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Eiszeiten — einst und jetzt. Erscheinungen, Voraussetzungen und ver- mutliche Ursachen Von Univ.-Prof. Dr. Erich T h e n i u s, Wien Veränderte Wiedergabe des Vortrages vom 31. Oktober 1973 E i n l e i t u n g : Die nachfolgenden Zeilen sind eine zusammenfassende Darstellung der mit der Entstehung von Eiszeiten verknüpften Erscheinun- gen und Probleme, wie sie sich nach neuesten Be- funden ergeben. Die Darstellung erhebt keinen An- spruch auf Vollständigkeit; diesbezüglich sei auf M. SCHWARZBACH (1968, 1974) verwiesen, der in Übersichten die einzelnen Eiszeithypothesen be- sprochen hat. Hier sollen die mit Eiszeiten zusam- menhängenden Fragen vornehmlich aus erdge- schichtlicher Sicht behandelt und zugleich eine Lö- sung für die Entstehung kryogener Perioden zu geben versucht werden. Die Ursachen der Eiszeiten beschäftigen die Wis- senschaft seit der Erkenntnis, daß zeitweise ausge- dehnte Vergletscherungen weite Gebiete der Erd- ©Ver. zur Verbr.naturwiss. Kenntnisse, download unter www.biologiezentrum.at

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Eiszeiten — einst und jetzt.Erscheinungen, Voraussetzungen und ver-

mutliche Ursachen

Von Univ.-Prof. Dr. Erich T h e n i u s, Wien

Veränderte Wiedergabe des Vortrages vom31. Oktober 1973

E i n l e i t u n g : Die nachfolgenden Zeilen sindeine zusammenfassende Darstellung der mit derEntstehung von Eiszeiten verknüpften Erscheinun-gen und Probleme, wie sie sich nach neuesten Be-funden ergeben. Die Darstellung erhebt keinen An-spruch auf Vollständigkeit; diesbezüglich sei aufM. SCHWARZBACH (1968, 1974) verwiesen, derin Übersichten die einzelnen Eiszeithypothesen be-sprochen hat. Hier sollen die mit Eiszeiten zusam-menhängenden Fragen vornehmlich aus erdge-schichtlicher Sicht behandelt und zugleich eine Lö-sung für die Entstehung kryogener Perioden zugeben versucht werden.

Die Ursachen der Eiszeiten beschäftigen die Wis-senschaft seit der Erkenntnis, daß zeitweise ausge-dehnte Vergletscherungen weite Gebiete der Erd-

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Oberfläche bedeckten. War es ursprünglich dieDrifttheorie, welche die Herkunft der erratischenoder Findlingsblöcke in der norddeutschen Tiefebe-ne durch Eisschollendrift zu erklären versuchte, sowurde diese Ansicht auf Grund zahlreicher Spureneinstiger ausgedehnter Vergletscherung in den Al-pen und auch durch den Nachweis von direktenGletschereinwirkungen in Norddeutschland schließ-lich durch die Gletschertheorie abgelöst, die vonder Existenz mächtiger Eiskappen in Nordeuropaund Nordamerika sowie einer ausgedehnten Ver-eisung der Alpen zur Eiszeit ausgeht. Ursprünglichwaren nur Spuren der eiszeitlichen oder pleisto-zänen Vergletscherung bekannt, erst später gelangder Nachweis von präquartären Vereisungen durchW. T. BLANFORD im Jahre 1856 in Indien undeinige Jahre später auch in Südafrika. Es warer,vornehmlich Tillite (PENCK 1906), also fossile Glet-schermoränen, die zum Nachweis derartiger Ver-eisungen führten. Seither konnten diese einstigenEiszeiten durch zahlreiche weitere Befunde (z. B.Gletscherschliffe, gekritzte Geschiebe, Warvite =einstige Bändertone, Diamiktite = glazialmarineAblagerungen, kaltzeitliche Faunen und Floren)bestätigt bzw. ergänzt werden. Der Nachweis wie-derholter Vereisungen bzw. Gletschervorstößewährend des Pleistozäns durch den Altmeister derQuartärforschung A. PENCK war eine weitere we-sentliche Erkenntnis, welche die Frage nach den

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vermutlichen Ursachen von Eiszeiten erneut auf-kommen ließ.

Z u r P r o b l e m s t e l l u n g : Die Ursachen derEiszeiten oder besser kryogener Perioden werdenauch gegenwärtig lebhaft diskutiert. Eine endgül-tige, allgemein akzeptierte Deutung scheint nochnicht gefunden worden zu sein, was nicht alleindurch mehr als fünfzig Eiszeithypothesen dokumen-tiert wird. Derartige Lösungsversuche in Form vonHypothesen wurden von Meteorologen, Glaziologen,Geologen, Geophysikern, Pedologen, Paläontologenund Paläoklimatologen entwickelt.

Grundsätzlich sind jedoch zwei Problemkreise zuunterscheiden. Langfristige Klimaänderungen(Wechsel von kryogenen und akryogenen Perioden)und kurzfristige Klimaschwankungen innerhalbeiner kryogenen Periode (Wechsel von Kalt- [Gla-ziale] und Warmzeiten [Interglaziale bzw. Inter-stadiale]).

Ü b e r s i c h t ü b e r E i s z e i t h y p o t h e s e n :Die über 50 Eiszeithypothesen lassen sich thema-tisch in drei Gruppen gliedern:

I. Annahme extraterrestrischer Ursachen1. Veränderungen der Sonnenstrahlung,2. Sonnenstrahlung unverändert, jedoch inter-

stellare Materie (z. B. Dunkelwolken, kos-mischer Nebel) führt zu einer Verminderungder Sonneneinstrahlung auf der Erde.

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II. Änderung der Erdbahnelemente

1. Neigung der Erdachse,2. Exzentrizität der Erdbahn,3. Umlauf des Perihels (größte Sonnennähe)

Änderungen der Erdbahnelemente hat M.MILANKOVITCH (1941) als Grundlage für die Be-rechnung seiner sog. Strahlungskurve herangezo-gen. Die unter Punkt 2 und 3 angeführten Elemen-te führen zu periodischen Schwankungen. Weitersergibt sich ein Alternieren der Erscheinungen aufder nördlichen und südlichen Hemisphäre.

III. Annahme terrestrischer Ursachen

1. Veränderungen der Atmosphäre (Bewöl-kungsdichte, CO2-Gehalt [Treibhausef-fekt], vulkanischer Staub durch erhöhtevulkanische Tätigkeit)

2. „Polwanderungen",3. Gebirgsbildungen als Auslöser (vgl. varis-

zische Orogenese und permokarbonischeEiszeit, alpidische Gebirgsbildung undpleistozäne Eiszeit)

4. Reliefhypothesena) Veränderungen der Ozeane und deren

Strömung,b) Kontinentalverschiebung und damit Än-

derung der Lage von Kontinenten zu denPolbereichen.

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Manche Eiszeithypothesen nehmen für die Ent-stehung von Eiszeiten eine Kombination der obge-nannten Ursachen an (z. B. Solar-Reliefhypothesenbzw. multilaterale Eiszeit-Entstehung im Sinne vonSCHWARZBACH; s. EMILIANI & GEISS 1959,SCHWARZBACH 1968, 1974).

Nahm man ursprünglich vorwiegend kosmischeEinwirkungen als Ursache an (s. LAUSE 1937), sotendiert man heute mehr zur Annahme irdischerFaktoren als ausreichende Ursache, umsomehr alsnach BROOKS (1950) und FLOHN (1964, 1969) be-reits relativ geringe Temperaturschwankungen ge-nügen, um einen Wechsel von kryogenen undakryogenen Perioden herbeizuführen. Diese Fest-stellung scheint durch neueste Befunde über dieeinstige alpine Vergletscherung bestätigt zu wer-den, wonach in verhältnismäßig kurzer Zeit u. zw.innerhalb weniger Jahrtausende der Aufbau bzw.Abbau mächtiger Gletschermassen erfolgte (vgl.PATZELT 1971, FLIRI & al. 1970). Bevor wir unsjedoch weiteren Befunden zuwenden, erscheint eineKlärung in terminologischer Hinsicht notwendig.

K r y o g e n e und a k r y o g e n e P e r i o -d e n : Auch gegenwärtig herrschen in verschie-denen Gebieten, wie etwa in der Antarktis, inGrönland und in den Hochgebirgen durchaus eis-zeitliche Verhältnisse (± ausgedehnte Inlandeis-massen bzw. Gletscher, Eisstauseen etc.) mit den

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auch für einstige Eiszeiten typischen Erscheinun-gen im periglazialen Bereich, wie Strukturböden(z. B. Steinnetzböden), Solifluktionserscheinungenund Frostboden (Permafrost; vgl. MELNIKOV1973).

