Das Quartär in den Tropen: Eine Rekonstruktion des Paläoklimas

762 Pages·2019·112.844 MB·German

by  Klaus Heine

Klaus Heine
Das Quar tär
in den Tropen
Eine Rekonstruktion
des Paläoklimas
Das Quartär in den Tropen
Klaus Heine
Das Quartär
in den Tropen
Eine Rekonstruktion des Paläoklimas
KlausHeine
UniversitätRegensburg
Regensburg,Deutschland
ISBN978-3-662-57383-9 ISBN978-3-662-57384-6(eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-57384-6
DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;detailliertebiblio-
grafischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar.
SpringerSpektrum
©Springer-VerlagGmbHDeutschland,einTeilvonSpringerNature2019
DasWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dienichtausdrücklichvom
Urheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfdervorherigenZustimmungdesVerlags.DasgiltinsbesonderefürVervielfäl-
tigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspeicherungundVerarbeitunginelektronischen
Systemen.
DieWiedergabevonallgemeinbeschreibendenBezeichnungen,Marken,Unternehmensnamenetc.indiesemWerkbe-
deutetnicht,dassdiesefreidurchjedermannbenutztwerdendürfen.DieBerechtigungzurBenutzungunterliegt,auch
ohne gesondertenHinweishierzu,denRegelndesMarkenrechts.DieRechtedesjeweiligenZeicheninhaberssindzu
beachten.
DerVerlag,dieAutorenunddieHerausgebergehendavonaus,dassdieAngabenundInformationenindiesemWerk
zumZeitpunktderVeröffentlichungvollständigundkorrektsind.WederderVerlagnochdieAutorenoderdieHeraus-
geberübernehmen, ausdrücklichoder implizit,Gewähr fürden Inhaltdes Werkes, etwaigeFehleroder Äußerungen.
DerVerlagbleibtimHinblickaufgeografischeZuordnungenundGebietsbezeichnungeninveröffentlichtenKartenund
Institutionsadressenneutral.
VerantwortlichimVerlag:StephaniePreuß
SpringerSpektrumisteinImprintdereingetragenenGesellschaftSpringer-VerlagGmbH,DEundisteinTeilvonSpringer
Nature.
DieAnschriftderGesellschaftist:HeidelbergerPlatz3,14197Berlin,Germany
Mit dem Wissenwächst der Zweifel.
Johann Wolfgang von Goethe (1749–1832),
deutscher Dichterder Klassik,
Naturwissenschaftlerund Staatsmann
Vorwort
Rings um den Äquator haben natürliche Klimazyklen einen gewaltigen Einfluss auf Krieg und
Frieden. Tropische Länder unterliegen dem doppelten Risiko von bewaffneten Konflikten und Bür-
gerkriegen, die häufiger während warmer, trockener El-Niño-Jahre ausbrechen als während kühler
La-Niña-PhasendesENSO(ElNiño/SouthernOscillation)(Hsiangetal.2011).Überklimabedingte
Naturkatastrophen, wie Hurrikane/Taifune/Zyklone und Überschwemmungen, Bergstürze und Mur-
gänge, wird häufiger aus tropischen Ländern berichtet als aus den Ländern der gemäßigten Breiten
(ForschungsgruppeGeowissenschaften1998).MegastädtesinddieMotorendesglobalenWandelsim
System Mensch – Erde (Kraas 2009); die Mehrzahl der am schnellsten wachsenden, zugleich aber
auch mit den komplexesten Problemen behafteten Megastädte befindet sich in den Tropen. Zudem
sinddieMegastädtederTropenzueinemgroßenTeilvoneinemansteigendenMeeresspiegelbedroht
(Temmerman et al. 2013). Das Bruttoinlandsproduktpro Einwohner sollaufgrund der Klimaerwär-
mung(temperaturbedingteKosten)indenTropenindiesemJahrhundertstarkzurückgehen,während
es in den gemäßigten Klimagebieten der Nordhemisphäreansteigt(Burke et al. 2015).Die irdische
VegetationsbedeckungverändertsichindenTropenundSubtropenameindrucksvollsten(Ersatzder
WälderdurchlandwirtschaftlichgenutzteFlächen,Hansenetal.2013;Fraser2014;Abb.1)mitheute
nochunkalkulierbarenFolgenfürdasirdischeKlima.Esliegtdahernahe,sichmitdemKlimaundder
KlimageschichtedertropischenundsubtropischenErdgegendenzubeschäftigen,umausdemKlima
derVergangenheitErkenntnissefürdieKlimazukunftdertropischenundsubtropischenRegionenzu
gewinnen.
