Stotternder Wärmemotor

Der Standard: Golfstrom-Zubringer schwächer denn je

Das Wasservolumen des Floridastroms, Ausgangspunkt des Golfstroms, hat um 1,7 Millionen Kubikmeter pro Sekunde abgenommen, berichtete der Wiener Standard am

Die historische Analyse des Stroms wurde anhand von Meeresspiegelaufzeichnungen aus Florida und der Karibik vorgenommen. Die Verlangsamung des Floridastroms hängt mit der Stärke des Golfstroms und dem viel breiteren System von Strömungen zusammen, das als Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) bekannt ist und zur Regulierung des globalen Klimas beiträgt. Das Verständnis vergangener Veränderungen der Meeresströmungen trägt dazu bei, eine der größten Unsicherheiten bei der Beobachtung des Klimawandels im vergangenen Jahrhundert zu verringern.”

Floridastrom und Untersuchungsgebiet – a) Graue Quadrate (Kreise): Standorte von Pegelständen im Südosten der USA (Karibik). Abschattung: mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Meeresoberfläche (m/s) aus den Daten der Oberflächen-Treiber. Roter Kasten: Fläche unter b. b) Details der Florida-Straße. Abschattung: Meerestiefe (m). Rote, fette (schwarze, schräge) Schrift: im Text erwähnte Ozeankanäle (Landstandorte). Dicke rote Linien: Standorte von Unterwasserkabelmessungen. Dünne schwarze Linien: Orte von In-situ-Messungen aus früheren Studien – Grafik © nature.com

Meeresforscher haben schon vor Jahrzehnten herausgefunden, dass die Strömungen im Atlantik empfindlich auf große Mengen Süßwasser an der Meeresoberfläche reagieren. Da der Abfluss von Schmelzwasser aus Grönland aufgrund der Klimaveränderungen und Regenfällen über dem Ozean zugenommen hat, wird vermutet, dass das den Nordatlantikstrom verlangsamen oder womöglich sogar umkehren und den Wärmetransport nach Europa blockieren könnte. Indizien dafür zeigen sich bereits vor allem bei Schlüsselkomponenten des Golfstroms.

“Im Ozean ist fast alles miteinander verbunden”, sagte Christopher Piecuch, Assistenzwissenschaftler in der Abteilung für physikalische Ozeanographie an der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) und Autor der Studie. “Wir können diese Verbindungen nutzen, um Abläufe in der Vergangenheit oder weit entfernt von der Küste zu betrachten, was uns einen vollständigeren Blick auf den Ozean und seine Veränderungen in Raum und Zeit ermöglicht.

Piecuch, der sich auf Veränderungen des Meeresspiegels an der Küste und in der Region spezialisiert hat, benutzte eine Verbindung zwischen dem Meeresspiegel an der Küste und der Stärke der küstennahen Strömungen, um die Entwicklung des Florida-Stromes nachzuzeichnen, der den Beginn des Golfstroms bildet und gemeinsam mit dem kleineren Antillenstrom als einer der wichtigsten Zubringer von warmem Wassers für den Nordatlantikstrom fungiert.

Transportvolumen des Floridastroms: Blau zeigt den hinteren Mittelwert (dicke Linie), 95 % punktweise (helle Schattierung) und streckenweise (Strichpunkt) glaubwürdige Intervalle, zusammen mit zwei willkürlichen, zufällig ausgewählten Strömungsteilen (dünne Linien) aus dem wahrscheinlichkeitstheoretischen Transportvolumen des Floridastroms. Orange zeigt das jährliche Transportvolumen aus Unterseekabel-Rohdaten plus und minus das Doppelte des Standardfehlers, der nach den Referenzwerten geschätzt wird – Grafik © nature.com

Der Golfstrom fließt nach Norden entlang der südöstlichen Atlantikküste der Vereinigten Staaten und schließlich nach Osten in den Nordatlantik und transportiert Wärme, Salz, Bewegungsenergie und andere Eigenschaften, die das Klima der Erde beeinflussen. Da nahezu kontinuierliche Aufzeichnungen des Meeresspiegels entlang der Atlantikküste Floridas und in einigen Teilen der Karibik mehr als ein Jahrhundert zurückreichen, konnte er mit Hilfe mathematischer Modelle und einfacher Physik die Reichweite direkter Messungen des Golfstroms erweitern und kam zu dem Schluss, dass er sich stetig abgeschwächt hat und heute schwächer ist als je in den vergangenen 110 Jahren.

Eine der größten Unsicherheiten in Klimamodellen ist das Verhalten der Meeresströmungen, die entweder zu Veränderungen des Erdklimas führen oder auf diese reagieren. Eine der wichtigsten davon ist die atlantische meridionale Umwälzzirkulation (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC), die ein großes System oder “Förderband” von Meeresströmungen im Atlantik ist, das den Golfstrom einschließt und zur Regulierung des globalen Klimas beiträgt. Piecuchs Analyse stimmt mit den Beziehungen überein, die in Modellen zwischen den tieferen Zweigen der AMOC und dem Golfstrom gesehen werden, und sie bestätigt Studien, die darauf hindeuten, dass sich die tieferen Zweige der AMOC in den letzten Jahren verlangsamt haben. Seine Methode bietet auch die Möglichkeit, Meeresströmungen wie den Golfstrom von der Küste aus zu überwachen und ergänzt damit bestehende, aber schwer zu wartende Verankerungsinstrumente und teure Forschungsfahrten. “Wenn wir etwas über den Horizont hinaus überwachen können, indem wir Messungen von der Küste aus vornehmen, dann ist das ein Gewinn für die Wissenschaft und möglicherweise auch für die Gesellschaft”, so Piecuch.

