderts bereits die stratigraphische Nomenklatur des Quartärs. Allerdings war zu diesem Zeitpunkt noch unbekannt, wann das Tertiär endete und das Quartär begann. In der Geologie werden zu diesem Zweck Typlokalitäten bestimmt, die Grenzen zwischen unterschiedlichen stratigraphischen Einheiten bilden. Während des 18th International Geological Congress in London im Jahr 1948 wurde beschlossen, eine solche Typlokalität für die Pliozän-Pleistozän-(Tertiär-Quartär-)Grenze zu finden. Nach knapp drei Jahrzehnten wurde im Jahr 1985 an der Lokalität Vrica in Kalabrien ein solches stratigraphisches Referenzprofil festgelegt und ursprünglich auf ca. 1,64 Millionen Jahre datiert.[8][9] Eine genaue Altersbestimmung wurde erst durch die Einbeziehung radiometrischer Datierungsmethoden möglich, die seitdem einen zentralen Bestandteil der Quartärforschung bilden.

Die Entdeckung pleistozäner Säugetiere[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ausgrabung des ersten amerikanischen Mastodons, Gemälde von Charles Willson Peale, um 1806.

Die Forschungszweige, die zur heute anerkannten modernen Quartärforschung führten, waren breit gefächert, und die Erkenntnisse stammten aus vielen verschiedenen Disziplinen. Eine dieser Disziplinen war die Wirbeltierpaläontologie. Ebenso wie in anderen Wissenschaftszweigen führte eine zentrale Entdeckung zur Begründung einer neuen und eigenständigen Forschungslinie. Eine derartige Entdeckung geschah am Big Bone Lick, einem Fundort am Ohio River in Kentucky (USA).[10] Dies war die erste bedeutende Fossillagerstätte in der Neuen Welt, die Europäern bekannt war. Baron Charles de Lougueuil, der Kommandant einer französischen Militärexpedition, war vermutlich der erste Europäer, der diese Fundstätte im Jahr 1739 besuchte.[11] Er sammelte Fossilien des Amerikanischen Mastodons, die später von den französischen Naturforschern Louis Jean-Marie Daubenton, Georges-Louis Leclerc de Buffon und Georges Cuvier untersucht wurden. Letzterer veröffentlichte 1825 eine Beschreibung der Überreste des Big Bone Lick Mastodons.[12]

Der Fund eines Amerikanischen Mastodons leitete die Entdeckung der Kaltzeiten ein

Im Jahr 1803 erstanden die USA das Territorium Louisianas von den Franzosen. Dieses Territorium umfasste mehr als zwei Millionen Quadratkilometer und reichte vom Mississippi bis zu den Rocky Mountains. Als der damalige Präsident der Vereinigten Staaten Thomas Jefferson die Forscher Meriwether Lewis und William Clark aussandte, um dieses neue amerikanische Gebiet zu erkunden und zu kartieren, erwartete er möglicherweise die Entdeckung einiger lebender Exemplare des Mastodons bzw. anderer großer pleistozäner Säugetiere. Thomas Jefferson war ein begeisterter Naturforscher und zeigte großes Interesse an den fossilen Knochenfunden von Big Bone Lick.[10] 1807 beauftragte Thomas Jefferson den Entdecker William Clark im Anschluss an die Lewis-und-Clark-Expedition zu einer umfassenden Grabungskampagne am Big Bone Lick, die etwa 300 Exemplare unterschiedlichster Fossilien zum Vorschein brachte. Diese Fossilienfunde bildeten die Grundlage für die pleistozäne Wirbeltierpaläontologie auf zwei Kontinenten. Die Entdeckung des Mastodons sowie anderer pleistozäner Vertreter der Megafauna an diesem Standort beflügelte die Phantasie sowohl von Wissenschaftlern als auch von Politikern.

Georges Cuvier als Verfechter der Kataklysmentheorie und Begründer der Paläontologie

Basierend auf Funden dieser Art nahm das Forschungsgebiet der Wirbeltierpaläontologie im späten 18. und frühen 19. Jahrhundert zunehmend Konturen an. Einer der führenden Wissenschaftler dieser neuen Disziplin war der Franzose Georges Cuvier (1769–1832). Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war er Professor für Tieranatomie am Muséum national d’histoire naturelle in Paris. Cuvier galt als Gegner der Evolutionstheorie; sein wichtigster Beitrag zum damaligen Kenntnisstand der Wissenschaft war die Möglichkeit des Aussterbens von Lebensformen, basierend auf fossilen Knochenfunden. Bis in das 19. Jahrhundert hinein lehnten die meisten Philosophen und Naturforscher die Idee eines umfassenden Artensterbens ebenso ab wie die sich anschließende Entwicklung neuer Lebensformen. Vielmehr orientierten sie sich an der wörtlichen Auslegung der Bibel, mit einer Erschaffung der Erde vor wenigen tausend Jahren innerhalb eines Zeitraums von sechs Tagen (Kreationismus). Die pleistozänen Fossilfunde vieler Paläontologen führten daher nur allmählich zu einem Umdenken.[13]

Cuvier war der Begründer der Kataklysmentheorie und hielt an dieser Vorstellung sein Leben lang fest. Er erklärte das Aussterben von Arten mit periodisch auftretenden Revolutionen in der Erdgeschichte. Jede dieser Revolutionen war ein katastrophaler Umbruch, der zum Verschwinden eines Großteils der Arten führte. Im Gegensatz zu anderen Gelehrten seiner Zeit, die die Idee einer Sintflut vertraten (u. a. William Buckland), verband Cuvier diese Revolutionen nicht mit biblischen oder historischen Ereignissen. Statt dessen erwog er die Möglichkeit, dass die letzte große Revolution, die zum Aussterben von Spezies wie des Mastodons und des Mammuts führte, durch eine starke und plötzliche globale Abkühlung bewirkt wurde. Der schweizerisch-amerikanische Naturforscher Louis Agassiz griff diese Idee auf und entwickelte sie zum Konzept einer Großen Eiszeit weiter.[13]