IndiesemBuchwerdenSelbstverständlichkeiteninderKlimaforschungi.w.S.infragegestelltbzw.
hinterfragt. Weite Kreise der Öffentlichkeit sind durch ständige Berichterstattung (oft mit Bildern,
z.B.PolarbäraufEisscholle,Reich2011;Abb.1)–auchvonseitenderseriösestenWissenschaftsein-
richtungen (Helmholtz Perspektiven 2014) – überzeugt, dass der Mensch Verursacher des globalen
KlimawandelsseitAD1850seiunddasserdenKlimawandeldurchgezielteMaßnahmenbeeinflus-
sen(odergaraufhalten)könne.DieseVorstellungenwerdenaufdenPrüfstandgestellt.NichtAussagen
gegenAussagen,sondernFaktengegenHypothesenwerdenbehandelt.
DieIdee,einBuchüberdieEiszeitforschungzuschreibenunddabeinichtnurdieGebietedergroßen
Inlandeise in Eurasien und Nordamerika mit den angrenzenden Permafrostregionen zu behandeln,
sondernein Schwergewichtauf dieTropen und Subtropenzu legen,verfolgeich seit meinenersten
langen Aufenthalten in subtropischenWüsten und tropischen, eiszeitlich vergletscherten Gebirgsre-
gionen.DurchdiePublikationmeinesKollegenJürgenEhlersüberDasEiszeitalterimJahr2011ist
esnichtmehrerforderlich,diegemäßigtenZonenderErdeineinemBuchüberdieEiszeitforschung
einzubeziehen.
Bereits 1962 bereiste ich als Student die Namibwüste im damaligen Südwestafrika sowie die östli-
cheundnordöstlicheKalahariimehemalsbritischenProtektoratBechuanalandundinderFöderation
von Rhodesia and Nyasaland und war fasziniert von den einsamen Weiten der afrikanischen Land-
schaften,vondenimposantenDünenfeldernundInselbergenderNamib,denendlosenmitGrasund
DornsträuchernbedecktenDünenwällenderKalahariunddemSambesi-Stromober-undunterhalbder
Victoria-Fälle. Wiederzurück inDeutschlandam Studienortfielmirauf, dassdiewissenschaftliche
ErforschungdesQuartärs(Eiszeitalters)dieserGebietedamalsnochindenAnfängenstand.
Bevorich 15JahrespätereigeneForschungenzurKlimageschichtederWüstenundHalbwüstenge-
bieteimsüdlichenAfrikaaufnehmenkonnte,führtemichmeinWegnachMexiko,woichseit1971
StudienzurKlimaentwicklungderletztenJahrzehntausendeausführte,indemichdiefrühereVerglet-
scherungderVulkangebirgealsKlimazeugenbenutzte.AuchdortwardiequartäreKlimageschichte
noch sehr lückenhaft. Während des ersten, über ein Jahr währenden Mexiko-Aufenthalts lernte ich
LandundLeutekennenundlieben.
VII
VIII Vorwort
Abb.1 Links:InvielenRegionenderErdewerdendietropischenRegenwälderinglobalvernetzteWirtschaftssystemeeingebunden;Agribusiness
führtinfolgevonRodungundBesiedlungderRegenwälderzugewaltigenCO -EmissionenwieauchzurVernichtungderCO -Senketropischer
2 2
Regenwald.Ölpalmen-PlantagenwieinMalaysia(ca.2ıN,104ıE)habendabeieinengroßenAnteil.HistorischeCO -EmissionenalsFolgevon
2
Landnutzungsänderungen sindgrößeralsbisherangenommen.Mitte:Polarbär(Ursusmaritimus)zwischentauendenEisschollen.DieMeldung,
dassEisbäreninfolgedesabschmelzenden arktischenMeereisesertrinken,wareinefreierfundeneMeldung(<go.nature.com/dfio50>). Rechts:
Semiariderand-undsubtropischeÖkosysteme(dasBildzeigtdieDünenderSüdwest-Kalahari)sindbedeutendeterrestrischeCO -Senkenundfür
2
jährlicheWechselderglobalenatmosphärischenCO -Konzentrationenweitmehrverantwortlichalsbisherangenommen(Metcalfe2014).Bilder:
2
(alueni-images)
MeinweiteresForscherlebenwurdewesentlichvonmeinenErfahrungenindenlateinamerikanischen
Tropen sowie in den afrikanischen Wüsten und Savannen bestimmt(Heine 1994c). Um die Klima-
geschichte der letzten Jahrtausende, Jahrzehntausende und Jahrhunderttausende in den Tropen zu
erhellen,botensichmireinerseitsdieSpureneiszeitlicherGletscherindentropischenGebirgenanund
andererseitsdiezahlreichenHinweiseauffrüherefeuchtere,wasserreicheZeiteninTrockengebieten.