Da jedoch der Begriff Eiszeit (vom BotanikerK. SCHIMPER im Jahr 1837 auf Grund der einstviel ausgedehnteren Vergletscherung der Alpeneingeführt) bereits für das Pleistozän vergeben ist,erscheint es notwendig, für jene Perioden, in de-nen zwar polare Eiskappen, aber nicht unbedingt„richtige" Eiszeiten existierten, einen eigenen Be-griff zu verwenden. Demnach lassen sich kryogene(nach kryos; griech. Eis) und akryogene Periodenunterscheiden. Wir leben gegenwärtig in einerkryogenen Periode, während etwa das Mesozoikumwegen des Fehlens polarer Eiskappen als akryo-gene Aera bezeichnet werden kann.

Während akryogener Perioden fehlen polareKlimazonen, die (kühl-) gemäßigten Klimazonenreichen bis in die damaligen Polgebiete, wie auchdie tropischen und subtropischen Zonen etwas brei-ter waren. Daher erscheint der Nachweis von Flo-ren der gemäßigten Zone in Alaska, Grönland undSpitzbergen im Mesozoikum (Jura, Kreide) ver-ständlich — eine der heutigen Positionen an-nähernd entsprechende geographische Lage vor-ausgesetzt. Wir wollen uns nunmehr den Befundenaus der Vorzeit zuwenden. Es sei in diesem Rah-

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men bewußt eine Diskussion der präkambrischenEiszeiten (mit Ausnahme der sog. eokambrischen;vgl. dazu DUNN, THOMSON & RANKAMA 1971)vermieden, da deren genaue Altersdatierung unddamit eine etwaige Gleichzeitigkeit nur in den we-nigsten Fällen gesichert ist.

B e f u n d e : Wie bereits oben angedeutet, ge-lang der Nachweis großflächiger präquartärer Ver-eisungen und damit von einstigen Eiszeiten bereitsin der frühen zweiten Hälfte des vorigen Jahr-hunderts. Waren lange Zeit Vereisungsspuren nuraus Vorderindien und Südafrika bekannt, so habensich seither die Befunde wesentlich vermehrt, nichtnur, was die Ausdehnung der einst vereisten Ge-biete betrifft. So haben neue Untersuchungsmetho-den zu wesentlich neuen Erkenntnissen und Ein-blicken geführt (z. B. Paläotemperaturbestimmungdurch die Karbonatmethode, Magnetostratigraphiedurch wiederholte Umpolungen, fossile Plankton-organismen aus ozeanischen Sedimenten als Klima-indikatoren, Nachweis eisgedrifteter Sedimentedurch Rasterelektronenmikroskop), die u. a. aucheine entsprechende Erweiterung von Vereisungenin zeitlicher Hinsicht dokumentieren und zugleicheine genauere Altersdatierung der Vereisungsspu-ren ermöglichen.

Diese neuen Erkenntnisse ließen erkennen, daßdie angebliche Periodizität kryogener Perioden

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nicht existiert, da außer der eokambrischen, derpermokarbonischen und der pleistozänen Eiszeitnicht nur weitere paläozoische (ordovizisch/siluri-sche und devonische), sondern auch jungtertiäreEis- bzw. Kaltzeiten nachweisbar sind. Damit istdas angeblich periodische Auftreten von Eiszeitenin Abständen von ungefähr 270 Millionen Jahrennicht mehr aufrecht zu erhalten. Das gleiche gilt fürden verschiedentlich angenommenen Zusammen-hang von Eiszeiten und Gebirgsbildungen (kaledo-nische, variszische, alpidische). Dieser ist nicht nurnach neuesten Befunden nicht gegeben, sondernauch schon im Hinblick auf die relativ geringeWassermenge, die jeweils in den Hochgebirgen inForm von Gletschern gebunden ist, unwahrschein-lich. Das gesamte Gletschereis der heutigen Hoch-gebirge bildet nur 1% der Eismasse unseres Pla-neten. Fast 90% sind gegenwärtig in der Antarktis,weitere 9% in Grönland zu finden (s. HOINKES1968). Freilich sind die sekundären Auswirkungenvon Hochgebirgen für den Temperaturhaushalt derErde, wie etwa die Funktion als Klimabarrierenund durch die Albedowirkung der Gletscher- undSchneeflächen nicht zu unterschätzen. Dennoch er-scheint die Wirkung von Hochgebirgen nicht aus-reichend, um die Entstehung kryogener Periodenzu erklären.

Besonders interessant sind die Befunde von denSüdkontinenten sowie Vorderindien, dem einsti-

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gen Gondwanakontinent, die im Zusammenhangmit der permokarbonischen Eiszeit stehen. Der Be-griff Gondwanakontinent wurde 1885 von SUESSauf Grund der gleichen geologischen, floristischenund faunistischen Entwicklung für einen einstigeneinheitlichen Südkontinent geprägt, dessen einzelneTeile (Südamerika, Afrika, Australien und Vorder-indien) durch Landbrücken miteinander verbundengewesen sein sollen. Waren es ursprünglich nurTillite (also fossile Gletschermoränen) und Glet-scherschliffe in Südafrika (Dwyka-Tillite) und Vor-derindien (Talchir-Tillite), so gelang seither derNachweis von Tilliten aus Südamerika (Tupe-Tilli-te aus West-Argentinien, Itarare-Tillite aus Bra-silien, s. LOHMANN 1965, Tarija- bzw. Taiguati-Tillite aus Bolivien, s. MAACK 1969), aus Austra-lien (Tillite aus verschiedenen Becken; BROWN,CAMPBELL & CROOK 1969), Madagaskar (Perm-Tillite über den präkambrischen Ablagerungen, s.BRENON 1972), von den Falkland-Inseln (Lafo-nian-„Tillite" = Diamiktite, s. FRAKES &CROWELL 1697, CROWELL & FRAKES 1970)und sogar aus der Antarktis (Buckeye- undPagoda-Tillite, s. DU TOIT 1937, KING 1958, 1961,DUOMANI & LONG 1962). Die Mächtigkeit derTillite schwankt (z. B. Dwyka-Tillite von 30 FußMächtigkeit in Transvaal bis zu 2500 Fuß in dersüdlichen Kap-Provinz). Allerdings erwiesen sichnicht alle dieser vermeintlichen Tillite als echte

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fossile Gletschermoränen. Manche sind nur alsDiamiktite*) zu bezeichnen, wie sie etwa beimAbschmelzen von im Meer driftenden Eisbergenentstehen. Eisbergen haftet meist Material derGrundmoräne an, das beim Abschmelzen auf denMeeresboden sinkt und somit in marine Ablage-rungen eingebettet wird. Derartige Diamiktite kön-nen zwar im Gegensatz zu Tilliten nicht als Be-weis für eine Vergletscherung am Ort gelten, dochsetzt ihre Entstehung die Existenz von Gletschernund damit meist von ± größeren Inlandeismassenvoraus. Dazu kommt der Nachweis von Warvitenund angeblich auch von Trogtälern (z. B. Schluchtdes Kunene-Flusses im Kaokoveld [SW-Afrika]nach MAACK 1969), die als Folge der ausgedehntenpermo-karbonischen Vergletscherung angesehenwerden. Selbst wenn letzteres, wie auch das vonMAACK (1969) angenommene Vorkommen von auf-fallend rötlichen und violetten Quarziten, wie siesonst nur aus Südwestafrika (Kaokoveld) bekanntwurden, in Tilliten aus Südbrasilien nicht zutref-fen sollte, so dokumentiert das übrige Belegmate-rial ausgedehnte Vergletscherungen der Südkonti-nente durch Inlandeismassen. Die Bewegungsrich-tung des Gondwana-Inlandeises weist nach R.

*) Als Diamiktite werden moränenähnliche Bildungen(Pseudomoränen, Kutschmassen, Fanglomerate u. dgl.)bezeichnet (FLINT, SANDERS & ROGERS 1960).

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MAACK in Südwestafrika und auch in Südbra-silien nach Westen.

Auch die Untersuchungen von H. GRABERT(1965) in Brasilien zeigen, daß im Paläozoikum in

Eiszeiten im Phanerozoikum ( Polio -. Meso - und Känozoihum )

Period»

Ouorlir

Ttrliir

Kreide

Jura

Trias

Perm

Karbon

Oevon

Silur

Ordovizium

Kambrium

Prikambrium

Mill.Jahr*

3-3

es

735

195

225

210

3*0

390

*30

480

570

Vorkommt/)

N-und S-Hemisphäre

Antarktis.Alaska. Istana

Süd/. Pazifik

S - Hemisphäre

Antarktis. Indien.Australien )

Kongo.Brasilien. Argentinien

Grönland. Spitlbergen,

Australien

Erscheinungen

|

i

|

=

Sämtliche Vereisungser-scheinungen , Fauna und Flora

Tillite. Kollwasserfaunen

Oiamiktite

Faunen -Provinzen

Tillite. Warrite. Gletscher-schliffe. Faunen und

Floren

Tillite

Gletscherschliffe. Tillite.gekritite Geschiebe

Provinzen

— Tillite

Tabelle: Kryogene und akryogene Perioden im Pha-nerozoikum. Mesozoikum als akryogene Ära.

weiten Teilen glaziale bzw. boreale Bedingungenherrschten. Im älteren Devon existierte im Ama-zonas-Becken eine boreale Marinfauna, währendim Parnaibä- und im Paranä-Becken richtige

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glazigene Sedimente abgelagert wurden. Im Ober-karbon war die glaziale Fazies auf das Paranä-Becken beschränkt, während für das Amazonas-und Parnaibä-Becken, warmgemäßigte Klimabe-dingungen anzunehmen sind. Weiters hebt GRA-BERT die tiefgreifende Klimaveränderung vomOberperm zur Triaszeit hervor, die vom kühlenbis glazialen Klima zu einem arid-wüstenhaftenführte.