Die Entdeckung der pleistozänen Vergletscherungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Louis Agassiz, bekannt geworden durch seine bahnbrechenden Studien zu den quartären Kaltzeiten

Louis Agassiz (1807–1873) präsentierte seine Theorie über die Große Eiszeit erstmals 1837 der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft in Neuchâtel. Dies war eine ideale Umgebung, um die anwesenden Geologen und Naturhistoriker von seiner Theorie zu überzeugen und die Wirkung des Gletschereises unmittelbar im alpinen Gelände zu demonstrieren. Agassiz zeigte dazu auf große Gesteinsblöcke (Findlinge) und Geröllansammlungen (Moränen), die durch das Gletschereis transportiert beziehungsweise aufgeschüttet worden waren, sowie auf Gletscherschliffe am Festgestein, die er mit der Bewegung der Eismassen begründete. Agassiz veröffentlichte seine Eiszeitheorie in den Büchern Étude sur les glaciers im Jahr 1840 sowie in Système glaciare im Jahr 1847.[13] Diese Bücher fassten seine Untersuchungen in Europa zusammen, wobei er später weitere Belege für eine großflächige Vergletscherung in Nordamerika fand. Agassiz' Theorie wurde anfangs von zahlreichen führenden Geologen abgelehnt, die nach wie vor die Ansicht vertraten, dass oberflächlich transportiertes Sediment auf die Sintflut zurückzuführen sei (Neptunismus). So sehr Agassiz' Theorie über die Vergletscherung überzeugte, so ablehnend wurden seine Aussagen zur pleistozänen Megafauna aufgenommen. Agassiz behauptete, man würde vermuten, dass Mammuts und andere ausgestorbene Arten ursprünglich an ein tropisches Klima angepasst gewesen seien. Jedoch sei das genaue Gegenteil der Fall gewesen, nämlich dass diese Arten in einer eiszeitlich geprägten Umwelt gelebt hatten.[13]

Andere europäische Wissenschaftler entdeckten ebenfalls Hinweise auf eine vergangene Kaltzeit, wie Jens Esmark in Norwegen oder Albrecht Reinhard Bernhardi in Deutschland, die jeweils deutliche Spuren ehemaliger Eisschilde dokumentierten. In der Schweiz fanden Ignaz Venetz und Johann von Charpentier geologische Belege für Gletschervorstöße weit über die Grenzen der gegenwärtigen alpinen Gletscher hinaus. Agassiz selbst sammelte zusätzliche Beweise für eine Vergletscherung in Großbritannien und Nordamerika. Von Agassiz′ Eiszeittheorie überzeugt forschten zahlreiche Geologen während des mittleren und späten 19. Jahrhunderts an der Rekonstruktion der eiszeitlichen Gletscherstände. Agassiz vermutete, dass die damaligen Eisschilde einen Großteil der mittleren und hohen Breiten der Erde bedeckt hatten. Kurz darauf mehrten sich die Hinweise auf verschiedene Vergletscherungsstadien, jeweils unterbrochen von kürzeren Warmzeiten. In den 1850er Jahren wurde von mindestens zwei großen Kaltzeiten im europäischen Raum ausgegangen. Bezugnehmend auf stratigraphische Befunde postulierte James Geikie 1877 vier oder fünf Vergletscherungsphasen während des Pleistozäns. Untersuchungen aus Nordamerika deuteten darauf hin, dass der letzte Gletschervorstoß nicht der ausgedehnteste war, da er die Relikte früherer Vergletscherungen nur zum Teil überlagert hatte. Geologen führten dazu die Begriffe Nebraskan, Kansan, Illinoian und Wisconsin ein, um die Abfolge von vier Vergletscherungen in Nordamerika zu klassifizieren. Diese waren durch drei Interglaziale voneinander getrennt (Aftonian, Yarmouthian und Sangamon). Als Meilenstein der Eiszeit- und Quartärforschung in Europa gilt das in den Jahren 1901 bis 1909 von Albrecht Penck und Eduard Brückner herausgegebene dreibändige Standardwerk Die Alpen im Eiszeitalter, das die vier alpinen Kaltzeiten Günz, Mindel, Riss und Würm umfassend beschrieb und eine wegweisende stratigraphische Grundlage zu diesem Themenbereich etablierte (basierend auf der Auswertung stratigraphischer Profile nordalpiner Flussterrassen[14]).

Theorien zur Entwicklung von Kaltzeiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zum Ende des 19. Jahrhunderts wurde von der Wissenschaft die Tatsache großräumiger Vergletscherungen allgemein akzeptiert, allerdings blieben die Ursachen und die genaue zeitliche Dauer der glazialen und interglazialen Phasen weiterhin unklar. Als gesichert galt lediglich, dass die wechselnden Klimazustände der jüngeren Erdgeschichte viele Jahrtausende beanspruchten. Zur Erklärung dieser Zyklen wurden mehrere Hypothesen entwickelt, so zum Beispiel Änderungen der atmosphärischen Kohlenstoffdioxid-Konzentration oder periodische Schwankungen der Sonnenaktivität.