EiszeitlicheSpurenvon,WasserinderWüste‘zeigtensichmirinNamibundKalahari(südlichesAfri-
ka),inderSimpsonDesert(Australien),derAtacama(Südamerika)undimSüdwestenderUSA. In
MexikoundindensüdamerikanischenAndenvonBolivienundEcuadorsammelteichwissenschaft-
liche Belege für ausgedehntere Gletscher während der Eiszeiten (Eis am Äquator). Neben eigenen
Forschungen führten Geländeaufenthalte in Verbindung mit zahlreichen Tagungen und Kongressen
zudeneiszeitlichenGletschergebietenimHimalaya,inTibetundaufBorneosowiezuEiszeitspuren
des Wassers in der westlichen (Mauretanien) und östlichen (Ägypten) Sahara, in den VAE (Verei-
nigten Arabischen Emiraten), in den Oman, nach Indien, in den Iran, nach China, Australien und
Hawaii. Tropische und subtropischeTiefländer mit üppigenRegenwäldern und Savannen sowie die
tropischen Küsten mit Mangroven und tsunami- und taifunbedingten küstennahen Sedimenten und
Strandwällen, aber auch Korallenriffe und Atolle, konnte ich bei wissenschaftlichen Exkursionen
kennenlernen. Von unschätzbarer Bedeutung für die Evaluierung der eigenen und fremden Feldfor-
schungenweltweit, besondersaberinschwerzugänglichenRegioneninHochgebirgenundWüsten,
istdasGOOGLE-Earth-Satellitensystem;eskannseitüberzweiJahrzehntengenutztwerdenunder-
laubtAn-undEinblicke,diemanchefrüherenFeldforschungsergebnisseaufdenPrüfstandstellen.
Meine Erfahrungen zum Eiszeitalter in den Tropen reichen über 50 Jahre zurück. In den Medien
werden Fragen der globalen Erwärmung und des Klimawandels erst seit drei Jahrzehnten behan-
delt(Abb.2).ImvorliegendenBuchhabeichversucht,eineZusammenschauzugeben.Dabeisollen
eigene Beobachtungen und Deutungen mit dem gegenwärtigen Kenntnisstand der Eiszeitforschung
(Paläoklimaforschung) i.w.S. diskutiert werden. Vor allem aber sollen die heutigen wissenschaftli-
chen Erkenntnisse der verschiedenen Disziplinen, wie Geologie, Geomorphologie, Ozeanographie,
Bodenkunde,Palynologie,BiologieundandereNaturwissenschaften,mitErd-Systemwissenschaften,
wieÖkologieundAnthropologieetc.,zusammengeführtwerden.InZukunftmüssendiehistorischen,
Sozial- und Geisteswissenschaften einbezogen werden (van der Leeuw 2013). Ich will den Versuch
wagen, eineSynopsezum Problemkreis,UnserKlima inVergangenheit,Gegenwart undZukunftin
denTropen‘zuentwerfen.
Vorwort IX
Abb.2 ClimateChangeundGlobalWarminginBeiträgenderNewYorkTimes(AusCHRONICLE/THENEW
YORKTIMES)
UmderkomplexenProblematikeinigermaßengerechtzuwerden,werdenzuerstdiePaläoklimaarchi-
vekritischbetrachtet;aufSchwierigkeitenihrerDeutungwirdhingewiesen;dadurchwerdenGrenzen
derModellierungenaufgezeigt.AnschließendwerdendieKenntnissederKlimageschichtederTropen
undRandtropenvorgestellt.EinevorsichtigeBeurteilungdesForschungsstandsfindetsichamSchluss.
DerLeitgedankedesBuchesist,meinejahrzehntelangenErfahrungenmitderPaläoklimaforschungin
dieDiskussioneinzubringen.
Unter den zahlreichen Abbildungen befinden sich viele Originaldarstellungen aus den unterschied-
lichstenQuellen;dieAbbildungenwerdenbewusstunverändertübernommen–auchwenndieQualität
undLesbarkeitmitunterleidet–,dennjedeVereinfachungbzw.Generalisierungunterdrücktnichtnur
einen Teil der dargestellten Daten, sondern führt auch zugleich zu einer Gewichtung der Daten so-
wiezu deren teilweiser Interpretation. Der Nutzer diesesBuches sollimstandesein, selbständigdie
Archivezubeurteilen.