Für weite Gebiete der heutigen Südkontinenteund für Vorderindien bzw. Madagaskar ist eineübereinstimmende Abfolge der Sedimente und de-ren fossiler Fauna und Flora, die meist über dempräkambrischen Basement liegt, kennzeichnend. Dadie erwähnten Glazialbildungen vielfach an derBasis der Gondwanaschichten auftreten, wurdensie ursprünglich auch als gleichaltriger Leithorizontbetrachtet. Wie jedoch neuere Untersuchungen ge-zeigt haben (vgl. KING 1961, MAACK 1969), sinddiese basalen Glazialbildungen der einzelnen Kon-tinente durchaus nicht gleichaltrig. Abgesehen vonden z. T. schon erwähnten devonischen Glazial-bzw. Kaltwassersedimenten in Brasilien (Tibagi-und Barreiro-Sandsteine) und in Südafrika (Bokke-veld-Schichten und Witteberg-Sandsteine) *) sowieden alt-karbonischen Tupe-Tilliten in Argentinien,

*) Das Alter der Witteberg-Serie ist umstritten. Siewerden verschiedentlich dem Karbon zugerechnet.

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Abb. 1: Gondwanakontinent und „Wanderweg" desGondwanapoles vom Ordovizium bis zur Trias (nachM. W. McELHINNY 1973). Lage des Antarkto-Austra-lischen Kontinentes zu Südamerika-Afrika nach D. H.ELLIOT (1973), Position von Afrika zu Südamerikaund Australien zur Antarktis nach dem Verlauf desKontinentalsockels nach A. G. SMITH & A. HALLAM(1970). Beachte Polverlagerung vom Perm zur Trias,vom Festland zum Meer. Abkürzungen: O—S = Ordo-vizium-Silur, D = Devon, U-K = Unterkarbon, O-K =

Oberkarbon, P = Perm, T = Trias.

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handelt es sich um oberkarbonische (Südafrika,Vorderindien, Madagaskar und Antarktis) und um(unter-)permische Bildungen (Madagaskar, Vorder-indien, Australien), wo das kühle Klima im Ostenbis zum Ende der Permzeit andauerte. Es scheinteine allmähliche Verschiebung der (sub-)glazialenPhasen von Südafrika über die Antarktis bis Au-stralien stattgefunden zu haben, indem die Ver-eisung in Südamerika bis in das Oberkarbon, inSüdafrika bis zum Ende des Oberkarbon und inAustralien bis ins „mittlere" Perm andauerte (vgl.KING 1961 und Abb. 1). Ob damals ein einheit-liches Vereisungszentrum oder deren zwei, wieFRAKES & CROWELL (1970) annehmen, ausge-bildet war, ist derzeit nicht mit Sicherheit zu ent-scheiden. Zur jüngeren Permzeit herrschte in Süd-afrika und Vorderindien ein (warm-)gemäßigtesKlima, das nach Norden in ein subtropisches über-ging.

Über den basalen Glazialbildungen folgen inSüdamerika, Südafrika und in Vorderindien meist(glazial-)marine Ablagerungen mit einer Kaltwas-serfauna (nach der Leitförm Eurydesma-Fauna.benannt) sowie Kohlenhorizonte mit der typischenGlossopteris-Flora. Den Abschluß der marinenSchichtfolge bilden in Südafrika unterpermischeSchiefer mit Mesosaurus, einem aquatischen Rep-til, dessen Reste auch aus gleichaltrigen Ablagerun-gen Südamerikas (Südbrasilien) nachgewiesen sind.

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Die Glossopteris-Flova. ist übrigens auch aus Ma-dagaskar, Australien und der Antarktis nachge-wiesen (s. PLUMSTEAD 1973). Sie unterscheidetsich sowohl von der euramerischen in Europa,Nordafrika und dem östlichen Nordamerika alsauch von der Angara-Flora Zentralasiens und derCathaysia-Flora Südasiens.

Für das ältere Paläozoikum (Kambrium bis Silur)sind Aussagen in paläoklimatologischer Hinsicht fürdie Südkontinente wegen des fast völligen Fehlensvon Fossilien nur bedingt möglich. Dies ist nicht zu-letzt auf die damals vorwiegend kontinentale Fa-ziesausbildung des Gondwanakontinentes zurück-zuführen. Immerhin ist nach lithologischen Befun-den für das Ordovizium und das Silur mit einemkühlen Regime zu rechnen. Lediglich aus dem süd-lichen Südamerika und aus Australien sind Anzei-chen für warmgemäßigte bis tropische Klimazonen(Australien) vorhanden.

In diesem Zusammenhang seien auch jene Er-scheinungen in Nordafrika (Sahara) erwähnt, dievon Rh. FAIRBRIDGE (1969, 1970) als Anzeicheneiner weiträumigen Vereisung in Form eines kon-tinentalen Eisschildes angesehen werden. Es han-delt sich nach FAIRBRIDGE um Gletscherschliffe,Tillite, gekritzte Geschiebe und Diamiktite, die z. T.in verschiedenen Horizonten auftreten (s. FAIR-BRIDGE 1971). Allerdings ist diese Deutung nichtunwidersprochen geblieben, indem weder die von

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FAIRBRIDGE an jungordovizischen Sandsteinenals Gletscherschliffe gedeuteten, meist flächig undgeradlinig verlaufenden Schrammen, noch die ge-kritzten Geschiebe glazialer Entstehung sein sollen(s. SCHERMERHORN 1970). Vielmehr seien dieseSchrammen im unverfestigten Sand entstanden.Weiters werden diese geschrammten Sandsteinedirekt — ohne Zwischenschaltung eines Transgres-sionskonglomerates — von altsilurischen Grapto-lithenschiefern überlagert. Zu diesen Einwändenist zu sagen, daß die Schrammen, wie bereitsFAIRBRIDGE betont, nicht auf eine Gebirgsver-gletscherung zurückzuführen sind, sondern auf eineInlandeismasse. Diese kann zum Teil als Schelfeisim epikontinentalen Bereich die Schrammen immarinen Sediment erzeugt haben. Auch die für et-was tieferes Wasser sprechenden Graptolithen-schiefer im Hangenden können durch eine isosta-tisch bedingte Absenkung des Kontinentes, die zumAbschmelzen des Eisschildes samt Schelfeis geführthat, erklärt werden. Diese isostatische Absenkungkann durch einen entsprechend mächtigen Eisschildbedingt sein. Gerade das Fehlen eines Transgres-sionskonglomerates stützt diese Annahme. Derartisostatisch bedingte Absenkungen sind auch vonden im Pleistozän mit mächtigen Eisschilden be-deckten Gebieten (z. B. Baffin-Island, Spitzbergen,Skandinavien) bekannt und auch für die Antarktisanzunehmen. Erstere sind derzeit — nach Ab-

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schmelzen der Eismassen — in Hebung begriffen.Das Alter dieser Erscheinungen in der Sahara läßtsich auf Grund von Trilobiten im Liegendsand-stein und der Graptolithenschiefer im Hangendenals Post-Caradoc und somit als Jung-Ordoviziumbzw. Alt-Silur einengen.

Mit dem Nachweis glazialer Erscheinungen imBereich der Sahara steht das Fehlen von Riffko-rallen nicht nur in diesem Gebiet, sondern auchin Südamerika in Einklang. Riffkorallen sind imOrdovizium und Silur aus Nordamerika, Grönland,Europa, Vorder-, Zentral- und Ostasien sowie Au-stralien bekannt geworden (s. KALJO & KLAA-MANN 1973).

Auch aus Südamerika ist verschiedentlich überprädevonische Glazialspuren berichtet worden. Sosind aus dem Zapla-Horizont des älteren und mitt-leren Silurs in Bolivien tillitartige Bildungen,Schrammen und geschrammte Gesteine beschrie-ben worden, die als Anzeichen einer Vereisung ge-deutet und altersmäßig mit den prädevonischenJapo-Tilliten aus Süd-Brasilien in Verbindung ge-bracht werden (s. LOHMANN 1965, MAACK 1969).Möglicherweise sind es auch hier keine echten Tilli-te, sondern Spuren von Schelfeis. Dafür scheintauch die für Südamerika und das südlichste Afrikacharakteristische malvino-kaffrische Provinz (nachBrachiopoden) zu sprechen (s. BOUCOT & JOHN-SON 1973).