Orbitaltheorie von James Croll[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine der frühesten Theorien über den periodischen Wechsel zwischen Glazialen und Interglazialen stammt vom schottischen Naturforscher James Croll (1821–1890). In der Korrespondenz mit Charles Lyell schilderte Croll seine Idee über den Zusammenhang der Vergletscherungen mit Änderungen der orbitalen Bahnelemente. Lyell war von dieser Annahme beeindruckt und ermöglichte Croll im Jahr 1867 eine Anstellung beim Geological Survey of Scotland. Hier wurde er von dem Geologen Archibald Geikie ermutigt, seine Theorie weiter auszubauen. Croll korrespondierte zu dieser Zeit regelmäßig mit Charles Darwin, wovon beide Wissenschaftler profitierten. Croll begann seine Theorie ab dem Jahr 1867 im Rahmen mehrerer Abhandlungen und Werke zu veröffentlichen. Als seine bekanntesten Publikationen gelten Climate and Time, in their Geological Relations im Jahr 1875 und Climate and Cosmology im Jahr 1885.[15]

1846 publizierte der französische Astronom Urbain Le Verrier Formeln zur Berechnung der Bahnelemente. Croll benutzte diese Veröffentlichung zur Rekonstruktion des Erdorbits (Exzentrizität) während der vergangenen drei Millionen Jahre. Dabei entdeckte er, dass Muster hoher Exzentrizität über hunderttausend Jahre Bestand hatten und sich mit Mustern geringer Exzentrizität abwechselten, so wie sie zum Zeitpunkt seiner Berechnungen vorlagen. Je stärker der Orbit von einer Kreisform abwich, umso größer war der Unterschied der solaren Einstrahlung im jahreszeitlichen Wechsel. Croll begriff die Bedeutung der Saisonalität der solaren Einstrahlung und erzielte damit einen der wichtigsten Erkenntnisgewinne der Paläoklimatologie.[15] Änderungen des Erdorbits führten demnach zu einer Verlängerung des Winters, da größere Schneemengen in den hohen Breiten fielen. Eine umfangreichere Schneedecke reflektiert mehr Sonnenstrahlung und verstärkt damit die orbitalen Effekte (Eis-Albedo-Rückkopplung). Croll sah in dieser Verstärkung den Auslöser für das Wachstum von Eisschilden. Crolls Theorie war von großer Bedeutung für die Klimatologie, allerdings zeigten nachfolgende Untersuchungen auch deutliche Mängel auf. Das Auftreten der pleistozänen Vergletscherungen konnte auf dieser Basis nur unzureichend dargestellt werden, zum anderen war Crolls Chronologie der Vergletscherungen fehlerhaft. Vor allem stufte er die jüngste Glazialphase weitaus älter ein, als die geologischen Untersuchungen von James Geikie (dem jüngeren Bruder von Archibald Geikie) und anderen zeigten. Croll konnte den Großteil seiner zeitgenössischen Kollegen nicht überzeugen, und in der Folge wurden seine Ideen bis in die 1940er Jahre weitgehend ignoriert.[15]

Milanković-Zyklen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diagramm der Milanković-Zyklen mit Übersicht der
Präzession (Precession),
Schiefe der Ekliptik (Obliquity),
Exzentrizität (Excentricity),
Schwankungen der Solarstrahlung auf die Erde (Solar Forcing) sowie den Kalt- und Warmzeiten (Stages of Glaciation).

Milutin Milanković (1879–1958) war ein jugoslawischer Mathematiker, der sich auf Geophysik und Astronomie spezialisierte. Im Jahr 1909 wurde er Mitglied an der Fakultät für Angewandte Mathematik an der Universität Belgrad. Durch seine Inhaftierung während des Ersten Weltkriegs durch Österreich-Ungarn konnte er seine Forschungstätigkeit über die mathematische Theorie des Klimawandels – basierend auf früheren Arbeiten von Joseph-Alphonse Adhémar und James Croll – erst 1920 fortsetzen und 1941 abschließen. Jedoch erklärte Adhémar das glaziale Klima ausschließlich über die Präzession, während Milanković die zyklischen Veränderungen der drei Bahnelemente des Erdorbits um die Sonne berücksichtigte: Exzentrizität, Ekliptik und Präzession. Auf der Grundlage dieser Orbitalparameter entwickelte er ein umfassendes mathematisches Modell, um damit die Abhängigkeit der solaren Einstrahlung von der geographischen Breite und den dazugehörigen Oberflächentemperaturen der letzten 600.000 Jahre zu berechnen.[16]

Sein nächster Schritt lag im Versuch der Korrelation der veränderlichen Orbitalparameter mit den Glazial-Interglazial-Zyklen. In Zusammenarbeit mit dem deutschen Klimatologen Wladimir Köppen ging Milanković davon aus, dass Schwankungen der Einstrahlung in gewissen Breitengraden und Jahreszeiten in der Lage sind, Vergletscherungsprozesse zu verstärken oder abzuschwächen. Dieser Ansatz fand in der Fachwelt jahrzehntelang nur geringe Resonanz und galt weitgehend als spekulativ.[16] Erst im Jahr 1976 publizierte der Geologe James Hays eine interdisziplinäre Studie über Tiefseesedimentbohrkerne. Darin postulierten Hays und seine Forschungskollegen eine große Übereinstimmung mit Milankovićs Vorhersagen im Zusammenhang mit dem Zeitpunkt und der Intensität von veränderten klimatischen Bedingungen in den vergangenen 450.000 Jahren. Die Untersuchung belegte, dass signifikante Klimaveränderungen eng mit den orbitalen Parametern Exzentrizität, Ekliptik und Präzession verknüpft sind.[17] Diese orbitalen Veränderungen sind heute bekannt als Milanković-Zyklen.

