Stärkere Belege für Abschwächung des Golfstromsystems
Physik-News vom 11.04.2018
Die als Golfstromsystem bekannte Umwälzströmung im Atlantik – eines der wichtigsten Wärmetransportsysteme der Erde, das warmes Wasser nach Norden und kaltes Wasser nach Süden pumpt – ist heute schwächer als je zuvor in den vergangenen 1000 Jahren. Temperaturdaten von der Meeresoberfläche liefern neue Belege dafür, dass sich diese große Ozeanzirkulation seit Mitte des 20. Jahrhunderts um etwa 15 Prozent verlangsamt hat. Das zeigt eine Studie, die jetzt von einem internationalen Wissenschaftlerteam in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde. Der vom Menschen verursachte Klimawandel ist der Hauptverdächtige für diese beunruhigenden Beobachtungen.
„Wir haben ein spezielles Muster entdeckt – eine Abkühlung des Ozeans südlich von Grönland und eine ungewöhnliche Erwärmung vor der US-Küste“, sagt die Leit-Autorin Levke Caesar vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). „Dieses Muster ist sehr charakteristisch für eine Verlangsamung der Umwälzung der Wassermassen im Atlantik. Es ist praktisch wie ein Fingerabdruck einer Abschwächung dieser Meeresströmungen.“ Wenn sich die Strömungen verlangsamen, bringen sie weniger Wärme nach Norden, was zu einer Abkühlung des Nordatlantiks führt – tatsächlich ist dies weltweit die einzige Meeresregion, die sich trotz der globalen Erwärmung abgekühlt hat. Gleichzeitig verlagert sich der Golfstrom in der Nähe der USA nach Norden und Richtung Land, dabei erwärmt er die Gewässer entlang der nördlichen Hälfte der US-Atlantikküste.
Publikation:
Levke Caesar, Stefan Rahmstorf, Alexander Robinson, Georg Feulner, Vincent Saba
Observed fingerprint of a weakening Atlantic Ocean overturning circulation
Nature
DOI: 10.1038/s41586-018-0006-5
„Diese Region hat sich in den letzten Jahrzehnten schneller erwärmt als fast alle anderen Teile der Weltmeere“, sagt Ko-Autor Vincent Saba vom National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Laboratory in Princeton, USA. „Ein solches Muster der Ozeantemperaturen wurde von Computersimulationen vorhergesagt als Reaktion auf den zunehmenden Ausstoß von Treibhausgasen – jetzt wurde diese Vorhersage durch Messungen bestätigt.“
Messungen der Meerestemperaturen bestätigen Computersimulationen
Seit Jahrzehnten untersuchen Wissenschaftler die Veränderungen der großen atlantischen Umwälzströmung. Computersimulationen sagen voraus, dass diese als Golfstromsystem bekannte Zirkulation sich als Reaktion auf die vom Menschen verursachte globale Erwärmung abschwächen wird. Ob dies aber bereits geschieht, war bisher unklar, da es keine langfristigen direkten Messreihen zu der Strömung gibt. „Die Belege, die wir jetzt haben, sind die bisher robustesten“, sagt Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut, der die Studie konzipiert hat. „Wir haben alle verfügbaren Daten über die Temperatur der Meeresoberfläche analysiert, vom späten 19. Jahrhundert bis heute.“
„Das spezifische Trendmuster, das wir in den Messungen gefunden haben, sieht genauso aus, wie es von Computersimulationen als Folge einer Verlangsamung des Golfstromsystems vorhergesagt wird, und ich sehe keine andere plausible Erklärung dafür“, sagt Rahmstorf. Tatsächlich ist es nicht nur das räumliche Muster, das zwischen Computersimulation und Beobachtungen übereinstimmt, sondern auch der Wechsel im Jahreszyklus.
Globale Erwärmung als wahrscheinliche Ursache – Auswirkungen sind weitreichend
Die Abschwächung wird durch eine Reihe von Faktoren verursacht, die mit der durch Treibhausgase aus fossilen Brennstoffen verursachten globalen Erwärmung in Zusammenhang gebracht werden können. Die Umwälzströmung des Atlantik wird durch die Dichte-Unterschiede des Meerwassers angetrieben: Wenn das warme und damit leichtere Wasser von Süden nach Norden fließt, wird es kälter und damit dichter und schwerer – es sinkt in tiefere Meeresschichten und fließt zurück in den Süden. „Aber mit der globalen Erwärmung, verstärkten Regenfällen sowie Schmelzwasser aus dem arktischen Meereis und Grönlandeis wird das Wasser des Nordatlantiks verdünnt, sein Salzgehalt sinkt. Weniger salzhaltiges Wasser ist weniger dicht und damit weniger schwer – was es für das Wasser schwieriger macht, von der Oberfläche in die Tiefe zu sinken“, erklärt Alexander Robinson von der Universität Madrid, der die Studie mitverfasst hat.
