Rubriek :
Paleontologie
De Ijstijden
Ijstijd of glaciaal,
algemene term ter aanduiding van een interval in de
aardgeschiedenis dat gekenmerkt wordt door de aanwezigheid van
landijskappen en gebergtevergletsjeringen op veel grotere schaal
dan thans het geval is.
Grondleggerstheorie
De opvatting dat vergletsjeringen vroeger veel uitgestrekter
zouden zijn geweest, ontstond in de eerste helft van de 19de
eeuw in de Alpen. Daar was men reeds lang vertrouwd met
(kleinere) schommelingen die de gletsjers ook in historische
tijd hebben ondergaan. De herkenning van morenes en zwerfstenen
buiten het eigenlijke gebergte maakte dat een veel
uitgestrektere vergletsjering van de Alpen in voorhistorische
tijden al spoedig algemeen aanvaard werd.
De term �Eiszeit� werd het eerst door K.F. Schimper in 1837
gebruikt. De ontdekking van afzettingen met een flora van een
gematigd klimaat tussen morenes leidde tot de opvatting dat een
uitgestrekte vergletsjering niet een eenmalig verschijnsel was
geweest (monoglacialisme), doch bij herhaling was opgetreden (polyglacialisme).
Verder naar het noorden in Europa (Britse eilanden, Noord-Duitse
laagvlakte) waren eveneens morenes en zwerfstenen bekend, doch
de aanvaarding van een vroegere vergletsjering van deze gebieden
betekende een veel radicalere stap. Lange tijd stelde men zich
dan ook op het standpunt van de door Charles Lyell in 1845
opgestelde drifttheorie. Deze verklaarde het morenemateriaal,
met de zwerfstenen, als een afzetting door weggesmolten, over
zee aangedreven ijsbergen. Pas de ontdekking, door O. Torell in
1876, van gletsjerkrassen in het oppervlak van de Muschelkalk
bij Berlijn, leidde ertoe dat ook voor deze streken een
bedekking met ijs werd aanvaard (landijstheorie).
Pleistoceen
De sporen van uitgestrekte vergletsjeringen die aanvankelijk
in de 19de eeuw werden gevonden, behoren alle tot het laatste
deel van de aardgeschiedenis. Ch. Lyell scheidde dit in 1839
onder de naam Pleistoceen van het Plioceen af.
Klimaat
Het blijkt dat het klimaat van het Pleistoceen
gekenmerkt is door een groot aantal schommelingen, veel groter
dan met het aantal bekende grote vergletsjeringen van de
gematigde streken op het noordelijke halfrond overeenkomt.
Klimaatschommelingen zijn tot in de tropische gordel, zij het
met geringere amplitude, herkenbaar. In de subtropische
woestijngordel manifesteren zij zich gedeeltelijk door een
afwisseling van regenrijkere en drogere tijden (pluvialen en
interpluvialen), al is de nauwkeurige correlatie met glacialen
en interglacialen nog een punt van discussie.
Radiometrische dateringen, o.a. met behulp van oceanische
sedimenten , hebben aangetoond dat de grote continentale
vergletsjeringen van het noordelijk halfrond pas geruime tijd na
het begin van het Pleistoceen zijn opgetreden, in Noord-Amerika
eerder dan in Europa. Daarentegen dateert de Antarctische ijskap
reeds uit het Mioceen, terwijl van enige plaatsen, o.a. in de
Noord-Amerikaanse Cordillera, gebergtegletsjers van pliocene
ouderdom bekend zijn.
Oudere ijstijden
Hoewel betrouwbare criteria om de glacigene oorsprong van
oudere (preneogene) afzettingen met zekerheid vast te stellen,
soms ontbreken, zijn verharde morene-afzettingen (tillieten) van
uiteenlopende ouderdom op alle continenten herkend.
Perm en Carboon
De best bekende sporen van oudere vergletsjeringen komen
uit het Perm en het Carboon (vooral Boven-Carboon) van de
zuidelijke continenten, die toen samen Gondwana vormden (zie ook
continentverschuiving). Het eerst werden zulke sporen ontdekt in
India ( �Talchir Boulder Bed�) en in Zuid- en Midden-Afrika (Dwyka-conglomeraat).
Later werden even oude tillieten ook gevonden in Australi�,
Zuid-Amerika en Antarctica. Glacio-mariene afzettingen in het
noordoosten van Siberi� zijn tot nu toe de enige (indirecte)
sporen in Laurasia. Op vele plaatsen komen tillieten in
verscheidene lagen boven elkaar voor, soms zelfs gescheiden door
mariene (interglaciale) afzettingen, een beeld dat overeenkomst
vertoont met dat van het Pleistoceen. Volgens paleomagnetische
gegevens nam Gondwana in het laatste deel van het Paleozo�cum
een polaire positie in. De grote verspreiding van tillieten uit
die tijd laat nauwelijks een andere conclusie toe dan dat het
hier gaat om uitgestrekte continentale vergletsjeringen.
