Langsam bewegender Ozean: Die atlantische Zirkulation ist so schwach wie seit 1.600 Jahren nicht mehr.

Wenn sich die hemisphärischen Strömungen verlangsamen, könnten größere Überschwemmungen und extreme Wetterbedingungen vorliegen.

In den letzten Jahren haben jenseits des Nordatlantiks stationierte Sensoren ein potenziell störendes Signal empfangen: Die große nördliche Progression des Wassers entlang Nordamerikas, das die Wärme aus den Tropen in Richtung Arktis transportiert, war träge. Wenn diese Trägheit anhält und sich vertieft, könnte sie zu drastischen Veränderungen des Meeresspiegels und des Wetters um das Meeresbecken führen.

Diese Nordströmung ist ein wesentlicher Bestandteil des größeren Kreislaufs von Wasser, Wärme und Nährstoffen auf den Weltmeeren. Klimawissenschaftler sind seit den 1980er Jahren besorgt, dass steigende globale Temperaturen einen Schraubenschlüssel in das bandförmige Transportsystem werfen könnten, mit möglicherweise starken klimatischen Folgen. Der Meeresspiegel könnte an der Ostküste der USA ansteigen, wichtige Fischereien könnten durch steigende Wassertemperaturen zerstört werden und die Wetterbedingungen in Europa könnten verändert werden.

Solche Bedenken waren in den letzten zehn Jahren ausgeräumt worden, da Klimamodelle darauf hindeuteten, dass dieser Teil des Kreislaufsystems des Ozeans keine schnelle Verlangsamung sehen würde, was die Folgen verlangsamen würde. Aber zwei neue Studien, die am Mittwoch in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass die jüngste Schwächung durch Ozeansensoren nicht nur eine kurzfristige Erscheinung ist, wie einige gedacht hatten. Vielmehr ist es Teil eines längerfristigen Rückgangs, der den Kreislauf in den schwächsten Zustand seit Jahrhunderten gebracht hat. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Klimamodelle wichtige Teile des Puzzles fehlen und dass negative Auswirkungen auf sie zukommen könnten.

Welche Teile fehlen, könnte jedoch bestimmen, wie beunruhigend dieser Trend ist. Wenn Modelle nicht sensibel genug für die Veränderungen im Nordatlantik sind, „setzt das die Warnflagge etwas höher“, sagt Thomas Delworth, ein Ozean- und Klimamodellierer der National Oceanic and Atmospheric Administration, der nicht an der Forschung beteiligt war.

AMOC läuft
Das warme, salzige Wasser der tropischen Atlantik-Kreuzfahrt führt nordwärts entlang der östlichen USA, bevor es in Richtung Nordwesteuropa fliegt (was den Britischen Inseln ein Klima gibt, das weitaus milder ist als das von Neufundland auf ähnlicher Breite). Während dieses Segment der Meeresströmung, bekannt als der Golfstrom, nach Norden fließt, kühlt es sich ab und wird dichter und sinkt schließlich und bildet das sogenannte Tiefenwasser, das entlang des Meeresbodens in Richtung Antarktis nach Süden zurückfließt.

Dieser Zyklus, der als Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) bezeichnet wird, spielt eine Schlüsselrolle beim Transport von Wärme auf dem Planeten und Nährstoffen im gesamten Ozean. Es hilft auch, Kohlendioxid aus der Atmosphäre ins Meer zu ziehen. Im Pazifischen Ozean wird äquatoriale Wärme nach Norden und Süden zu beiden Polen transportiert. Aber im Atlantik „bewegt sich die Hitze im gesamten Atlantik nach Norden“, sagt David Thornalley, Paläoozeanograph am University College London und Mitautor einer der neuen Studien. Das daraus resultierende Wärmeungleichgewicht zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre bestimmt mehrere große klimatische Merkmale, wie z.B. den Breitengrad, auf dem sich ein wichtiger tropischer Regengürtel befindet, der sich auf die Wasserversorgung, die Niederschläge für die Landwirtschaft und die Gesundheit der tropischen Ökosysteme auswirkt.

