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Erde+Klima

Wenn die Nordatlantik-Pumpe stottert

AMOC
Die Nordatlantische Umwälzströmung treibt den warmen Nordatlantikstrom an und bildet kaltes Tiefenwasser (NADW) (Bild: Yair Rosenthal/Rutgers University New Brunswick)

Im Nordatlantik sitzt eine entscheidende Pumpe für die globalen Meeresströmungen und damit auch ein wichtiger Akteur im Klimasystem. Jetzt enthüllt eine Studie, dass diese Umwälzströmung während der letzten Zwischeneiszeiten mehrfach ins Stottern geriet – sie schwankte im Takt von einem Jahrhundert bis zu wenigen Jahrtausenden zwischen normaler Stärke und einem Fast-Ausfall. Nach Ansicht der Forscher könnte dies darauf hindeuten, dass diese Nordatlantische Umwälzströmung zwar auf lange Zeiträume gesehen stabil ist. Gerade in Zeiten warmen Klimas aber könnte sie leichter als gedacht in eine Phase großer Schwankungen verfallen.

Der Nordatlantik ist eine Schlüsselregion für die globalen Meeresströmungen, aber auch für das Klima Europas. Denn hier liegt eine der großen Umwälzpumpen der Ozeane: Vor Grönland sinkt warmes, salziges Wasser nach unten und strömt dann abgekühlt in der Tiefe nach Süden. An der Oberfläche erzeugt dieses Absinken einen Sog, der warmes Wasser aus den Tropen nach Norden zieht – darunter auch den Golfstrom und den Nordatlantikstrom, die für das Klima Europas entscheidend sind. Die Nordatlantische Meridionale Umwälzströmung (AMOC) führt damit Wärme aus den Tropen in hohe Breiten ab und beeinflusst das regionale und globale Klima in entscheidendem Maße. Entsprechend wichtig ist es, dass diese „Pumpe“ auch verlässlich läuft. Denn setzt sie aus oder schwächt sie sich stark ab, bleibt der Wärmenachschub aus südlichen Gefilden aus und Europa und Nordamerika könnten eine Art regionale Eiszeit erleben.

Pumpe für warme und kalte Wassermassen

Bisher scheint die Nordatlantische Umwälzströmung relativ stabil zu sein, auch wenn es Anzeichen für eine leichte Abschwächung gibt. Studien deuten jedoch daraufhin, dass vor allem vermehrt einströmendes Schmelzwasser das Absinken des Wassers im Nordatlantik stören kann. So führte das Auslaufen eines großen Schmelzwassersees am Ende letzten Eiszeit vor gut 8000 Jahren zu einem Stocken der Umwälzströmung, wie Forscher 2011 berichteten. Und auch in der Gegenwart kommt es in Sommern mit hohem Schmelzwassereintrag in den Nordatlantik zu einer Schwächung der Pumpe. Klimaforscher befürchten daher, dass es sich bei der AMOC um ein Kippelement handeln könnte – eine Komponente im Klimasystem, die durch eine stark zunehmende globale Erwärmung ihren Zustand wechseln könnte. Ausgehend von bisherigen Daten gehen sie davon aus, dass die Umwälzströmung zwar schwer zu destabilisieren ist, ihr Ausfall aber irreversibel sein könnte.

Doch neben dem kompletten „Kippen“ der Umwälzströmung könnte es noch einen weiteren Zustand dieser wichtigen Strömungspumpe geben, wie nun Eirik Galaasen von der Universität Bergen und seine Kollegen berichten. Sie haben anhand von Bohrkernen aus dem Nordatlantik untersucht, wie sich die AMOC in den vier Zwischeneiszeiten der letzten rund 450.000 Jahre verhalten hat. Dafür werteten sie die Kohlenstoff-Isotopenwerte in den Kalkschalen von im Sedimentgestein konservierten Foraminiferen aus – schalentragenden Einzellern, die in nahezu allen Meeren und zu fast allen Zeiten in der Erdgeschichte vorkamen. Weil diese Organismen am Grund der Meere lebten, lässt sich an den in ihren Schalen eingelagerten Isotopen ablesen, welche Temperaturen und Salzgehalte im Tiefenwasser jener Zeit herrschten.

Starke, aber kurze Schwankungen

Die Analysen ergaben, dass es während der warmen Zwischeneiszeiten große Umschwünge beim nordatlantischen Tiefenwasser gab. Demnach schwankte der Nachschub von kaltem Tiefenwasser durch die Umwälzströmung zwischen normalen, modernen Werten und sehr geringen, eher für Eiszeiten und große Schmelzwassereinträge typischen Mengen, wie Galaasen und seine Kollegen berichten. Wie sie mithilfe eines ergänzenden Modells ermittelten, durchlebte die AMOC in diesen Zeiten offenbar eine Reihe außergewöhnlich starker Schwankungen. „Diese Störungen der Zirkulation waren zwar jeweils nur kurzlebig – sie dauerten vielleicht ein Jahrhundert oder wenig mehr“, berichtet Co-Autor Yair Rosenthal von der Rutgers University in New Brunswick. In zwei der Zwischeneiszeiten gab es jedoch auch Perioden abgeschwächter Umwälzströmung, die bis zu 3000 Jahre anhielten. Während dieser Zeiten kühlte sich der Nordatlantik deutlich ab, weil der Nachschub warmen Wassers aus den Tropen nachließ.

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Nach Ansicht der Forscher sprechen diese Ergebnisse dafür, dass die Nordatlantische Umwälzströmung zwar auf lange Zeiträume gesehen durchaus robust und stabil ist. Das aber schließt Phasen kurzfristiger Schwankungen nicht aus. „Das häufige Vorkommen solcher Tiefenwasser-Reduktionen in den letzten Zwischeneiszeiten demonstriert klar das Potenzial für große Veränderungen in der Atlantischen Tiefenströmung“, konstatieren Galaasen und seine Kollegen. „Unserer Ergebnisse deuten darauf hin, dass wir schnelle und große Wechsel in der Umwälzströmung nicht nur als Möglichkeit, sondern sogar als ein intrinsisches Merkmal einer Variabilität in warmen Klimaten ansehen sollten.“ Was diese Schwankungen ausgelöst hat, lässt sich aber bisher nur in Teilen nachvollziehen, wie die Forscher erklären. So scheint es in einigen dieser Wechselphasen größere Einströme von Schmelzwasser gegeben zu haben, in anderen dagegen nicht.

„Unsere Daten belegen, dass große Störungen der Umwälzströmung leichter eintreten können als zuvor angenommen und dass sie in der Vergangenheit unter Klimabedingungen auftreten, wie sie auch uns bald bevorstehen könnten“, sagen Galaasen und sein Team. Der Klimawandel könnte demnach die AMOC nicht nur allmählich schwächen, sondern auch eine neue Phase abrupter Wechsel auslösen. Ähnlich sieht es Thomas Stocker von der Universität Bern in einem begleitenden Kommentar. Er schreibt: „Es gibt die Möglichkeit, dass der graduelle anthropogene Einfluss auf das Klimasystem die AMOC in einen Zustand bewegen könnte, in der dessen Variabilität eine größere Amplitude bekommt und chaotischer abläuft.“

Quelle: Eirik Galaasen (Universität Bergen), et al., Science, doi: 10.1126/science.aay6381

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