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Anzeichen kalter Klimazonen sind auch aus demDevon des Gondwanakontinentes mehrfach nach-gewiesen worden. Es sind einerseits Kaltwasser-faunen des älteren Devons aus Südamerika (Bra-silien), dem Kongogebiet und Südafrika, andrer-seits Tillite bzw. marin-glaziale Ablagerungen, diebereits oben erwähnt wurden. Allerdings sind man-che der sog. Tillite nur Diamiktite (s. SCHERMER-HORN & STANTON 1963). Nach R. MAACK (1969)sind oberdevonische Tilloide aus Brasilien, Pata-gonien und (?) Südafrika bekannt geworden. ZumVerständnis der Situation muß hinzugefügt wer-den, daß die Altersdatierungen dieser (sub-)glazia-len Erscheinungen vereinzelt (z. B. Witteberg-Se-rie) nicht ganz gesichert ist und daß weite TeileSüdamerikas, Nordafrika und Ostaustralien zurDevonzeit von einem epikontinentalen Meer über-flutet waren.

Die permo-karbonische Eiszeit und ihre Auswir-kungen auf der Südhemisphäre wurde bereits obenbesprochen. Auf der nördlichen Hemisphäre fehlenbisher Spuren eines glazialen Klimas. Vielmehrspricht die Morphologie der Steinkohlenpflanzenund das Fehlen von Ruhestadien sowie die üppigeVegetation im Bereich der sog. euramerischen Flo-renprovinz für subtropische bis tropische Verhält-nisse mit Regenwäldern im Oberkarbon bzw. Wü-stengebieten im Perm.

Demgegenüber ist das Mesozoikum als akryoge-

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ne Periode zu bezeichnen, fehlen doch bisher An-zeichen eines glazialen Klimas bzw. Vereisungs-spuren völlig. Bereits oben wurde auf die tiefgrei-fenden Klimaveränderungen vom Perm zur Triasauf den Südkontinenten hingewiesen, die von ei-nem kühl-glazialen zu einem (tropisch-) warmenKlima führten. Zur Jura- und Kreidezeit ist eineDifferenzierung der Marinfaunen und Faunenpro-vinzen ausgeprägt, die bereits M. NEUMAYR (1883)zur Unterscheidung der mittel- und südeuropä-ischen mediterranen und der nordeuropäischen bo-realen Provinz führte. Seitherige Untersuchungenvor allem an Ammoniten, Belemniten, Riffkoral-len und Gastropoden haben, trotz vereinzelter Kri-tik (ORTMANN 1896), im wesentlichen die klima-tisch bedingte Differenzierung der Faunenprovin-zen bestätigt (s. ARKELL 1956, STEVENS 1963,1969, ZIEGLER 1965, BEAUVAIS 1973, HALLAM1973). Die Unterscheidung dieser Faunenprovinzenberuht auf einer allmählichen Abnahme der For-menmannigfaltigkeit der Marinfaunen gegen Nor-den, auf der Nordgrenze von Riffkorallen. Dicera-ten und Nerineen sowie auf dem Vorkommen be-stimmter Ammoniten- und Belemnitengattungen inder südlichen (z. B. Oppelien, Belemnopsis, Hibo-lithes) bzw. der borealen Provinz (z. B. Virgatites,Cylindroteuthis). Verschiedentlich vorgebrachteEinwände, daß hier rein geographische oder durcheinen geringeren Salzgehalt bedingte faunistische

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Unterschiede vorliegen, sind nicht zutreffend (vgl.REID 1967). Wichtig ist jedoch, daß die damaligeboreale Provinz nicht als Äquivalent des heutigenborealen, sondern eher als des (warm)gemäßigtenBereiches anzusehen ist.

Für die Kreidezeit gilt ähnliches, wie etwa dieVerbreitung der Rudisten und von Großforamini-feren (z. B. Lituoliden, Orbitoiden, Alveolinen) er-kennen läßt (s. KÜHN 1949, DILLEY 1973).

SLITER (1972), der die Planktonforaminiferen-faunen der jüngeren Kreidezeit im Nord-Pazifikuntersuchte, unterscheidet vom Süden nach Nordendie Tethys-, Zentral-, Zwischen- und boreale Pro-vinz. Die Südgrenze der borealen Provinz liegt bei45—46° n. Br. und somit nördlicher als gegenwär-tig die Grenze zwischen der subarktischen und derÜbergangsprovinz (Abb. 2). Dies bedeutet, daß zurjüngeren Ober-Kreidezeit die gemäßigte Zone aus-gedehnter war als gegenwärtig. Radiolarien derOber-Kreide von der Nordküste Alaskas sind aus-gesprochene Kaltwasserformen.

Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang das„plötzliche" Aussterben der Planktonforaminiferenam Ende der Kreidezeit (Maastricht). Die Plank-tonforaminiferen werden zur ältesten Tertiärzeitdurch neue Gruppen ersetzt. Es dürfte eine Ab-kühlung der Oberflächenwässer in ursächlichemZusammenhang mit dem Verschwinden dieser Mee-resorganismen stehen, zumal die Benthosforamini-

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feren davon nicht betroffen sind. In diesem Zu-sammenhang erscheint auch der in jüngster Zeit(Scientific staff 1973 a) durch Tiefseebohrungen ge-lungene Nachweis von eisgedriftetem Detritus injüngstkretazischen Ozeansedimenten bemerkens-

Abb. 2: Lage der Nordkontinente und des Pazifikpoleszur jüngeren Kreidezeit und Faunenprovinzen imNordpazifik nach Planktonforaminiferen. Beachte of-fene Verbindung zwischen Nordpazifik und arktischemOzean. Strichliert = einstiger Küstenverlauf. Nach

W. V. SLITER 1972, verändert umgezeichnet

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wert. Die Ergebnisse der Karbonatmethode seienhier absichtlich nicht berücksichtigt, da die durchH. A. LÖWENSTAM & S. EPSTEIN (1954) undR. BOWEN (1961) gewonnenen Ergebnisse auf dia-genetisch verändertem Material (Belemniten-rostren) beruhen (vgl. VOIGT 1965 und TOURTE-LOT & RYE 1969).

Die Tertiärzeit galt gleichfalls lange Zeit alsakryogene Periode. Hier haben neue Befunde zuvöllig neuen Vorstellungen geführt. Wie für dieKreidezeit, kommt Planktonforaminiferen (nebenanderen Planktonten, wie Radiolarien, Kalk- undSilicoflagellaten) als Temperaturindikatoren inVerbindung mit geophysikalischen Befunden (Ma-gnetostratigraphie auf Grund wiederholter Umpo-lungen) undJ sedimentpetrographischen Ergebnis-sen (eisgedriftete Sedimente) eine wesentliche Rollezu.

So haben Untersuchungen der Ozeansedimenteim südöstlichen Pazifik und im Bereich südlich Au-stralien-Neuseeland zum Nachweis eisgedrifteterQuarzsande aus „alteozänen", oligozänen und jung-tertiären (mio-pliozänen) Ablagerungen geführt (s.MARGOLIS & KENNET 1970, Scientific staff1973). Das Vorkommen derartiger Komponentenin marinen Sedimenten ist durch das Abschmelzendriftender Eisberge zu erklären. Diese wiederumsetzen Gletscher bzw. eine Inlandeiskappe in ent-sprechender Entfernung voraus, wie sie wohl im

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Bereich der Antarktis zu suchen sein dürften (vgl.Abb. 3). Waren demnach zumindest Teile des ant-arktischen Kontinentes im Alttertiär (bes. Oligozän)vereist, so ist nach neuesten Untersuchungen be-reits im Miozän mit einer ausgedehnteren Verei-sung der Antarktis zu rechnen, was auch durch den

Abb. 3: Vermutliche Position der Antarktis und vonAustralien im Alttertiär und Lage des „Süd"poles.Nach D. P. MCKENZIE & J. G. SCLATER 1971 undA. G. SMITH, J. C. BRIDEN & G. E. DREWRY 1973,

verändert umgezeichnet.