Da die globalen Temperaturen mit dem Gehalt an wärmespeichernden Gasen in der Atmosphäre steigen, könnte die AMOC durch einen Zufluss von Süßwasser aus zunehmenden Niederschlägen im Nordatlantik und dem Abschmelzen von Meereis und Gletschern an Land gestört werden. Das zugegebene Süßwasser senkt die Wasserdichte in der Zone, in der sich Tiefwasser bildet, und unterstützt und schwächt den Gesamtstrom des AMOC wie eine verstopfte Spüle. Diese Verlangsamung bedeutet, dass weniger Wärme nach Norden transportiert wird, was zu kühleren Meerestemperaturen in einer Region unterhalb Grönlands und wärmeren Temperaturen vor der Ostküste der USA führt. Diese Erwärmung führt zu einem höheren Meeresspiegel an der Küste und erhöht die Meerestemperaturen, wo wirtschaftlich wertvolle, kälteliebende Arten wie Kabeljau und Hummer leben.

Es gibt einige Anzeichen dafür, dass die kalte Stelle unter Grönland die atmosphärischen Muster so verändern kann, dass warme Luft über Europa geleitet wird, was die Wahrscheinlichkeit anhaltender Sommerhitzewellen erhöht, sagt Levke Caesar, Doktorandin am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und Co-Autorin der anderen neuen Studie. Die sich ändernden Meerestemperaturen aufgrund einer AMOC-Verlangsamung könnten auch dazu beitragen, die kälteren Winterbedingungen im Osten der USA einzudämmen, hat Stefan Rahmstorf vom PIK, ein Mitautor der gleichen Forschung, festgestellt, obwohl die Beweise dafür nicht eindeutig sind.

Bis vor etwas mehr als 10 Jahren hatten Wissenschaftler keine direkten Messungen der AMOC, um zu sehen, wie sie tatsächlich auf den Klimawandel reagiert. Der Einsatz der RAPID-Instrumente (kurz für das von Großbritannien und den USA geförderte Rapid Climate Change Program) im gesamten Atlantischen Ozean hat es ermöglicht, dass diese Daten langsam eindringen und „sie haben gezeigt, dass sie sich abschwächen“, sagt Thornalley. Aber das kurze Datenfenster bietet keine längerfristige Perspektive. Als diese ersten Daten eintrafen, dachten die Wissenschaftler, dass die Abschwächung eine vorübergehende Veränderung sein könnte, die sich aus den natürlichen Höhen und Tiefen des Klimas ergibt, waren sich aber bewusst, dass sie Teil eines viel längeren Rückgangs sein könnte.

Hinweise aus der Vergangenheit
Um die Unsicherheit zu beseitigen, wandten sich die an den neuen Studien beteiligten Teams an so genannte Paläoklima-Marker, die vergangene Veränderungen im Erdklima erfassen, um zu sehen, wie diese jüngsten Veränderungen ineinander passen. Thornalley und seine Kollegen verwendeten Sedimentkerne, die vom Meeresboden entlang der Ostküste der USA gesammelt wurden, um zu zeigen, wie sich die mit dem AMOC verbundenen Tiefseeströme im Laufe der Zeit verändert haben; stärkere Strömungen lagern größere Sedimentkörner ab. Sie betrachteten auch winzige Kreaturen, die in Sedimentkernen versteinert waren – von denen einige bei kälteren Bedingungen gediehen waren, andere bei wärmeren -, um zu sehen, wie sich die Meerestemperaturen änderten, als die AMOC an Stärke zunahm und abnahm. Caesars und Rahmstorfs Studie verwendete direkte Messungen der Meerestemperaturen bis in das späte 19. Jahrhundert hinein.

Die beiden Studien kamen zu weitgehend ähnlichen Ergebnissen: Das AMOC befindet sich in einem sehr geschwächten Zustand – dem anämischsten, das es in den letzten 1.600 Jahren war, so die Ergebnisse von Thornalley.