MeinDankgiltvielenKollegenundKolleginnen,StudierendenundFreunden,diemeineForschungen
begleitet und mit Diskussionen,mit Material in Form von Publikationen und Abbildungenund mit
UnterstützungimGeländeundLaborbefruchtethaben,u.a.
Baker,VictorR.(TucsonArizona)
Besler,Helga†(Köln)
Blümel,Wolf-Dieter(Stuttgart)
Coetzee,JohannaA.(Bloemfontein)
Ern,Hartmut(Berlin)
Flohn,Hermann†(Bonn)
Geyh,MebusA.(Hannover)
Hüser,Klaus†(Bayreuth)
Kadomura,Hiroshi(Tokyo/Yokohama)
Lauer,Wilhelm†(Bonn)
Leser,Hartmut(Basel)
Mizuno,Kazuharu(Kyoto)
Radtke,Ulrich(Köln/Duisburg-Essen)
Roberts,Michael(Burnaby/Vancouver)
Rust,Uwe†(München)
Singhvi,AshokK.(Achmedabad)
Schönhals,Ernst†(Gießen)
vanZinderenBakker,EduardM.†(Bloemfontein)
Vázquez-Selem,Lorenzo(Mexiko-Stadt)
Völkel,Jörg(München)
Weyl,Richard†(Gießen)
X Vorwort
DieFörderungmeinerForschungsarbeitenerfolgteu.a.durch dieUniversitäten Bonn,Saarbrücken,
Regensburg,Vancouver (UBC), Kyoto (Kyoto University) sowie durch die Deutsche Forschungsge-
meinschaft(DFG),dieVolkswagenstiftung,dasjapanischeMinistryofEducation,Science,Sportsand
Culture.Dafürdankeichvielmals.
ErnstArdelean(Regensburg/BadAbbach)dankeichfürdieReinzeichnungzahlreicherAbbildungen.
Im Springer-Verlag wurde die Herausgabe des Buches von Martina Mechler, Stephanie Preuß und
MerletBehncke-Braunbeckstetsunterstützt;JeannetteKrausevomle-texpublishingservicesGmbH
LeipzigwarfürdieHerstellungdesBuchesverantwortlich;dafürbinichallensehrdankbar.
MeinbesondererDankgiltmeinerFrauAlmut,dielangeAufenthalteinWüstenundHochgebirgender
TropenundSubtropenermöglichte,indemsienichtnurunsereKinderJan,HenrikeundCaroline–oft
unterextremenBedingungeninabgelegenenWüsten-undGebirgsregionen–versorgte,sondernauch
die erforderliche Logistik ausführte. Unsere Kinder haben das oft entbehrungsreiche Forscherleben
geteiltundunterstützt;auchhabensieAnteilanderLösungeinigerwissenschaftlicherProbleme.Für
allesdankeichihnen.
Das Manuskriptwurdeim Herbst 2016abgeschlossenund später nochdurch einigeneue Daten er-
gänzt.
Regensburg,Deutschland KlausHeine
Oktober2018
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 WarumEiszeitforschungindenTropen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 KlimawandelindenTropen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 DasEiszeitalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 DasQuartär . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2 EinführungindieGrundlagenderQuartärforschung . . . . . . . . . . . . . . 30
2.2.1 ZirkulationderOzeaneundderAtmosphäre . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.2 DieOzeane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.3 DieAtmosphäre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.4 DieBiosphäre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2.5 UrsachenderKlimaänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3 DieTropen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.2 AbgrenzungderTropen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.3 GeographiederTropen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4 Klimaarchive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.2 TerrestrischeKlimazeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.2.1 Gletscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.2.2 GlaziäreAblagerungenundFormen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2.3 DasPeriglaziär. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.2.4 ÄolischeProzesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.2.5 VerwitterungundBodenbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4.2.6 FluvialeundlimnischeProzesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.2.7 Grundwasser,Speläotheme,Bohrlochtemperaturen . . . . . . . . . . 148
4.2.8 FloraundFauna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.2.9 Tephrostratigraphie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
4.2.10Archive(Karten,Bilder,Berichteetc.),historischeDaten . . . . . . . 172
4.3 MarineKlimazeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
4.3.1 Meeressedimente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
4.3.2 Korallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
4.3.3 MarineTerrassen,Sturm-undTsunami-Sedimente . . . . . . . . . . . 188
4.4 Altersbestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
4.5 Klimamodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
XI