Allerdings gab es während des Quartärs mehrere Klimawandel-Ereignisse, die offenbar nicht mit allen astronomischen Parametern korrelierten, sondern nur mit einem einzigen Zyklus übereinstimmten, wobei auch ein „Umspringen“ vom 40.000-Jahre-Zyklus (Neigungswinkel der Erdachse) auf den 100.000-Jahre-Zyklus (Änderung der Exzentrizität) nachgewiesen wurde. Dessen ungeachtet ist die Theorie seit den 1980er Jahren in modifizierter und erweiterter Form ein fester Bestandteil von Paläoklimatologie und Quartärforschung und wird vielfach zur Rekonstruktion der Eiszeitphasen herangezogen.[18]

Analysewerkzeuge der Quartärforschung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Datierungsmethoden[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ohne eine absolute Altersbestimmung wäre es beispielsweise kaum möglich gewesen, die verschiedenen Komponenten der Milanković-Zyklen auf ihre klimatische Relevanz hin zu überprüfen. Bis in die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts konnte die Quartärforschung keine fundierten Aussagen über die genaue zeitliche Abfolge sowie über die Dauer der verschiedenen Kalt- und Warmzeiten treffen.[16] Die Chronologie quartärer Ereignisse wurde ausschließlich über relative Datierungsmethoden bestimmt und beschränkte sich auf eine Sequenz von Ereignissen, die aufgrund von Fossilfunden einem bestimmten stratigraphischen Profil zugeordnet wurden. Dabei blieb jedoch zwangsläufig offen, ob ein geologisches Ereignis 50.000 oder 150.000 Jahre zurücklag.

Uran-Zerfallsreihen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Entwicklung der radiometrischen Datierung revolutionierte nicht nur die Quartärforschung, sondern führte auch zur Etablierung der Subdisziplinen Geochronologie und Chronostratigraphie und erlangte somit große Bedeutung für alle Perioden des 541 Millionen Jahre umfassenden Phanerozoikums und darüber hinaus. Die Anfänge dieser Analysemethode reichen bis in das Jahr 1902 zurück, als die Physiker Ernest Rutherford und Frederick Soddy die Zerfallsreihe von radioaktiven Elementen entdeckten. Die Möglichkeit einer praktischen Nutzung für die Altersdatierung wurde von Rutherford erstmals 1904 erwähnt. Zwei Jahre später begann Rutherford mit der Berechnung des radioaktiven Zerfalls des Elements Uran. Dabei bilden sich Nuklide mit unterschiedlichen Halbwertszeiten und darauf basierend weitere Zerfallsreihen. So entstehen aus dem Mutterisotop 234U verschiedene Tochterisotope wie zum Beispiel das Thorium-Isotop 230Th. Mittels der Zerfallsreihen von Uran war es fortan möglich, das numerische Alter von magmatischen Gesteinen und vulkanogenen Sedimenten zu bestimmen, die vor Jahrmillionen durch eruptive Prozesse ausgestoßen und abgelagert worden waren. Indirekt konnte dadurch auch das Alter von benachbarten fossil­führenden Sedimentgesteinen definiert und somit die geologische Zeitskala mit numerischen Altersdaten versehen werden. Gegenwärtig gebräuchliche Methoden sind die Uran-Thorium-Datierung oder die Uran-Blei-Datierung. Um möglichst genaue Resultate zu erzielen, werden vielfach Zirkonkristalle verwendet. Diese eignen sich aufgrund ihrer Hitzeresistenz und ihrer dadurch stabil gebliebenen Gitterstruktur zur präzisen Analyse der darin eingeschlossenen radioaktiven Nuklide (wie 235U, 238U oder 232Th).

Radiokarbondatierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Den wohl wichtigsten Beitrag zur Datierung quartärer Fossilien und Sedimente lieferte die Entdeckung der Radiokarbonmethode (auch 14C-Methode genannt). Im Jahr 1940 entdeckten die Physiker Martin Kamen und Sam Ruben das langlebige radioaktive Kohlenstoffisotop 14C.[16] Kamen verwendete 14C als Tracer in biologischen Systemen und fand heraus, dass unter dem Einfluss von kosmischer Strahlung das Stickstoff-Isotop 14N in der Atmosphäre zu 14C umgewandelt wird. Die Existenz des Kohlenstoffisotops 14C wurde bereits 1934 postuliert, allerdings konnte es anfangs weder beobachtet noch charakterisiert werden. Kamen gelang es als erstem, die Halbwertszeit von 14C mit etwa 5.730 Jahren zu bestimmen.