Die Studien unterscheiden sich hinsichtlich des Zeitpunkts, zu dem diese Abschwächung begann. Die Aufzeichnungen von Thornalley, die sich über diese 1.600 Jahre erstrecken, deuten darauf hin, dass es am Ende der kleinen Eiszeit begann, einer Zeitspanne von etwa 1350 bis 1850 n. Chr., als solare und vulkanische Einflüsse die Temperaturen auf der nördlichen Hemisphäre drückten und sich Gletscher und Eisschilde ausdehnten. Als die kleine Eiszeit endete und sich die Temperaturen erwärmten, schmolz Eis und Süßwasser strömte in den Nordatlantik. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der aktuelle Zustand des AMOC der schwächste ist, den es über diesen ganzen langen Rekord hinweg gegeben hat. Ob der heutige Zustand nur eine Fortsetzung dieser Reaktion ist oder ob die globale Erwärmung auch eingesetzt hat, ist nicht klar, sagt er. Caesar hingegen setzte den Wendepunkt in Richtung eines schwächeren AMOC in der Mitte des 20. Jahrhunderts, was darauf hindeutet, dass es auf den Einfluss der vom Menschen verursachten Erwärmung zurückzuführen ist. Die Erfolgsgeschichte ihrer Mannschaft reicht jedoch nicht so weit zurück.

Die beiden Ergebnisse schließen sich nicht gegenseitig aus. Beide Datensätze zeigen weitgehend ähnliche Muster im Rückgang. „Wir finden es ziemlich bemerkenswert, dass alle Beweise zusammenlaufen“, sagt Thornalley. Aber die genaue Bestimmung des Zeitpunkts des Abschwächungstrends würde bessere Hinweise darauf geben, was ihn antreibt, wie schnell er sich vollzieht und wie schnell wir erwarten können, dass einige der daraus resultierenden Klimaauswirkungen eintreten.

Bereits, sagt Thornalley, ist es klar, dass der Golf von Maine seine wärmsten Temperaturen in den letzten 1.600 Jahren hat. Es gibt auch „verlockende Blicke“ auf einen schnelleren Anstieg des Meeresspiegels entlang der USA, sagt er.

Die Forscher sind neugierig, warum Klimamodelle etwas im AMOC-Prozess zu fehlen scheinen. Sie erfassen dieses vergangene Verhalten und die signifikante Schwächung nicht. Wenn die Ergebnisse dieser Studien bestätigen, sagt Delworth, ist es möglich, dass die Modelle nicht empfindlich genug auf die Veränderungen im Süßwasser des Ozeans reagieren oder dass sie nicht alle wichtigen Veränderungen berücksichtigen, die die Zirkulation beeinflusst haben. Eine Studie aus dem Jahr 2017, die untersuchte, was passieren würde, wenn Klimamodelle in diese Schmelze einfließen würden, ergab, dass sie eine schärfere Reaktion der AMOC hervorrief, als anderweitig angenommen wurde.

Die größte Sorge wäre, wenn Modelle die Empfindlichkeit des Systems falsch erfassen, sagt Delworth, denn das bedeutet, dass Wissenschaftler unterschätzt haben, wie schnell die AMOC reagieren könnte. „Es hängt wirklich davon ab, warum die Modelle nicht mit den Ergebnissen des Paläo übereinstimmen“, sagt er.

Während Modellierer daran arbeiten, das herauszufinden, versuchen Thornalley und andere, die Paläoklimaaufzeichnung zu erweitern, um zu sehen, ob das Muster, das sie gefunden haben, an anderen Orten im ganzen Atlantik auftaucht und ob sie es weiter in der Zeit zurückführen können. Sie suchen auch nach Anzeichen dafür, wie viel Süßwasser die Schwächung am Ende der kleinen Eiszeit ausgelöst haben könnte.

In Zukunft werden die RAPID-Instrumente langsam helfen, das Verhalten der AMOC zu verbessern. „Es ist nur so, dass wir ein paar Jahre warten müssen“, sagt Caesar, zu welchem Zeitpunkt bereits einige Auswirkungen auftreten können.

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