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Nachweis „miozäner" glazialer Erscheinungen imBereich des transantarktischen Gebirges dokumen-tiert wird (ARMSTRONG, HAMILTON & DEN-TON 1968, DENTON, ARMSTRONG & STUIVER1969, Scientific staff 1973). Hand in Hand damitgeht eine Abkühlung der Wassertemperaturen dessüdlichen Pazifik, die ihren Höhepunkt im „Jung-Miozän" (= Alt-Pliozän), vor etwa 4 bis 5 Millio-nen Jahren erreichte, jedoch auch auf der nörd-lichen Hemisphäre spürbar war (vgl. ADDICOTT1960, HAYS & OPDYKE 1967, GOODELL, WAT-KINS, MATHER & KOSTER 1968, STRAUCH1972). Auf dieses Klimaxstadium folgte ein abrup-ter Schmelzvorgang, indem das Eis wohl auf eineder heutigen Position entsprechende Ausdehnungzurückging. Hervorgehoben sei, daß die Klimage-schichte Australiens eine Zunahme der Tempera-turen und auch der Feuchtigkeit bis zu einem Ma-ximum mit (sub-)tropischem Klima im mittlerenTertiär (O-Oligozän — U-Miozän) zeigt, dem im„mittleren" Miozän eine Temperaturabnahme beizunehmender Aridität folgt, die im Quartär ihrKlimaxstadium erreicht (s. GILL 1961, DORMAN1966). Interessant ist, daß aus Südalaska (Wrangell-Mountains) und Island (Tjörnes) gleichfalls glazialeSpuren aus dieser Zeit bekannt sind (s. EINARS-SON, HOPKINS & DOELL 1967, DENTON &ARMSTRONG 1969). Demnach kann auch die aufder Nordhemisphäre vom Eozän bis zum Ende des

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Tertiärs auf Grund der Flora und der Marinfaunenregistrierte Klimaverschlechterung, die besondersim Oligozän spürbar war und die u. a. zu einerSüdverschiebung der Klimazonen führte, im we-sentlichen durch die zunehmende Vergletscherungder Antarktis erklärt werden (s. GOODELL, WAT-KINS, MATHER & KOSTER 1968). Auch die imMiozän beginnende und bis ins Pliozän andauerndekonstante Absenkung des Meeresspiegels kann mitW. F. TANNER (1968) mit der zunehmenden Ver-gletscherung der Antarktis in Zusammenhang ge-bracht werden. Als etwas jünger (ca. 3 Mill. Jahre)werden Vereisungsspuren aus der Sierra Nevada(CURRY 1966) bzw. aus Süd-Argentinien (über 2Mill. Jahre) angegeben (s. MERCER 1969). Aller-dings ist in diesen Fällen zu berücksichtigen, daßes sich nur um lokale, nicht regionale Vergletsche-rungen handelt.

Alle diese Befunde stehen in Einklang mit denErgebnissen an Planktonforaminiferen aus käno-zoischen Ablagerungen des äquatorialen Pazifikund Atlantik. Abgesehen von absoluten Tempera-turwerten, wie sie mit Hilfe von Sauerstoffisoto-pen (016:018- Verhältnis) nach der Karbonatme-thode an Gehäusen fossiler Foraminiferen gewon-nen wurden, läßt die Verbreitung bestimmter Ar-ten in jungtertiären und quartären Meeressedimen-ten konkrete Schlüsse auf die einstigen Oberflä-chenwassertemperaturen zu (z. B. Globorotalia me-

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nardii-Gruppe für ± tropische Gewässer; Globige-rina" pachyderma" (= incompta) mit rechtsgewun-denen Gehäusen für gemäßigte [zwischen 9 und15° C] und Globigerina pachyderma mit links-gewundenen Gehäusen für kühle Temperaturen[unter 8° C]). Demnach ist es bereits im „Jung-Miozän" und im Pliozän vorübergehend zu Kalt-zeiten gekommen, die durchaus mit den pleisto-zänen Kaltzeiten vergleichbar sind (s. BANDY,CASEY & WRIGHT 1971). Da diese Klimaschwan-kungen zu Verschiebungen der Verbreitungsgren-zen bis zu 20 Breitegrade führten, ist eine Deu-tung allein durch vorübergehende Änderung derOzeanströmung nicht ausreichend. Es sind Auswir-kungen globalen Ausmaßes.

Die absoluten Altersdatierungen beruhen — so-weit es sich um kontinentale Erscheinungen han-delt — meist auf Lavaergüssen, die mit der K-Ar-Methode einstufbar sind, während die Ozeansedi-mente mit Hilfe der Magnetostratigraphie, die sichder wiederholten Umpolungen — ausgehend vonder gegenwärtigen „normalen" Brunhes-Epoche —bedient, datiert werden *).

Für das Quartär seien nur einige für die folgen-den Überlegungen wichtige Befunde aus jüngster

*) Die absolute Datierung des jüngsten Känozoikumserfolgt auf Grund unterschiedlicher Parallelisierungnicht einheitlich.

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Zeit erwähnt. Es sei hier weder auf die mit derZahl von quartären Kaltzeiten noch auf die mitdem Tempo von Wachstum bzw. dem Abschmel-zen von Eiskappen (vgl. dazu WEERTMAN 1964,LAMB & WOODROFFE 1970, MATTHEWS 1972)oder auf die mit der Parallelisierung von Pluvial-zeiten verknüpfte Problematik eingegangen, son-dern nur auf die gleichfalls auf Planktonforamini-feren beruhenden Ergebnisse hingewiesen. NachJ. D. HAYS & al. (1969) sind innerhalb der letzten700.000 Jahre nach Tiefseebohrkernen aus demäquatorialen Pazifik acht Kaltzeiten zu unterschei-den, die sich weitgehend mit den Karbonatzyklendecken, wie sie in den gleichen Bohrungen festge-stellt werden können. Demgegenüber unterscheidetC. EMILIANI (1966) in der karibischen See alleininnerhalb der letzten 400.000 Jahre sechs verschie-dene Tiefstände in der Temperaturkurve. Aller-dings beruhen die absoluten Werte bei C. EMILI-ANI auf der angenommenen Sedimentationsge-schwindigkeit der Ozeansedimente.

Für die weiteren Überlegungen erscheinen fol-gende Feststellungen wesentlich. Gegenwärtig istder arktische Ozean von einer Packeisdecke be-deckt, deren Ausdehnung jahreszeitlichen Schwan-kungen ausgesetzt ist, ohne daß diese etwa im Som-mer abschmilzt. Die durchschnittliche Mächtigkeitdieser durch Wind und Meeresströmungen driften-den Eisdecke beträgt nach den Eisstationen der

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USA und der USSR sowie den Tauchfahrten derAtom-Unterseeboote ungefähr drei Meter und istnur örtlich durch Windpressung und Eisberge dik-ker. Wie paläoozeanographische Untersuchungengezeigt haben, war der arktische Ozean bis vor un-gefähr 0,7 Millionen Jahren frei von einer perma-nenten Packeisdecke. Erst seither wechselten eis-bedeckte und eisfreie Perioden einander ab (s.HERMAN 1970). Das gegenwärtige Packeis hat sichseiner Ausdehnung nach seit ungefähr 80.000 Jah-ren nur wenig verändert (s. HUNKINS, BE, OP-DYKE & MATHIEU 1971). Diese Ergebnisse sindin mehrfacher Hinsicht wichtig, fällt doch einer-seits der Beginn der Bildung einer Packeisdeckemit dem „glazialen" Pleistozän zusammen, andrer-seits war der arktische Ozean zu Warmzeiten eis-frei, was für die Beurteilung der gegenwärtigenSituation wesentlich erscheint.

Damit wollen wir uns den Voraussetzungen zu-wenden, die für das Entstehen kryogener Periodennotwendig sind.

V o r a u s s e t z u n g e n : Die wichtigste primäreVoraussetzung für das Zustandegekommen kryo-gener Zeiten ist zweifellos die Hydrosphäre mit ih-ren physikalischen Eigenschaften (vgl. SCHWARZ-BACH 1972). Auf Grund dieser physikalischen Ei-genschaften ergibt sich, daß Eiskappen nur im Be-reich von Landgebieten, nicht jedoch im (offenen)

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Meer entstehen können. Da Eiszeiten stets zu sehrbeachtlichen Meeresspiegelabsenkungen geführthaben, ist die Entstehung einer kryogenen Periodevon der Existenz von zumindest einem Landgebiet(Kontinent) im Polbereich abhängig. Dieser Grund-satz kommt in der Polar-Koinzidenz-Hypothese vonRh. FAIRBRIDGE (1967) zum Ausdruck, wobeiFAIRBRIDGE allerdings dem antarktischen Kon-tinent die Hauptrolle zuschreibt. Dazu kommenfreilich noch andere Voraussetzungen, etwa Ozeaneals Feuchtigkeitsspender, ferner Meeresströmun-gen, sowie isostatische Bewegungen der Kontinente,wie sie bereits oben erwähnt wurden.

Die Polar-Koinzidenzhypothese setzt indirekteine Kontinentalverschiebung voraus. Nun lassenzahllose Befunde, die in den letzten eineinhalbJahrzehnten von Seiten der Geophysik (Paläoma-gnetismus, Seismik), der Meeresgeologie, der Geolo-gie und der Paläontologie gewonnen wurden, kei-nen Zweifel mehr an Kontinentalverschiebungenim Laufe der Erdgeschichte aufkommen (vgl.TARLING & RUNCORN 1973). Das von H. HESSim Jahre 1960 entwickelte und von R. S. DIETZ(1961) als „sea-floor spreading" bezeichnete Kon-zept bietet zugleich auch den Schlüssel zum Ver-ständnis der Entstehung kryogener Perioden. Nachdem gegenwärtigen Kenntnisstand dürften Konti-nentalverschiebungen und die mit ihnen verknüpf-ten Erscheinungen (veränderte Meeresströmungen

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usw.) allein ausreichen und die Annahme von Pol-wanderungen nicht notwendig machen. Letzterewurden bekanntlich bereits von W. KOPPEN &A. WEGENER (1924) zur Erklärung der pleistozä-nen Eiszeiten herangezogen, indem der Nordpolwährend des Pleistozäns seine Position wiederholtverlagert und somit zum Wechsel von Kalt- undWarmzeiten beigetragen hätte. Nach neueren pa-läomagnetischen Untersuchungen ist jedoch nur mitganz geringen Schwankungen der Lage des ma-gnetischen Poles (eine gegenüber der heutigen Posi-tion zum Rotationspol nicht wesentlich veränderteLage vorausgesetzt) zu rechnen, die für eine Er-klärung des Wechsels von Glazial- und Interglazial-zeiten nicht ausreichen.