Basierend auf Kamens Entdeckungen stellte der Chemiker Willard Libby 1947 fest, dass Pflanzen während ihrer Kohlenstoffaufnahme bei der Photosynthese Spuren von 14C absorbieren.[19] Nach ihrem Absterben endet die Absorption von Kohlenstoff, und das enthaltene 14C zerfällt in seiner gewohnten Rate, ohne ersetzt zu werden. Im Jahr 1952 entdeckte Libby schließlich, dass durch die Messung der verbliebenen 14C-Konzentration in den pflanzlichen Überresten der Absterbezeitpunkt bestimmt werden konnte. Zusätzlich wurden Konzentrationen von 14C auch im Gewebe von Tieren entdeckt, da diese durch ihre Nahrung direkt oder indirekt pflanzliches Material aufgenommen hatten. Die Radiokarbondatierung ermöglicht eine absolute Altersbestimmung von fossilen tierischen oder pflanzlichen Funden der letzten ca. 50.000 Jahre, deckt damit jedoch nur einen relativ kleinen Bereich des Quartärs ab. Zusätzlich können aus den natürlichen Schwankungen des 14C-Isotops und des stabilen Kohlenstoffisotops 12C die Zyklen der Sonnenaktivität, Veränderungen des geomagnetischen Dipolfeldes sowie der Austausch zwischen Kohlenstoffsenken und Atmosphäre berechnet werden.[20] Für die Entdeckung der Radiokarbondatierung erhielt Willard Libby 1960 den Nobelpreis für Chemie. Gegenwärtig führen die zunehmenden anthropogenen CO2-Emissionen zu einer deutlichen Verringerung der 14C-Anteile in der Atmosphäre. Dieser Effekt wird künftige Radiokarbondatierungen voraussichtlich beträchtlich erschweren beziehungsweise signifikant verfälschen.[21]

Lumineszenzdatierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Lumineszenzdatierung ist eine physikalische Altersbestimmung für quartäre Sedimente. Diese Methode basiert auf einem mit dem Probealter anwachsenden Strahlenschaden, der durch die emittierte Lumineszenz quantifiziert wird. Innerhalb dieser Form der Altersbestimmung wird je nach verwendeter Stimulationsenergie zwischen Thermolumineszenzdatierung (TL) und Optisch Stimulierter Lumineszenz (OSL) unterschieden. Die TL-Methode hat ihren Ursprung in den 1950er Jahren und wurde erstmals für die Datierung von gebrannter Keramik eingesetzt. Von großer Bedeutung speziell in der Quartärforschung ist die OSL-Methode. Sie basiert auf dem Prinzip, dass bei ausreichender Lichtexposition (beispielsweise Sonnenlicht) das gesamte Lumineszenzsignal zurückgesetzt wird. Das bedeutet, dass im Gegensatz zur Oberflächenexpositionsdatierung das Alter der Sedimentation bestimmt werden kann.[22] Die OSL-Datierung wurde Mitte der 1980er Jahre entwickelt.[23] Die Lumineszenzdatierung hat einen signifikanten Beitrag zur Quartärforschung geleistet, da es mit ihr erstmals möglich war, einzelne Mineralkörner zu datieren und nicht nur organische Bestandteile (wie bei der Radiokarbondatierung).[24] Die Lumineszenzdatierung deckt einen Messbereich von einigen Jahrhunderten bis etwa 150.000 Jahren ab.

Atom Trap Trace Analysis[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kryptondatierung unter Verwendung des Isotops 81Kr in Verbindung mit dem stabilen Isotop 83Kr wird in der Praxis seit dem Jahr 2011 eingesetzt. Den Durchbruch brachte eine neue Detektortechnologie auf der Grundlage der Atom Trap Trace Analysis (ATTA).[25] Mit einer Halbwertszeit von 230.000 Jahren eignet sich 81Kr innerhalb des quartären Zeitrahmens vor allem zur Untersuchung von Gletschern und alten Eisschichten, wie sie zum Beispiel auf Grönland und in der Antarktis vorkommen, und liefert dabei erheblich präzisere Resultate als herkömmliche Datierungsverfahren. Ein weiterer Anwendungsbereich dieser Methode ist die gegenwärtig sich noch im Anfangsstadium befindliche Detektierung des Argon-Isotops 39Ar zur Analyse von Gletschereis und ozeanischem Tiefenwasser.[26] Bei der Atom Trap Trace Analysis handelt es sich um eine magneto-optische „Atomfalle“ (MOT) unter Einsatz von Laserphysik zur Spurenanalyse seltener Edelgasisotope. Dabei wird jedes Atom des Probenmaterials einzeln gezählt, wobei zum Beispiel auf eine Billiarde Argon-Atome lediglich ein 39Ar-Isotop entfällt.

Standardproxys[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um fundierte Aussagen über Klima, Umweltbedingungen und geophysikalische Ereignisse früherer Epochen treffen zu können, verfügt die Quartärforschung über eine Vielzahl spezieller Mess- und Bestimmungsmethoden. Zum Standardinstrumentarium zählen Klimaproxys, die in natürlichen Archiven wie Baumringen, Tropfsteinen, Eisbohrkernen, Korallen, See- oder Ozeansedimenten zu finden sind. Diese werden nicht nur zur Rekonstruktion von Kalt- und Warmzeiten eingesetzt, sondern liefern darüber hinaus Informationen zur Sonnenaktivität, Niederschlagsintensität sowie zur Luftzusammensetzung. Um falsche Resultate möglichst auszuschließen, müssen Klimaproxys mit modernen, instrumentell ermittelten Datenreihen verglichen und an ihnen kalibriert werden. Nachfolgend ist eine Reihe von Proxys aufgeführt, die zu den Grundlagen der Quartärforschung zählen.