Seit Jahrzehnten wird diskutiert, ob die Umwälzströmung des Atlantiks als Kippelement im Erdsystem völlig versiegen könnte. Die vorliegende Studie betrachtet aber nicht das zukünftige Schicksal dieser Zirkulation, sondern untersucht, wie sie sich in den letzten hundert Jahren verändert hat. Dennoch warnt Robinson: „Wenn wir die globale Erwärmung nicht rasch stoppen, müssen wir mit einer weiteren langfristigen Verlangsamung der Atlantikströmung rechnen. Wir fangen erst an, die Folgen dieses beispiellosen Prozesses zu verstehen – aber sie dürften weitreichend sein.“
Mehrere Studien haben beispielsweise gezeigt, dass eine Verlangsamung des Golfstromsystems den Anstieg des Meeresspiegels an der US-Küste für Städte wie New York und Boston verschärft. Andere zeigen, dass die damit verbundene Veränderung der atlantischen Meeresoberflächentemperaturen das Wetter in Europa beeinflusst, etwa die Zugbahnen von Stürmen, die vom Atlantik kommen. Konkret wurde die europäische Hitzewelle des Sommers 2015 mit der Rekordkälte im Nordatlantik in diesem Jahr in Verbindung gebracht – dieser scheinbar paradoxe Effekt entsteht, weil ein kalter Nordatlantik ein Luftdruckmuster begünstigt, das warme Luft aus dem Süden nach Europa leitet.
Studie zur Erdgeschichte in derselben Ausgabe von Nature stützt die Ergebnisse
Die Ergebnisse werden durch eine zweite Studie eines Teams um David Thornalley vom University College London, die in der gleichen Ausgabe von Nature veröffentlicht wurde, im Wesentlichen gestützt und in einen längerfristigen Zusammenhang gestellt. Diese wichtige Analyse untersucht das Klima der Erde in der Vergangenheit – mit Hilfe von Informationen, die zum Beispiel in der Zusammensetzung von Ablagerungen auf dem Meeresboden zu finden sind –, um Veränderungen in der atlantischen Umwälzströmung in den letzten 1600 Jahren zu rekonstruieren.
Diese so genannten paläoklimatischen Proxydaten liefern eine unabhängige Bestätigung für frühere Schlussfolgerungen, wonach die jüngste Abschwächung des Golfstromsystems seit mindestens tausend Jahren beispiellos ist. Die Entwicklung der atlantischen Umwälzströmung im vergangenen Jahrtausend, die sich aus indirekten Belegen für die Temperaturen unterhalb der Meeresoberfläche ableitet, entspricht dabei fast genau derjenigen, die Rahmstorf und Kollegen 2015 in einer Studie ermittelt haben – was bemerkenswert ist, weil die neue Studie auf Sedimenten aus der Tiefe des Ozeans basiert, während die frühere Studie so genannte Klima-Archive an Land nutzte, wie Daten aus Eisbohrkernen und Baumringen.
„Jetzt kommen mehrere unabhängige Belege zusammen und ergeben ein schlüssiges Bild der Abschwächung der atlantischen Umwälzströmung seit den 1950er Jahren“, so Rahmstorf. „Die subpolare atlantische Abkühlung, die Erwärmung in der Golfstromregion, die Proxydaten von Thornalley für die Temperaturen des Ozeans unterhalb der Oberfläche und frühere Proxydaten aus Tiefseekorallen über Veränderungen der Wassermassen im Golf von Maine.“
Die Thornalley-Studie deutet auch darauf hin, dass ein Teil der atlantischen Umwälzströmung – die Tiefenströmung aus der Labradorsee – vor 150 Jahren durch Erwärmung und Eisschmelze am Ende der "Kleinen Eiszeit" abgeschwächt wurde. Dies verdeutlicht die Empfindlichkeit der Umwälzströmung gegenüber Erwärmung und Süßwassereintrag – etwas, das nun mit der vom Menschen verursachten Erwärmung und Beschleunigung der Grönland-Schmelze wieder geschieht. Nach den Temperaturen unterhalb der Meeresoberfläche in der Erdvergangenheit zu urteilen, war dieses Ereignis vor 150 Jahren jedoch nicht mit einer so tiefgreifenden Verringerung des Wärmetransports im Atlantik verbunden, wie es heute durch die Treibhausgase aus fossilen Brennstoffen der Fall ist. Also aufgrund einer globalen Erwärmung, die größer ist als jemals zuvor in der Geschichte der menschlichen Zivilisation.