Berücksichtigt man die bisherigen Befunde überdie Meeresbodenverbreiterung und die in Zusam-menhang damit entwickelten Vorstellungen überdie Plattentektonik („plate tectonics"; s.MCKENZIE & PARKER 1967, MORGAN 1968), solassen sich diese durchaus mit den obigen Befun-den über kryogene und akryogene Perioden inEinklang bringen. Es kann an dieser Stelle nichtüber die vermutlichen Ursachen des „sea-floorspreading" bzw. der „plate tectonics" und damitvon Kontinentalverschiebungen diskutiert werden,doch sind es wahrscheinlich einerseits Konvektions-„strömungen" im Erdmantel, wie sie O. AMPFE-RER bereits 1906 in Verbindung mit Gebirgsbil-

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düngen angenommen hat, andrerseits Rotationsbe-wegungen der Lithosphäre auf der Asthenosphäre.Sämtliche gegenwärtige Ozeane sind, geologisch ge-sehen, relativ jung. Dies haben vor allem die Un-tersuchungen des US-Forschungsschiffes „GlomarChallenger" ergeben, das seit 1968 Tiefseebohrun-gen in sämtlichen Weltmeeren durchführt. Dieseozeanographischen Befunde lassen in Verbindungmit paläomagnetischen Daten vom Meeresbodeneine Altersdatierung des Ozeanbodens zu. Die frü-hesten Anfänge heutiger Ozeane liegen in der Jura-zeit (östlicher Pazifik, mittlerer Atlantik). Die pa-läomagnetischen Daten geben auch über das Tempoder Meeresbodenverbreiterung Aufschluß (von 2bis 8 cm pro Jahr). Da es jedoch gleichzeitig immerwieder zu einem Absinken von Ozeanplatten inTiefseegräben kommt, kann die prä-jurassischebzw. prä-kretazische Vorgeschichte der Ozeanenicht auf Grund ozeanographischer Befunde, son-dern — wie bisher — nur an Hand der auf denKontinenten erhaltenen Spuren (z. B. ehemaligeGeosynklinalen und Gebirgsbildungen) beurteiltwerden. Demzufolge existierten seinerzeit sowohlein Protopazifik als auch ein Protoatlantik.

Die paläogeographische Entwicklung der Kon-tinente kann seit dem Jungpaläozoikum als inden Grundzügen bekannt gelten. Für die präkam-brische Paläogeographie reicht unsere Kenntnis zusicheren weltweiten Rekonstruktionen derzeit

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nicht aus, wenngleich wohl exakte Angaben überverschiedene Kontinentahnassen gemacht werdenkönnen. Es sei daher vom Jungpaläozoikum aus-gegangen.

Im Jungpaläozoikum waren die heutigen Kon-tinente untereinander landfest zur sog. Pangaeaverbunden, indem nicht nur der bereits oben wie-derholt zitierte Gondwanakontinent aus den heu-tigen Südkontinenten einschließlich Vorderindieneine einheitliche Landmasse bildete, sondern aucheine direkte Verbindung mit Nordamerika und Eu-rasien ( = Laurasia) existierte. Eine auf Grundgeophysikalischer, geologischer und morphologi-scher Kriterien (z. B. Aneinanderpassen der Kon-tinentalsockelränder) erarbeitete Rekonstruktionzeigt etwa folgendes Bild (s. Abb. 1). Meinungs-verschiedenheiten bestehen vor allem über die La-gebeziehungen zwischen Afrika und der Antarktissowie über die Lage von Madagaskar und Vorder-indien, ferner über Teile (Süd-)Ostasiens (vgl. dazuDU TOIT 1937, SMITH & HALLAM 1970, DIETZ &SPROLL 1970, FRAKES & CROWELL 1968,ELLIOT 1973). Gesichert ist dagegen die einstigePosition von Afrika zu Südamerika und der Ant-arktis zu Australien. Auch über das Zusammenpas-sen von Nordamerika mit Westafrika und Europabesteht praktisch Einhelligkeit (s. BULLARD,EVERETT & SMITH 1965).

Paläomagnetische Untersuchungen sowie paläo-

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klimatologische Ergebnisse an Hand fossiler Kli-mazeugen sprechen für eine „Wanderung" des ein-stigen Südpoles, der mit Rh. W. FAIRBRIDGE bes-ser als Gondwanapol gegenüber dem damaligenNord- oder Pazifikpol zu bezeichnen ist, vom Ordo-vizium bis zum Karbon vom nordwestlichen Afrikaüber Nordostbrasilien und Angola nach Südafrika(Transvaal), um dann während der Permzeit dieOstantarktis zu erreichen (s. CROWELL & FRA-KES 1970). Er näherte sich somit auch dem austra-lischen Kontinent bzw. Vorderindien, die damalsnoch Teile des Gondwanakontinentes bildeten (vgl.BRIDEN 1970). Für die Perm-Triaswende ist nachpaläomagnetischen Befunden ein ± scharfer Knickdes „Polweges" anzunehmen, der zur Verlagerungdes Gondwanapoles aus dem Kontinentalbereich inden offenen Ozean führte (s. BRIDEN 1970 VA-LENCIO & VILAS 1969, CREER, EMBLETON &VALENCIO 1970, SMITH, BRIDEN & DREWRY1973). Dadurch fehlen nunmehr die Voraussetzun-gen für die Bildung einer polaren Eiskappe, um-somehr als der damalige „Nordpol" (= Pazifikpol)im Bereich eines einstigen Protopazifik lag, dem-nach auch dort die Voraussetzungen für die Bil-dung eines polaren Eisschildes nicht gegeben wa-ren.

Wie bereits oben erwähnt, dürfte die „Wande-rung" des Gondwanapoles durch Verschiebung derKontinentalschollen vorgetäuscht sein. Unter Be-

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rücksichtigung obiger Annahme werden nicht nurdie kaltzeitlichen Erscheinungen im PaläozoikumAfrikas und Südamerikas sowie in der Antarktis,in Vorderindien und auch Australien verständlich,sondern auch das Fehlen von eiszeitlichen Erschei-nungen in der Trias.

Freilich harren noch manche Probleme einer Lö-sung, wie etwa die Überlagerung der glazialenBildungen in der Sahara durch Graptolithenschief eroder das Fehlen richtiger Vereisungsspuren, wiesie bei der „Wanderung" des Pazifikpoles in denarktischen Bereich zu erwarten wären. Ganz zuschweigen von dem mehrfachen Wechsel von Kalt-und Warmzeiten im Pleistozän.

Das Fehlen flächig entwickelter Gletscherspurenim älteren Paläozoikum kann mit der teilweisenÜberflutung der im Polbereich befindlichen Konti-nentalgebiete erklärt werden. Die Graptolithen-schiefer im Hangenden des Saharaglazials lassensich einerseits durch isostatisch bedingte Absen-kung des Festlandes, andrerseits durch den eusta-tischen Meeresspiegelanstieg, der durch das damitverbundene Abschmelzen der Eiskappe bedingt ist,deuten.

Hinsichtlich der Position des Pazifikpoles ist zuberücksichtigen, daß dieser in der Trias- und Jura-zeit im nördlichen (Proto-)Pazifik lag, der damalsin breiter offener Verbindung mit dem arktischen

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Ozean war (Abb. 2). Das für die jüngere Kreide-bzw, älteste Tertiärzeit anzunehmende „Einwan-dern" in den arktischen Bereich könnte in ursäch-lichem Zusammenhang mit der Klimaverschlechte-rung an der Wende Kreide/Tertiär stehen. Daßdie Auswirkungen auf der nördlichen Hemisphärenicht in Form von Vereisungsspuren nachweisbarsind, hängt mit der damals stärkeren Überflutungdieses Gebietes (Beringstraßenbereich) zusammen.

Erscheint damit die Entstehung kryogener Pe-rioden verständlich, so zeigen die neuesten Er-kenntnisse, daß der Beginn der geologisch jüngstenkryogenen Periode nicht erst in das Pleistozän,sondern bereits in das Tertiär fällt (z. B. glazial-marine Ablagerungen im südlichen Pazifik imAlttertiär, direkte Vereisungsspuren in der Ant-arktis seit dem Jung-Miozän). Dadurch und durchden Nachweis, daß der arktische Ozean bis vor un-gefähr 700.000 Jahren sowie während der pleisto-zänen Warmzeiten praktisch eisfrei war, d. h. keinePackeisdecke getragen hat — während in der Ant-arktis eine Eiskappe entwickelt war — erscheinendie Auswirkungen auf der nördlichen Hemisphäredoch eher von der besonderen geographischen Si-tuation abhängig, denn allein von der Vereisungder Antarktis beeinflußt.