Hohlbohrer für die Entnahme dendrochronologischer Proben, darunter zwei Bohrkerne
  • Mit der Dendrochronologie lässt sich durch eine Jahresring-Auswertung das jährliche Baumwachstum in Abhängigkeit von Witterung, Umwelt und Klima rekonstruieren. Für einzelne europäische Baumarten wurden lückenlose Jahresringtabellen über einen Zeitraum von 10.000 Jahren erstellt. Momentaner „Rekordhalter“ ist der Hohenheimer Jahrringkalender,[27] an dem die mitteleuropäische Klimaentwicklung von der Gegenwart bis in die Jüngere Dryaszeit zurückverfolgt werden kann.[28]
  • Die Palynologie (Pollenanalyse) ist unter der Bezeichnung Pollenstratigraphie ein Teilbereich der Paläontologie und hat in der Quartärforschung und Paläoklimatologie ebenfalls an Bedeutung gewonnen. Dank ihrer globalen Verbreitung und ihrer großen Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen und geologischen Prozessen eignen sich urzeitliche Pollen, Sporen und Mikrofossilien bis in die geologische Gegenwart als Leitfossilien. Darüber hinaus können anhand der lokalen Häufigkeit und Artenvielfalt der Pollen auch komplexe Ökosysteme rekonstruiert werden.
  • Die Warvenchronologie, auch Bändertondatierung genannt, basiert auf der genauen Zählung von Ablagerungsschichten (Warven) in Still- und Fließgewässern wie Seen oder Flüssen. Falls die Zählung in einen absoluten Zeitrahmen eingebunden werden kann, ermöglicht dies eine Altersangabe in Warvenjahren. Der Anwendungsbereich der Warvenchronologie erstreckt sich über einen Zeitrahmen von etlichen hundert bis etwa 30.000 Jahren und reicht in Einzelfällen darüber hinaus.[29]
  • Eisbohrkerne gehören zu den genauesten Klimaarchiven und werden deshalb sehr methodisch analysiert und ausgewertet. Neben Gebirgsgletschern, aus deren Bohrkernen unter günstigen Bedingungen die regionalen Klimaverläufe der letzten Jahrtausende rekonstruiert werden können, eignen sich der grönländische und der antarktische Landeisschild zu detaillierten Analysen über längere Zeiträume. Während das bisher älteste untersuchte Grönland-Eis rund 123.000 Jahre abdeckt und damit die Eem-Warmzeit einschließt, konnte im Rahmen des Projekts EPICA ein Antarktis-Bohrkern mit einem Gesamtalter von über 800.000 Jahren geborgen werden.[30] Die „fossilen“ Luftbläschen innerhalb eines Eisbohrkerns sind Archive für die Zusammensetzung der Atmosphäre und hier vor allem für die Kohlenstoffdioxid- und Methan-Konzentrationen, die, gekoppelt an die Kalt- und Warmphasen eines Eiszeitzyklus, starken Schwankungen unterlagen und zusammen mit den Milanković-Zyklen einen wesentlichen Klimafaktor bilden.[31] Außerdem liefern Eisbohrkerne Daten zur Sonnenaktivität, zu Lufttemperaturen, zu Verdunstungs- und Kondensationsprozessen sowie zu Anomalien des Erdmagnetfeldes.
  • Ozeanische Sedimente. Die über längere Zeiträume auf den Kontinentalschelfen oder in der Tiefsee entstandenen Ablagerungsschichten werden in biogene, lithogene und hydrogene Sedimente unterteilt. Je nach Ursprung erlauben die Bohrkernproben Rückschlüsse auf die geographische Verbreitung von Lebewesen, Zustandsänderungen von Meeresströmungen oder Klimaschwankungen der Vergangenheit. Die genaue Datierung ozeanischer Bohrkernproben schwankt normalerweise sehr stark und ist abhängig von deren Alter und von der Geschwindigkeit der jeweiligen Sedimentationsprozesse. Ablagerungen aus dem Holozän erlauben unter günstigen Bedingungen eine zeitliche Auflösung von einigen Jahrzehnten.
  • Tropfsteine wie Stalagmiten und Stalaktiten kommen weltweit vor und sind fast zwangsläufig in den Höhlen von Karst- und Kalkgesteingebieten zu finden. Tropfsteine entstehen aus dem mit Kohlenstoffdioxid angereicherten Oberflächenwasser, das auf seinem Weg durch Spalten und poröses Material organische Säuren aufnimmt, die im Verbund mit dem Kohlenstoffdioxid das im Gestein enthaltene Calciumcarbonat lösen. Das Verhältnis der Sauerstoffisotope im Tropfsteinkalk, die Dicke der Wachstumslagen und die Anteile diverser Spurenelemente summieren sich zu einem auf Jahrzehnte genauen Umweltarchiv, das auch abrupte und kurzzeitige Umschwünge wie die Dansgaard-Oeschger-Ereignisse der letzten Kaltzeit verzeichnet. Tropfsteine können – je nach Dauer der Wasser- und damit der Calciumcarbonatzufuhr – sehr lange wachsen und erreichen mitunter ein Alter von mehreren Hunderttausend Jahren.
  • Das Paläothermometer δ18O (Delta-O-18), mit dem in den 1970er Jahren erstmals die Temperaturen im Verlauf des Känozoikums messtechnisch bestimmt wurden, basiert auf dem Verhältnis der stabilen Sauerstoff-Isotope 18O und 16O. Dieses vielfältig einsetzbare Verfahren eignet sich für die Rekonstruktion von Niederschlagstemperaturen und dient zudem als Indikator von Prozessen der Isotopenfraktionierung wie der Methanogenese. In der Quartärforschung werden 18O/16O-Daten als Temperaturproxy unter anderem von fossilen Foraminiferen, von Eisbohrkernen, Tropfsteinen und Süßwassersedimenten verwendet.[32]

Gegenwärtige Quartärforschung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Modelle für die zukünftige Entwicklung der globalen Erwärmung basieren auf rekonstruierten Temperaturangaben aus der Vergangenheit.