Devoon en Siluur
Sporen van glacigene afzettingen uit het Devoon en het
Siluur zijn schaars, gedeeltelijk ook nog van dubieuze natuur.
Daarentegen zijn uit het Boven-Ordovicium van Noord-Afrika
tillieten, soms met bijbehorende fluvioglaciale afzettingen, in
detail beschreven. Zij zijn ook in Zuid-Amerika bekend, maar
overigens zijn er slechts weinig betrouwbare gegevens over
Ordovicische en Cambrische glaciaties.
Proterozo�cum
Veel beter bekend zijn de sporen van laat-proterozo�sche
(precambrische) vergletsjeringen. Aanvankelijk beperkt tot
gebieden om de noordelijke Atlantische Oceaan (Noorwegen, Britse
eilanden, oostelijk Noord-Amerika), zijn zij later ook ontdekt
in vele andere gebieden. Voor zover betrouwbare dateringen
beschikbaar zijn, bestrijkt hun ouderdom een lang interval,
ongeveer van 1000 tot 700, of misschien 600 miljoen jaar
geleden. Oudere precambrische glacigene afzettingen tussen 3000
en 2000 miljoen jaar oud zijn uit Noord-Amerika vermeld.
Landijs was een normaal verschijnsel gedurende een groot deel
van de aardgeschiedenis, zij het in sterk wisselende omvang. Zo
was de aarde in het Mesozo�cum en het Paleoceen geheel of
nagenoeg geheel ijsvrij. Voor een algemene afkoeling van het
oppervlak van de aarde sinds het midden van het Precambrium zijn
er echter geen aanwijzingen.
Oorzaken van ijstijden
Probleemstelling
Talrijke hypothesen zijn opgesteld ter verklaring van
het optreden van ijstijden. Dikwijls is daarbij het tweeledige
karakter van het probleem uit het oog verloren:
a. wat is de oorzaak van de herhaalde, snelle opeenvolging (in
orde van grootte van 100.000 jaar) van ijstijden en
tussenijstijden, en
b. wat is de oorzaak van de herhaalde groepen van ijstijden, die
in een ijstijdvak kunnen worden verenigd en dan afwisselen met
veel langere intervallen waarin de aarde geheel of grotendeels
vrij was van landijs?
Het antwoord op de eerste vraag moet worden gezocht in
werkelijke schommelingen waaraan het aardse klimaat onderworpen
is. Schommelingen in de orde van grootte van het
glaciaal/interglaciale ritme, worden algemeen toegeschreven aan
de invloed van variabele parameters in de omloop van de aarde om
de zon:
a. De helling van de ecliptica, nu ca. 231�, varieert in ca.
40.000 jaar tussen 211� en 241�.
b. De excentriciteit van de (ellipsvormige) aardbaan verandert
met een periode van ca. 96.000 jaar.
c. De derde variabele is de verschuiving (precessie) van het
lentepunt, dwz. de aarde doorloopt de baan om de zon niet
precies in een jaar. Het lentepunt loopt in ca. 21.000 jaar ��n
keer rond. Deze factoren be�nvloeden de totale hoeveelheid
zonnestraling die de aarde ontvangt, en ook de verdeling ervan
over verschillende geografische breedten en over de seizoenen.
Milankovi� cycli
James Croll (1821�1890) vestigde reeds in het midden van
de vorige eeuw de aandacht op de invloed van deze factoren op
het aardse klimaat. Het was echter vooral door het werk van de
Servische wiskundige Milutin Milankovi� dat zij meer aandacht
kregen. Milankovi� berekende voor verschillende breedtegraden de
hoeveelheid door de aarde (aan de bovenkant van de atmosfeer)
gedurende de laatste 600.000 jaar ontvangen zonnestraling. Enige
overeenkomst tussen de stralingscurven van Milankovi� en eerder
langs geologische weg gevonden verschijnselen gaven aanvankelijk
aanleiding om astronomische factoren als de belangrijkste
elementen ter verklaring van de afwisseling van ijstijden en
tussenijstijden in het Pleistoceen te aanvaarden. Het
scepticisme kreeg echter spoedig de overhand. Het ontbreken van
een betrouwbare tijdschaal maakte een toetsing onmogelijk.
CLIMAP-project
Nadat ouderdomsbepalingen van mariene kustterrassen die
hogere interglaciale zeeniveaus weerspiegelen, en gedetailleerd
stratigrafisch onderzoek van l�ssafzettingen reeds een eerste
aanzet hadden gegeven, waren het vooral de uitkomsten van een in
1971 in de Verenigde Staten opgezet internationaal
onderzoekproject (CLIMAP), die aantoonden dat de drie door
Milankovi� gebruikte periodieke veranderingen van astronomische
factoren een correlatie toelaten met schommelingen van het
klimaat gedurende het Pleistoceen. Het project was gericht op
het onderzoek van oceaansedimenten, die zich hiertoe veel beter
lenen dan continentale afzettingen. Zij maken toepassing van
uiteenlopende technieken mogelijk: magnetische omkeringen,
radiometrische ouderdomsbepalingen, paleontologische gegevens,
zuurstofisotopen, enz. Overheersend blijkt de invloed van
veranderingen in de excentriciteit van de aardbaan, met een
ritme van ruwweg 100!000 jaar, maar voortgezet onderzoek toonde
ook de invloed van de beide andere factoren aan.