Das P l e i s t o z ä n a l s S o n d e r p r o b l e m( m e h r f a c h e r W e c h s e l von K a l t - u n d

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W a r m z e i t e n ) : Der mehrfache Wechsel vonKalt-(Glazial-) und Warm-(Interglazial-)zeitenwährend der glazialen Dauer des Pleistozäns bildetsomit zweifellos ein Sonderproblem, für das einedefinitive Lösung auch hier nicht gegeben werdenkann. Er läßt sich wohl am ehesten durch Auto-zyklen-Hypothesen erklären, wie sie verschiedent-lich entwickelt wurden und von denen die wichtig-sten kurz erläutert seien.

Die EWING-DONN'sche (s. EWING & DONN1956/58) geht von der Wirkung des Golfstromesaus, die WILSON-HOLLIN'sche surging-Hypothese(s. WILSON 1964, HOLLIN 1965) hingegen von derAntarktis als Motor. EWING & DONN gehen da-von aus, daß die Arktis einen von Kontinenten um-gebenen Ozean bildet, der nur eine eingeschränkteVerbindung mit anderen Ozeanen hat. Das Aus-gangsstadium eines Glazials bilden der Golfstrombzw. ein eisfreies Polarmeer, das durch Verdun-stung zu erhöhten Niederschlägen und damit zurGletscherbildung und schließlich zur Entstehungvon Inlandeis führt. Die Vereisung des arktischenOzeans trete erst darnach ein, indem die eustatischbedingte Meeresspiegelabsenkung mitwirkt. DieVereisung des Polarmeeres bedeute aber auch dasEnde der Kaltzeit, da das Inlandeis nicht mehr ge-nügend ernährt werden kann und abschmilzt.

Gegen diese Hypothese sprechen die oben er-

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wähnten Befunde über die Vereisung des arkti-schen Ozeans.

Demgegenüber bildet nach WILSON und HOL-LIN die Antarktis den Motor für die autozyklischenVorgänge auf der nördlichen Hemisphäre. Voraus-setzung für das Funktionieren ist ein großer Eis-schild und demnach die symmetrische Lage desantarktischen Kontinentes zum Südpol. Das ant-arktische Inlandeis wird instabil, wenn es zu mäch-tig wird. Es kommt zum Ausfließen und gewaltigeSchelfeismassen schieben sich allseitig bis zur ant-arktischen Konvergenz (gegenwärtig bei etwa 50°südl. Breite gelegene Grenze zwischen dem kal-ten zirkumantarktischen Wasser und dem 8—10°warmen Wasser der südlichen Ozeane) vor. Die da-durch bedingte erhöhte Albedo sowie kühle Mee-resströmungen erniedrigen die irdische Gesamt-temperatur und leiten somit die Vereisung derNordhalbkugel ein. Der Abbau des Eisschelfesdurch Kalbung und der nun langsame Ersatz desausgeflossenen Eises führt zu einer Verkleinerungdes Eisschildes und damit zur verminderten Albe-dowirkung. Die dadurch bedingt erhöhte Gesamt-temperatur läßt ein neues Interglazial beginnen.Diese surging-Theorie wird u. a. durch das „plötz-liche" Ansteigen des Meeresspiegels am Ende einerKaltzeit begründet. Das Wechselspiel setzte erst imQuartär ein, als der Südpol im Zentrum des ant-arktischen Kontinentes lag. Für die Tertiärzeit, als

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nur kleine Eisschilde ausgebildet waren, ist einWechsel von Kalt- und Warmzeiten nicht oder inwesentlich schwächerem Ausmaß anzunehmen.

Die TANNER'sche Autozyklenhypothese (s.TANNER 1965) geht vom Inlandeis der nördlichenHemisphäre aus, dessen Ernährung durch feuchteLuftströmungen vor allem am Südrand erfolgte.Durch entsprechendes Wachstum gerät das Eis inwärmere Breiten und das Wachstum hört auf. DasAbschmelzen wird unterstützt durch isostatischesAbsinken des Untergrundes, ein Interglazial ent-steht. Erst nach Auftauchen des Untergrundes indie ursprüngliche Höhe beginnt das Wachstum undVorrücken des Eisschildes von neuem. Auf Grön-land und der Antarktis bilden sich permanenteEisschilde, da sie nicht in warmen Regionen liegen.Der Mechanismus ist daher dort nicht wirksam.

So verständlich die allein auf der besonderengeographischen Situation der Arktis basierendenAutozyklenhypothesen auch erscheinen (Selbstver-stärkung durch Albedo, Absenkung des Meeres-spiegels und Entstehen submariner Schwellen alsBarrieren gegenüber Pazifik und Atlantik, Ver-größerung der Landoberfläche bzw. Rückläufigkeitdurch Verringerung der Niederschläge usw.), soproblematisch bleibt deren Beginn. Aber auch dieVerteilung der Inlandeisschilde in Nordamerikaund Europa bildet ein Problem.

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Läßt sich letzteres bis zu einem gewissen Maßmit dem Verlauf des Golfstromes (als Feuchtig-keitsspender) in Zusammenhang bringen, so ist derBeginn der Vereisung dadurch nicht zu erklären.Die Entstehung der Panamabrücke im ausgehendenTertiär bzw. ältesten Quartär (vgl. Ausbreitungvon nordamerikanischen Landsäugetieren nachSüdamerika; ferner fehlende Verbindung der Ma-rinfaunen des östlichen Pazifik und der KaribischenSee im Pliozän) und die Gestalt des Nordatlantikdurch das „sea-floor spreading" zur jüngsten Ter-tiärzeit zeigen, daß der Golfstrom bereits im älte-sten Quartär existierte und ein dem heutigen ähn-licher Verlauf anzunehmen ist. Es müssen demnachandere Ursachen als „Auslöser" wirksam gewesensein. „Polverlagerungen" scheiden — wie schon er-wähnt — als Erklärung aus. Eher dürften die be-sonderen topographischen Verhältnisse im Bereichder Arktis ausschlaggebend gewesen sein, wie oze-anographische Untersuchungen vermuten lassen. Sosetzt sich der mittelatlantische Rücken im Nansen-Rücken im arktischen Becken fort. Dieser ist je-doch an der DE GEER'schen Störung, die annä-hernd senkrecht zu diesem Rücken verläuft undwelche zugleich die Begrenzung des Kontinental-sockels in der Barents-See markiert, stark nachNordwesten verschoben (vgl. WILSON 1966). DieseBlattverschiebung ist gleichzeitig mit einer West-drift Grönlands verbunden. Nach paläomagne-

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tischen Daten vom Ozeanboden begann diese Stö-rung bereits zur jüngeren Kreidezeit wirksam zuwerden, doch bestand noch im Alttertiär eine di-rekte Landverbindung zwischen Grönland undSpitzbergen (vgl. SIMPSON 1947, McKENNA 1972).Erst im Laufe des jüngeren Tertiärs bzw. desQuartärs kam es zur tatsächlichen Öffnung des ark-tischen Beckens und den Skandik bzw. den Nord-atlantik (s. HARLAND 1967, 1969). Man kann sichvorstellen, daß erst dadurch der Wärmehaushaltdes Nordatlantik und indirekt auch der Nordhemis-phäre entsprechend beeinflußt wurde und durchzusätzliche Faktoren (z. B. Albedowirkung, eusta-tisch bedingte Meeresspiegelabsenkung, isostatischbedingte Absenkungen und Hebung von Kontinen-talmassen) autozyklische Vorgänge in Gang kamen.Gegen eine stärkere Beeinflussung des Nordatlan-tik durch eine arktische Tiefenströmung spricht je-doch die Island-Färöer-Schwelle, die als submari-ne Barriere den Skandik vom übrigen atlantischenOzean trennte.

In diesem Zusammenhang noch einige Bemer-kungen zur sog. ozeanologischen Eiszeit-Theorievon D. P. KVASOV (1971). Nach KVASOV ver-hinderte die Bildung der Island-Färöer-Schwelledie Wärmezirkulation zwischen Atlantik und nörd-lichem Eismeer und führte zur Abkühlung im Plio-Pleistozän. Als Auslöser der Vereisungen werdenzwar Erdbahnschwankungen angesehen, doch ist

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der Wechsel von Kalt- und Warmzeiten autozyklischbedingt. Durch die Vereisung Skandinaviens undNordamerikas kommt es zur Meeresregression undim Bereich des Barentsmeeres bildet sich ein Eis-schild. Dieser bedingte größere Kontinentalität desKlimas und führte zu einer Abnahme der Nieder-schläge und damit zu einem Rückgang der Ver-eisung, d. h., ein Interglazial wird eingeleitet.

Daß zusätzliche Schwankungen der Erdbahn eineverstärkende oder abschwächende Wirkung entfal-teten, geht aus den Tiefbohrungen im InlandeisGrönlands (Camp Century, 225 km E von Thule,bis 1390 m Tiefe) hervor (s. DANSGAARD, JOHN-SEN, CLAUSEN & LANGWAY 1970, 1971). So las-sen sich periodische Schwankungen alle 78, 180,400 und 2,400 Jahre nachweisen, die wohl dadurchbedingt sind. Die durch die Bohrung erfaßte Zeit-spanne entspricht nach den Fließmodellberechnun-gen ungefähr 125.000 Jahren. Die nach der 016/018-Methode gewonnene Temperaturkurve (besser Pa-läovereisungskurve) widerspiegelt die Klima-schwankungen des letzten Interglazials und Gla-zials mit verschiedenen Interstadialen. Sie doku-mentiert den Höhepunkt der Würm-(= Late Wis-consin-) Vereisung zwischen 32.000 und 14.000 Jah-ren und zeigt den vor ungefähr 12.000 Jahren ein-setzenden raschen Temperaturanstieg, der zum Ab-schmelzen des Eisschildes führte.

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Machten sich die Erdbahnschwankungen zwardurch periodische Klimaänderungen bemerkbar, sodürften sie nicht ausreichen, um den Wechsel vonKalt- und Warmzeit zu erklären (s. SHAW &DONN 1968). Demgegenüber genügten nach G. J.KUKLA (1972) bereits geringe (negative) Insola-tionsschwankungen, um vervielfacht durch die Al-bedowirkung der winterlichen Schneefelder dernördlichen Hemisphäre und den dadurch bedingtenOzean-Atmosphäre-Rückkoppelungseffekt Kaltzei-ten auszulösen.

Die in jüngster Zeit im Inlandeis der Antarktis(Byrd Station; s. JOHNSEN, DANSGAARD, CLAU-SEN & LANG WAY 1972) abgeteuften Tiefbohrun-gen haben gleichfalls sehr interessante Ergebnissegezeitigt. Die im Grönlandeis für die jüngsten 8.300Jahre festgestellten, jahreszeitlich bedingten Un-terschiede im Isotopenverhältnis ( = Temperatur-differenzen) fehlen im Eis der Antarktis. Weitersist eine Übereinstimmung der Paläovereisungskur-ve mit Grönland nur in den großen Zügen gegeben(sie reicht nach analogen Berechnungen nur etwasüber 95.000 Jahre zurück), indem der durchSchwankungen gekennzeichnete Beginn der letztenKaltzeit zwischen 67.000 und 77.000 Jahren anzu-setzen ist und die Nacheiszeit relativ rasch vor13.000 bis 15.000 Jahren einsetzte, jedoch die wäh-rend dieser Kaltzeit registrierten Klimaschwan-kungen keine Parallelisierung mit jenen der Camp

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Century-Tiefbohrung gestatten. Damit ist jedochdie Gleichzeitigkeit der klimatischen Großereig-nisse der geologisch jüngsten Vergangenheit fürdie nördliche und südliche Hemisphäre nachgewie-sen, nachdem bereits durch absolute Altersdatengestützte Befunde für das Spät- und Postglazialdies dokumentiert hatten (vgl. FLEMING 1963,GILL 1971). Dies bedeutet, daß auch in der Antark-tis die präholozäne Vergletscherung viel ausge-dehnter gewesen ist als die gegenwärtige. Dafürsprechen nicht nur Tillite in heutigen Trockentä-lern, sondern auch die isostatisch bedingte Absen-kung des antarktischen Festlandes, wie es etwadurch das Basement und durch die Morphologie(z. B. versunkene Täler in der West-Antarktis; frdl.Mitt. von Prof. Dr. W. MEDWENITSCH) nahegelegtwird.

Es bestehen aber noch weitere Unterschiede inden Vereisungskurven. Die Antarktiskurven sindbedeutend ausgeglichener als die Grönlandkurve.Weiters zeigen die Kurven, daß auf der nördlichenHemisphäre der Übergang vom Glazial zum Post-glazial zugleich mit einem Wechsel von einem ex-trem kontinentalen zu einem maritimen (= ozeani-schen) Klima verbunden war, wie er durch das Ab-schmelzen der Eisschilde in Nordamerika und Eu-ropa verständlich wird (s. JOHNSEN, DANS-GAARD, CLAUSEN & LANGWAY 1972).

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A u s w e r t u n g d e r E r g e b n i s s e f ü rG e g e n w a r t u n d Z u k u n f t : Nach den obi-gen Befunden befinden wir uns gegenwärtig ineiner Warmzeit einer kryogenen Periode. Die bis-her nicht diskutierte Frage ist jedoch, handelt essich um ein Interglazial oder ein Interstadial? Siewird je nach Definition der beiden letztgenanntenBegriffe verschieden beantwortet. Nach Rh. W.FAIRBRIDGE (1972) befinden wir uns derzeit ineinem Interglazial. Damit steht die Feststellung inWiderspruch, daß zu Interglazialzeiten der arkti-sche Ozean eisfrei gewesen ist und auch das Klimagünstiger war als gegenwärtig. Andrerseits über-trifft die Dauer des Postglazials jene der aus demJungpleistozän bekannt gewordenen Interstadiale(z. B. Amersfoort, Brörup, Stillfried B) ganz wesent-lich. Wenn also auch die Frage, ob Interstadial oderInterglazial derzeit nicht endgültig beantwortetwerden kann, so dürfte doch kein Zweifel darüberbestehen, daß auf die gegenwärtige Warmzeit wie-der eine Kaltzeit folgt, vorausgesetzt, daß die Kli-maentwicklung ihren „natürlichen" Verlauf nimmt.

Verschiedentlich sind auch Berechnungen überden Beginn der nächsten Kaltzeit angestellt wor-den, die nach W. A. MÖRNER (1972) in ca. 19.000Jahren einsetzen wird, nach J. T. HOLLIN (1972)hingegen schon überfällig ist (vgl. dazu auchDANSGAARD, JOHNSEN, CLAUSEN & LANG-WAY 1972, FLOHN 1973).

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Z u s a m m e n f a s s u n g : Kryogene Periodenlassen sich ausschließlich auf terrestrische Ursachenzurückführen. Die Annahme außerirdischer Ursa-chen (z. B. Schwankungen der Sonnenstrahlung,vorübergehende Verminderung der Sonnenstrah-lung durch Dunkelwolken bzw. kosmischen Ne-bel) ist nicht erforderlich.

Voraussetzung für die Entstehung kryogenerbzw. akryogener Perioden sind einerseits die Hy-drosphäre und ihre physikalischen Eigenschaften(z. B. keine Eiskappenbildung im offenen Meer;Albedowirkung von Schnee- und Eisflächen), an-dererseits Kontinentalverschiebungen, wie siedurch das „sea-floor spreading"-Konzept bzw.durch paläomagnetische Befunde erwiesen bzw. ge-sichert sind. Kryogene Perioden sind Zeiten mit± mächtigen Eiskappen im Polbereich. Diese ent-stehen nur, wenn sich zumindest ein Kontinent imPolbereich befindet ( = Polar-Koinzidenztheorievon FAIRBRIDGE) und zugleich ein Ozean alsFeuchtigkeitsspender vorhanden ist. Entsprechendder Lage des Gondwanapoles im Paläozoikumherrschten auf dem damaligen Südkontinent gla-ziale Verhältnisse, die durch die zeitweise und ge-bietsweise Überflutung in Form epikontinentalerMeere zumindest abgeschwächt waren. Das Meso-zoikum hingegen wird als akryogene Periode ver-ständlich, da während dieser Zeit beide Pole imBereich offener Ozeane lagen, somit Eiskappen und

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damit polare Klimabereiche fehlten. Lediglich ander Kreide-Tertiärwende bzw. im ältesten Tertiärscheint eine Klimaverschlechterung eingetreten zusein, als der Pazifikpol in den arktischen Ozean„einwanderte". Durch die Drift der Antarktis inden Südpolbereich im Laufe des Tertiärs und derTrennung von Australien im Eozän kommt es zurzirkumantarktischen Strömung und damit zu einerzunehmenden Vergletscherung des antarktischenKontinentes und als Folgen davon zu einer welt-weiten Klimaverschlechterung, die ihren Höhe-punkt im glazialen Pleistozän erreichte.

Der Wechsel von Kalt- und Warmzeiten inner-halb einer kryogenen Periode (z. B. Pleistozän) istdurch autozyklische Prozesse bedingt, über derenUrsachen (z. B. WILSON-HOLLIN'sche surging-Hypothese mit der Antarktis als Motor; EWING-DONN'sche Hypothese mit dem Golfstrom als Aus-löser; KVASOV'sche Hypothese mit Island-Färöer-Schwelle zwischen Nordatlantik und Skandik bzw.arktischem Ozean als Auslöser; „sea-floor sprea-ding" im arkto-skandinavischen Bereich am Endedes Tertiärs als Anlaß) noch diskutiert wird. Pe-riodische Klimaschwankungen sind zwar nachweis-bar, spielen jedoch für den Wechsel von Kalt- undWarmzeiten keine Rolle.

Das Holozän entspricht einer Warmzeit innerhalbeiner kryogenen Periode, deren Bewertung (Inter-glazial oder Interstadial) nicht einheitlich erfolgt.

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