Die Quartärforschung ist ein stark interdisziplinär geprägtes Forschungsfeld, das sich mit Umweltveränderungen der letzten 2,6 Millionen Jahre (der Zeitspanne des Quartärs) beschäftigt. Ziel der Quartärforscher ist die Auswertung der geologischen Archive dieser Zeit, um jene Schlüsselfaktoren, die Veränderungsprozesse auslösen und steuern, auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen zu erfassen.[33] Die Schlüsselfaktoren können sowohl physikalischen, chemischen, biologischen, atmosphärischen, aber auch anthropogenen Ursprungs sein. Dieses breite Forschungsspektrum erfordert einen umfassenden Informationsaustausch zwischen zahlreichen naturwissenschaftlichen und technischen Disziplinen. Zum Beispiel wurden die Grundlagen einer genauen Altersdatierung erst durch die Entwicklungen der Atomphysik des frühen 20. Jahrhunderts geschaffen. Erkenntnisgewinne in der Evolutionsbiologie oder präzise Analysemöglichkeiten von Biomolekülen ließen eine verbesserte Interpretation von quartären Fossilfunden zu. Neuerungen aus dem Ingenieurwesen nach Ende des Zweiten Weltkrieges führten dazu, dass Bohrkerne wie EPICA, GISP und GRIP aus ozeanischen Sedimenten oder aus den grönländischen und antarktischen Eisschilden gewonnen werden konnten. Diese Bohrkerne lieferten unter anderem auch neue Hinweise zur Klimasensitivität der Erde. So kommen die Autoren einer 2016 veröffentlichten Studie nach einer Analyse der letzten 784.000 Jahre mit acht kompletten Warm-und-Kalt-Zyklen zu dem Ergebnis, dass die Klimasensitivität in hohem Maße temperaturabhängig ist. Danach liegt die Klimasensitivität während einer Kaltzeit wie dem Würm- beziehungsweise Weichsel-Glazial bei rund 2 °C und erhöht sich unter Warmzeitbedingungen um annähernd das Doppelte.[34]

Die Auswertung der quartären geologischen Archive trug seit Beginn des 20. Jahrhunderts maßgeblich dazu bei, wie die jüngere Erdgeschichte heute interpretiert wird.[35] Das Instrumentarium zur Analyse dieser geologischen Gegebenheiten wuchs stetig an und ermöglichte Rekonstruktionen mit einer zeitlichen Auflösung, wie sie vor wenigen Jahrzehnten noch undenkbar war (vor allem im Hinblick auf abrupte Klimawandel-Ereignisse).

Während des Quartärs hatte die Erde ihr gegenwärtiges physisches Erscheinungsbild hinsichtlich der Größe und Verteilung der Kontinente und Gebirge, der Meeresströmungen, der Zusammensetzung der Erdatmosphäre oder der großen Biome im Wesentlichen bereits angenommen. Allerdings gaben die geologischen Archive auch darüber Aufschluss, dass sich das irdische Klimasystem oftmals und zum Teil markant verändert hatte. Im Laufe des Quartärs entstand zudem der moderne Mensch, der im Zuge seiner weltweiten Ausbreitung allmählich zum dominierenden Einflussfaktor auf die irdische Biosphäre wurde.

Die Tatsache des gegenwärtigen Klimawandels in Verbund mit anderen Faktoren wie Artensterben, Versauerung der Ozeane oder Reduzierung natürlicher Biotope führte zum Entwurf des Anthropozäns (altgriechisch: Das menschengemachte Neue), das nach den Vorstellungen britischer Geologen und des niederländischen Nobelpreisträgers für Chemie, Paul J. Crutzen, als jüngster Zeitabschnitt in das chronostratigraphische System der Erdgeschichte implementiert werden sollte.[36][37] Auf dem 35. Internationalen Geologischen Kongress in Kapstadt 2016 schloss sich die 2009 gebildete Arbeitsgruppe zum Anthropozän dieser Position an, wobei das Jahr 1950 als Startpunkt der neuen Epoche favorisiert wurde. Die endgültige Entscheidung über den künftigen Status des Anthropozäns wird von der International Commission on Stratigraphy (ICS) getroffen.

Quartärforscher integrieren Informationen aus diversen Naturwissenschaften wie der Klimatologie, Ökologie, Geologie, physischen Geographie oder der Ozeanographie, aber auch aus Humanwissenschaften wie der Archäologie oder Anthropologie. Dahinter steht die Notwendigkeit eines inter- und multidisziplinären Ansatzes für das Verständnis des Erdsystems und schließt die Herausforderung mit ein, das Gefahrenpotenzial globaler Umweltveränderungen zu erkennen und einzugrenzen.[33] Der deutsche Quartärforscher Paul Woldstedt merkte bereits im Jahr 1951 an, dass die Quartärforschung „zum Verständnis der Gegenwart und unserer Stellung in ihr“ beiträgt.[38]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Referenzwerke und Übersichten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Scott Elias und Cary Mock (Hrsg.): Encyclopedia of Quaternary Science. 2. Auflage. Elsevier, 2013, ISBN 978-0-444-53643-3 (bedeutendes Nachschlagwerk zu dem Thema, die ersten Kapitel befassen sich mit der Entwicklung der Quartärforschung selbst).
  • Vivien Gornitz (Hrsg.): Encyclopedia of Paleoclimatology and Ancient Environments (= Encyclopedia of Earth Sciences Series). 2009, ISBN 978-1-4020-4551-6, Abschnitte Glaciations, Quarternary u. a.
  • Mike Walker: Quaternary Science 2007: a Fifty-Year Retrospective. In: Journal of the Geological Society. Dezember 2007, doi:10.1144/0016-76492006-195 (Überblick über die Forschungsgeschichte seit Mitte des 20. Jh.).

Einführungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

deutschsprachig

  • Jürgen Ehlers: Das Eiszeitalter. Spektrum Akademischer Verlag, 2011, ISBN 978-3-8274-2327-6 (einführendes Werk, das sich an ein breites Publikum richtet).
  • Karl N. Thome: Einführung in das Quartär: Das Zeitalter der Gletscher. 2. Auflage. Springer, 2013, ISBN 978-3-642-58744-3 (unveränderte Neuauflage der Ausgabe von 1999, berücksichtigt nur die Literatur bis Anfang der 1990er Jahre).
  • Albert Schreiner: Einführung in die Quartärgeologie. 2. Auflage. Schweizerbart, 1997, ISBN 3-510-65177-4.
  • Jürgen Ehlers: Allgemeine und historische Quartärgeologie. Enke, 1994, ISBN 3-432-25911-5.

englischsprachig

  • J. John Lowe und Michael J. C. Walker: Reconstructing Quaternary Environments. 3. Auflage. Routledge, 2014, ISBN 978-1-317-75371-1 (stark methodenorientierte Einführung und Übersicht).
  • Neil Roberts: The Holocene: An Environmental History. Wiley, 2014, ISBN 978-1-4051-5521-2 (Einführung für Undergraduate-Studenten mit Schwerpunkt auf dem Holozän, auch mit Kapiteln über Methoden und das Pleistozän).
  • Raymond S. Bradley: Paleoclimatology. Reconstructing Climates of the Quaternary (= International geophysics series. Band 68). 3. Auflage. Academic Press, 2013, ISBN 978-0-12-386995-1 (Schwerpunkt auf Übersicht über paläoklimatischen Methoden, häufig zitiertes Werk für fortgeschrittene Studenten und für Forscher, hat 2015 einen Textbook Excellence Award („Texty“) gewonnen).
  • William F. Ruddiman: Earth's Climate: Past and Future. W. H. Freeman, 2008, ISBN 978-0-7167-8490-6 (Einführung in die Klimageschichte, häufig zitiert, für das Quartär sind besonders die Teile III und IV relevant).
  • Harry John Betteley Birks und Hilary H. Birks: Quaternary Palaeoecology. Blackburn Press, 2004, ISBN 1-930665-56-3 (Einführung in die quartäre Paläoökologie, Kapitel 1 und Kapitel 2 online).

Methodenorientierte Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Mike Walker: Quaternary Dating Methods: An Introduction. Wiley, 2013, ISBN 978-1-118-70009-9 (häufig zitiertes einführendes Werk zu Datierungsmethoden).
  • Jay Stratton Noller, Janet M. Sowers und William R. Lettis: Quaternary Geochronology: Methods and Applications. Wiley, 2000, ISBN 0-87590-950-7.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Otfried Wagenbreth: Geschichte der Geologie in Deutschland, Springer Spektrum 1999, 2015
  • Tobias Krüger: Die Entdeckung der Eiszeiten – Internationale Rezeption und Konsequenzen für das Verständnis der Klimageschichte. Schwabe-Verlag, Basel, 2008, ISBN 978-3-7965-2439-4.
  • R. H. Grapes, David Oldroyd, A. Grigelis (Hrsg.): History of Geomorphology and Quarternary Geology, Geological Society of London Special Publication 301, 2008

Wissenschaftliche Zeitschriften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • E&G – Quaternary Science Journal – erschien zwischen 1951 und 2005 als „Eiszeitalter und Gegenwart“, herausgegeben von der Deutschen Quartärvereinigung (DEUQUA), freier Zugang, englisch- und deutschsprachige Artikel, darunter viele mit Bezug zu Deutschland
  • Quaternary Science Reviews – seit 1982 erscheinende englischsprachige Fachzeitschrift mit vielen Übersichtsarbeiten, hat unter den auf das Quartär spezialisierten Zeitschriften den mit Abstand höchsten Impact Factor
  • Quaternary Research – erscheint seit 1970, englischsprachig, international und interdisziplinär ausgerichtete Zeitschrift des Quaternary Research Center der University of Washington mit einem Schwerpunkt auf Mensch-Umwelt Wechselwirkungen im Quartär
  • Boreas – seit 1972 erscheinende, auf das Quartär spezialisierte englischsprachige Zeitschrift
  • Journal of Quaternary Science – englischsprachig, seit 1986, vor allem Originalarbeiten zur gesamten Quartärforschung, wird für die Quaternary Research Association (QRA) veröffentlicht, mit einem Schwerpunkt auf interdisziplinäre Arbeiten von internationalem Interesse
  • Quaternary International – erscheint seit 1989, englischsprachige Zeitschrift der International Union for Quaternary Research (INQUA), die das gesamte Spektrum der in der Quartärforschung zur Anwendung kommenden Naturwissenschaften abdecken will, publiziert vor allem Forschungsarbeiten, die zuvor auf Veranstaltungen der INQUA vorgestellt wurden
  • The Holocene – seit 1991, veröffentlicht ausschließlich Arbeiten zum Holozän, hat einen hohem Anteil an Beiträgen über das Wechselverhältnis von Mensch und Umwelt
  • Quaternary Geochronology – seit 2006, spezialisiert auf Datierungsmethoden der Quartärforschung

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. ab S. A. Elias: History of Quaternary Science. In: Encyclopedia of Quaternary Science. Elsevier, 2006, ISBN 0-444-51919-X, S. 11. (PDF der zweiten Ausgabe, 2013)
  2. M. Allaby: Earth Science: A scientific History of the Solid Earth. Facts On File, 2009, ISBN 978-0-8160-6097-9, S. 127.
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