Overige factoren
Deze resultaten betekenen niet dat het aangroeien en
afsmelten van continentale ijskappen hetzelfde ritme volgen. Tal
van andere factoren zijn daarop van invloed, zoals de
geografische breedte van het gebied (de Antarctische ijskap op
hoge breedte ontstond veel eerder dan de eerste ijskappen in
Europa en Noord-Amerika), en de gevolgen die een gebied van hoge
luchtdruk boven een ijskap zelf weer op het klimaat heeft. Ook
zijn de gevolgen die schommelingen in de zonnestraling aan de
bovenzijde van de atmosfeer op het klimaat uitoefenen, nog
onvoldoende bekend. Uit het onderzoek van luchtbelletjes in het
Groenlandse en in het Antarctische ijs is gebleken dat met de
overgang van de laatste ijstijd naar het Holoceen het
kooldioxidegehalte van de atmosfeer snel van 0, 020 tot 0,027%
is gestegen. De oorzaak hiervan moet gezocht worden in een nieuw
evenwicht tussen oceaan en atmosfeer. Het is duidelijk dat
veranderingen in het aardse temperatuurregime belangrijke
secundaire gevolgen hebben. Niettemin betekenden de resultaten
van het CLIMAP-onderzoek een doorbraak in onze kennis over een
van de fascinerende aspecten van de klimaatgeschiedenis van onze
planeet.
Kleine temperatuursschommelingen
Over de oorzaken van kleinere fluctuaties van het
klimaat binnen glacialen en interglacialen is minder bekend.
Hier is een aantal factoren in het spel, gedeeltelijk van
externe oorsprong (bijv. fluctuaties in de zonne-activiteit,
weerspiegeld in de intensiteit van zonnevlekken), gedeeltelijk
van aardse oorsprong, bijv. mate van bewolking en omvang van
sneeuw en ijs (waardoor zonnestraling wordt teruggekaatst,
albedo), atmosferisch gehalte aan kooldioxide en as (beide door
vulkanische activiteit), enz.
Oorzaak van ijstijdvakken
De drie variabele parameters (ook wel Milankovi�-factoren
genoemd) zijn het gevolg van de aantrekking, die andere
hemellichamen op de aardbaan en op de stand van de aardas
uitoefenen. Zij moeten dus gedurende de gehele aardgeschiedenis
werkzaam zijn geweest. Voor de verklaring van fluctuaties binnen
vroegere ijstijdvakken (Permo-Carboon, enz.) zijn zij ook van
toepassing. Voor de verklaring van het optreden van miljoenen
jaren durende groepen van ijstijden (ijstijdvakken), gescheiden
door veel langere tijden waarin de aarde geheel of grotendeels
ijsvrij was, zijn zij niet bruikbaar. Hier komen andere factoren
in aanmerking.
Land/zee-verhouding
In de eerste plaats blijkt dat uitgestrekte continentale
vergletsjeringen samenvallen met grote regressies (toenemende
land/zee-verhouding). Deze staan in verband met verminderde
mobiliteit van de lithosfeerschollen (gereduceerd volume van het
oceanische rugsysteem). Dit leidt tot verminderde intensiteit
van het vulkanisme, met een afnemend kooldioxidegehalte van de
atmosfeer (afnemend broeikaseffect).
Ligging continenten
Voorts valt te denken aan de algemene configuratie van
oceanen en continenten, en speciaal aan de ligging van de
continenten ten opzichte van de klimaatgordels. De invloed
daarvan wordt direct duidelijk uit een vergelijking van de
Carbonisch/Permische en de Pleistocene ijskappen. De eerste
waren beperkt tot de continenten van het zuidelijke halfrond,
die toen samen het supercontinent Gondwana met een polaire
positie vormden. Op het noordelijke halfrond nam Laurazi� toen
een positie op veel lagere breedte in, zoals uit het voorkomen
van carbonische steenkool en permisch zout blijkt. In het
Pleistoceen was de situatie juist andersom: op het zuidelijke
halfrond vrijwel geen land ten zuiden van de 40ste breedtegraad
(behalve Antarctica) en op het noordelijke halfrond grote delen
van de continenten op hogere breedte.
De configuratie van oceanen en continenten en het reli�f van
continenten hebben invloed op het patroon van oceanische en
atmosferische circulatie en kunnen remmend of stimulerend werken
op het ontstaan van ijskappen. Het ziet er op het ogenblik naar
uit dat het optreden van ijstijdvakken, met een andere
tijdschaal dan afwisseling van ijstijden en tussenijstijden
daarbinnen, in verband staat met een reeks van verschijnselen
die bepaald worden door de mobiliteit van de lithosfeer.