Veränderungen der Meeresoberflächentemperatur 1909-2018 (°C pro Jahrhundert) – Grafik © nature.com

Schlussfolgerungern der Nature-Untersuchung

“Mangelndes Wissen über die langfristigen Veränderungen der wichtigsten Meeresströmungen ist eine der wichtigsten Beobachtungsunsicherheiten im Zusammenhang mit dem Klimawandel. Ich wandte die Bayes’sche Datenanalyse auf Beobachtungen von Unterwasserkabeln und Gezeitenpegeln an, um auf die Veränderungen im Transport des Florida-Stromes bei 27°N im Zeitraum 1909-2018 zu schließen. Ich fand heraus, dass der Transport des Florida-Stroms im vergangenen Jahrhundert wahrscheinlich stetig zurückgegangen ist, so dass das Transportvolumen seit 1982 im Durchschnitt wahrscheinlich schwächer war als in den Jahren 1909-1981 – und das schwächste dekadisch gemittelte Volumen in den vergangenen 110 Jahren fand wahrscheinlich in den letzten zwei Jahrzehnten statt. Während frühere Veränderungen der Kreiselzirkulation unsicher sind, bestätigen diese Ergebnisse frühere Hypothesen, die auf Proxy-Indikatoren basieren, dass der tiefe Zweig der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation während des zwanzigsten Jahrhunderts kontinuierlich schwächer wurde. Diese Ergebnisse unterstützen auch Modellsimulationen, die zeigen, dass Veränderungen in der tiefen Rückströmung der umkippenden Zirkulation durch vergleichbare Veränderungen in der westlichen Oberflächengrenzströmung auf mehrdekadischen und längeren Zeitskalen nahezu ausgeglichen werden.

Künftige Studien sollten auf dieser Grundlage aufbauen. Denn die Unsicherheiten bei dieser Transportschätzung des Florida-Stromes sind groß. Weitere Beobachtungen könnten in einen allgemeineren probabilistischen Rahmen eingebettet werden, um das Volumen im vergangenen Jahrhundert besser abzuklären. Mein Ziel war es, zu quantifizieren, wie aussagekräftig die Pegeldaten des Meeresspiegels über vergangene Veränderungen des Florida-Stroms sind. Ich zeigte jedoch, dass die Ergebnisse mit explorativen Analysen von GPS-Daten, Meeresspiegel-Index-Punkten und Satellitenaltimetrie übereinstimmten. Diese Datensätze konnten durch Spezifizierung zusätzlicher Gleichungen im Bayesianischen Algorithmus assimiliert werden, um zu testen, ob die Transporte im Florida-Strom besser eingeschränkt und die Unsicherheiten reduziert werden. Es gibt auch kurze Aufzeichnungen aus den 1960er und 1970er Jahren über Transportvolumina flussaufwärts in der Straße von Florida (z.B. auf 26°N zwischen Miami und Bimini), die genutzt werden könnten, vorausgesetzt, der unsichere Fluss durch den Nordwest-Provinzkanal wird berücksichtigt. Mit einer strengeren Beschränkung könnte es möglich sein, die Mechanismen zu identifizieren, die für die vergangenen Veränderungen des Florida-Strom-Transports und den tiefen Zweig der umstürzenden Zirkulation verantwortlich sind, und festzustellen, ob sich der innere Kreisel verstärkt oder abgeschwächt hat.


Künftige Studien sollten versuchen, früher auf Transportvolumina des Floridastroms zu schließen. Die Ergebnisse hier zeigen, dass Daten über den Meeresspiegel an der Küste wertvolle Einschränkungen für vergangene Transportvolumen-Veränderungen darstellen. Die Rekonstruktion wurde jedoch durch die Dauer der verfügbaren Gezeitenaufzeichnungen begrenzt, die in dieser Region nur etwa ein Jahrhundert zurückreichen. Archivierte Gezeitendaten, die bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts zurückreichen, wurden für mehrere Orte entlang des Südostens der USA identifiziert, die (wenn sie wiederhergestellt und digitalisiert werden) eine längere Rekonstruktion ermöglichen könnten. Neue Rekonstruktionen des Meeresspiegels aus Salzmarschsedimenten entlang der Küste Floridas mit etwa dekadischer zeitlicher Auflösung könnten es ermöglichen, längerfristige Veränderungen des Floridastrom-Transportvolumens über die gemeinsame Ära zu rekonstruieren. Pseudoproxy-Experimente werden aufschlussreich sein, um festzustellen, ob eine solche Rekonstruktion durchführbar ist. Wenn eine solche langfristige Rekonstruktion möglich ist, würde sie einen Test der auf Sauerstoffisotopen-Aufzeichnungen von Dry Tortugas und der Grand Bahama Bank basierenden Hypothese erlauben, dass sich der Florida-Strom von Mitte des 17. bis Mitte des 20. Jahrhunderts um ~10% verstärkt hat, während gleichzeitig andere Proxy-Indikatoren darauf hindeuten, dass der tiefe Zweig der umstürzenden Zirkulation stabil oder im Rückgang begriffen war.”

Die Woods Hole Oceanographic Institution ist eine private, gemeinnützige Organisation auf Cape Cod, Massachusetts, die sich der Meeresforschung, dem Ingenieurwesen und der Hochschulbildung widmet. Sie wurde 1930 auf Empfehlung der National Academy of Sciences gegründet. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, den Ozean und seine Wechselwirkung mit der Erde als Ganzes zu verstehen und ein grundlegendes Verständnis der Rolle des Ozeans in der sich verändernden globalen Umwelt zu vermitteln. Für weitere Informationen www.whoi.edu.

->Quellen: