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Erde+Klima

Überraschung im Nordatlantik

Forschungsschiff
Mit Messbojen und per Forschungsschiff untersuchen Forscher die Umwälzpumpe im Nordatlatnik (Bild: Feili Li/ Duke University)

Im Nordatlantik liegt die Umwälzpumpe für die großen Meeresströmungen im Ozean – und damit ein Hauptakteur im Klimasystem. Doch wie sich nun zeigt, wird diese Umwälzzirkulation von anderen Quellen gespeist als bisher gedacht. Ein großangelegtes Messprojekt enthüllt, dass mehr als 80 Prozent des Tiefenwassers aus absinkendem Meerwasser zwischen Europa und Grönland gebildet wird. Nur ein kleiner Anteil entsteht in der Labradorsee, dem bisher als Hauptmotor der Zirkulation geltenden Gebiet. Ob dies nur auf einen außergewöhnlichen Zustand der Umwälzpumpe in den letzten zwei Jahren zurückgeht oder immer so ist, bleibt allerdings bisher unklar.

Für die globale Ozeanzirkulation spielt der subpolare Nordatlantik eine entscheidende Rolle. Denn dort sitzt eine der großen Umwälzpumpen der Meeresströmungen. Warmes, salzreiches Wasser aus dem Golfstrom und seinen Ausläufern kühlt dort ab und sinkt dadurch in die Tiefe. Als dichtes, kaltes Tiefenwasser fließt es dann vom Nordatlantik wieder zurück Richtung Äquator. Diese Atlantische Meridionale Umwälzströmung (AMOC) dient damit als Motor des Wärmeaustauschs und ist für das Klima Europas und der Welt von großer Bedeutung. „Diese Region ist eine der empfindlichsten Stellschrauben unsere Klimasystems. Hier können durch relativ kleine und rasche Veränderungen globale und langzeitliche Auswirkungen auf das Klima ausgelöst werden“, erklärt Co-Autor Johannes Karstensen vom GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel. „Deshalb ist ein umfassendes Verständnis der Prozesse in dieser Region so wichtig.“

Westatlantik statt Labradorsee

Doch die Umwälzprozesse im Nordatlantik sind komplex und erstrecken sich über gewaltige Entfernungen hinweg – entsprechend schwer ist es, sie durch direkte Messungen zu erfassen. „Direkte Beobachtungen sind daher rar und viele Zusammenhänge sind bisher nur aus Modellstudien abgeleitet“, sagt Karstensen. Auf Basis dieser Modelldaten ging man bisher davon aus, dass der Hauptanteil des Tiefenwassers in der Labradorsee westlich von Grönland gebildet wird. Um diese theoretischen Erkenntnisse mit Beobachtungen zu verifizieren, haben Forscher aus sieben Ländern im Jahr 2014 mit der ersten kompletten Vermessung der subpolaren Umwälzzirkulation des Atlantiks begonnen. Für das Projekt OSNAP“ (Overturning in the Subpolar North Atlantic Program) installierten die Wissenschaftler stationäre Messbojen, die kontinuierlich Strömungsdaten Temperaturen und Salzgehalte des Wassers aufzeichnen.

Jetzt haben Karstensen, Erstautorin Susan Lozier von der Duke University und ihr Team die OSNAP-Daten der ersten 21 Monate ausgewertet. Das überraschende Ergebnis: Die Labradorsee, die bisher als zentraler Motor der Umwälzströmung galt, trägt unerwartet wenig zur Tiefenwasserbildung bei. Zumindest in den 21 Monaten der OSNAP-Messung lag ihr Anteil bei nur rund 15 Prozent der Zirkulation. „Die Umwälzströmung östlich von Grönland dominiert über die im Westen – sie ist rund siebenmal stärker“, berichten die Forscher. Gleichzeitig beeinflussen zeitliche Schwankungen im Strömungsgeschehen zwischen Europa und Grönland auch zu gut 88 Prozent die Veränderungen in der Gesamtzirkulation.

Folgenreiche Einblicke – wenn sie sich bestätigen

Diese Ergebnisse werfen ein ganz neues Licht auf die Vorgänge in dieser für das Klima so wichtigen Region. „Trotz der Hinweise auf eine erhebliche Bildung von Tiefenwasser trägt die Labradorsee offenbar nur minimal zur gesamten Umwälzströmung bei“, sagen Lozier und ihre Kollegen. „Wir müssen nun überlegen, wie wir das Konzept von Tiefenwasserformation und Umwälzzirkulation anpassen.“ Ein weiterer wichtiger Faktor: Bisher beruhten viele Studien – auch zum Einfluss des Klimawandels auf die Atlantische Umwälzströmung – auf Messdaten aus der Labradorsee, weil man diese für den zentralen Motor des Geschehens hielt. Sollten sich die gegenteiligen Hinweise nun bestätigen, dann müssten auch diese Interpretationen und Einschätzungen möglicherweise angepasst werden.

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Noch allerdings ist nicht geklärt, ob die Dominanz des westlichen Nordatlantik für die Umwälzströmung tatsächlich den Normalzustand darstellt: „Beispielsweise ist es möglich, dass der OSNAP Messzeitraum von 2014 bis 2016 nur einen speziellen Zustand der Umwälzzirkulation erfasst hat. Eine Frage die sich nur durch längere Messreihen ermitteln lässt“, sagt Karstensen. Eine erste Antwort könnten die jüngsten Messungen liefern, die die OSNAP-Teams im Sommer 2018 mittels Forschungsschiffen durchgeführt haben. Zurzeit werden diese Daten analysiert, und es wird erwartet, dass die OSNAP-Zeitserie der Atlantischen Umwälzzirkulation in Kürze um zwei weitere Jahre verlängert sein wird.

Quelle: Susan Lozier (Duke University, Durham) et al., Science, doi: 10.1126/science.aau6592

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