Die Antarktis bereitet die Bühne für den größten Wasserfall der Welt. Die Handlung findet unter der Meeresoberfläche statt. Hier stürzen Billionen Tonnen kaltes, dichtes und sauerstoffreiches Wasser vom Festlandsockel ab und sinken in große Tiefen. Dieses antarktische „Grundwasser“ breitet sich dann in tiefen Meeresströmungen entlang des Meeresbodens nach Norden aus, bevor es Tausende von Kilometern entfernt langsam ansteigt.
Auf diese Weise treibt die Antarktis ein globales Netzwerk von Meeresströmungen an, die sogenannte „Umwälzzirkulation“, die Wärme, Kohlenstoff und Nährstoffe rund um den Globus umverteilt. Der Umsturz ist entscheidend für die Stabilität des Erdklimas. Es ist auch der Hauptweg, über den Sauerstoff in die Tiefsee gelangt.
Es gibt jedoch Anzeichen dafür, dass sich diese Zirkulation verlangsamt, und zwar Jahrzehnte früher als vorhergesagt. Diese Verlangsamung hat das Potenzial, die Verbindung zwischen den Küsten der Antarktis und der Tiefsee zu stören, mit schwerwiegenden Folgen für das Erdklima, den Meeresspiegel und das Meeresleben.
Unser neue Forschungheute in der Zeitschrift veröffentlicht Natur Klimawandelnutzt reale Beobachtungen, um zu entschlüsseln, wie und warum sich der Tiefsee rund um die Antarktis in den letzten drei Jahrzehnten verändert hat. Unsere Messungen zeigen, dass sich die Umwälzzirkulation um fast ein Drittel (30 %) verlangsamt hat und der Sauerstoffgehalt in der Tiefsee sinkt. Dies geschieht sogar schon früher Klimamodelle vorhergesagt.
Wir haben festgestellt, dass das Schmelzen des antarktischen Eises die Bildung des antarktischen Grundwassers stört. Das Schmelzwasser macht das Oberflächenwasser der Antarktis frischer, weniger dicht und daher weniger anfällig für das Absinken. Dadurch wird der Kippkreislauf gebremst.
Das ist ein Wasserfall: dichtes Wasser, das vom Festlandsockel in die Tiefsee im Rossmeer fließt. Konsortium für Ozean-Meereis-Modellierung in Australien (COSIMA) und National Computational Infrastructure.
Warum ist das wichtig?
Wenn sich der Fluss des Grundwassers verlangsamt, nimmt die Sauerstoffversorgung der Tiefsee ab. Die schrumpfende sauerstoffreiche Bodenwasserschicht wird dann durch wärmeres Wasser mit weniger Sauerstoff ersetzt, wodurch der Sauerstoffgehalt weiter sinkt.
Große und kleine Meerestiere reagieren bereits auf kleine Veränderungen des Sauerstoffgehalts. Tiefseetiere sind an sauerstoffarme Bedingungen angepasst, müssen aber trotzdem atmen. Sauerstoffverluste können dazu führen, dass sie in andere Regionen Zuflucht suchen oder ihr Verhalten anpassen. Models deuten darauf hin, dass wir es sind eingeschlossen zu einer Schrumpfung der „lebensfähigen“ Umgebung, die diesen Tieren zur Verfügung steht, mit einem erwarteten Rückgang von bis zu 25 %.
Es kann auch zu einer Verlangsamung des Umkippens kommen intensivieren die globale Erwärmung. Die umwälzende Zirkulation transportiert Kohlendioxid und Wärme in die Tiefsee, wo es gespeichert und vor der Atmosphäre verborgen bleibt. Da die Speicherkapazität der Ozeane abnimmt, verbleibt mehr Kohlendioxid und Wärme in der Atmosphäre. Diese Rückkopplung beschleunigt die globale Erwärmung.
Auch die Menge des antarktischen Grundwassers, das den Meeresboden erreicht, nimmt zu Meeresspiegel weil das wärmere Wasser, das es ersetzt, mehr Platz einnimmt (Wärmeausdehnung).
Anzeichen einer besorgniserregenden Veränderung
Beobachtungen des Grundwassers sind eine Herausforderung. Der Südliche Ozean ist abgelegen und die Heimat der stärksten Winde und größten Wellen auf dem Planeten. Auch im Winter, wenn sich Grundwasser bildet, ist der Zugang durch Meereis eingeschränkt.
Dies bedeutet, dass Beobachtungen des tiefen Südpolarmeeres spärlich sind. Dennoch haben wiederholte Tiefenmessungen auf Schiffsreisen Einblicke in die Veränderungen in der Tiefsee gegeben. Die unterste Wasserschicht ist wird wärmer, weniger dicht und dünner.
Satellitendaten zeigen, dass die Eisdecke der Antarktis vorhanden ist Schrumpfung. Meeresmessungen stromabwärts von Regionen mit schnellem Schmelzwasser zeigen, dass das Schmelzwasser dort ist Reduzierung des Salzgehalts (und Dichte) der Küstengewässer.
Diese Anzeichen deuten auf eine besorgniserregende Veränderung hin, es gibt jedoch noch keine direkten Beobachtungen der tiefgreifenden Umwälzung der Zirkulation.
Was haben wir getan?
Wir haben verschiedene Arten von Beobachtungen auf neue Weise kombiniert und dabei jede ihrer Stärken genutzt.
Die von Schiffen gesammelten Messungen der gesamten Tiefe liefern Momentaufnahmen der Ozeandichte, werden jedoch normalerweise etwa einmal im Jahrzehnt wiederholt. Fest verankerte Instrumente hingegen liefern kontinuierliche Messungen von Dichte und Geschwindigkeit, jedoch nur für eine begrenzte Zeit an einem bestimmten Ort.
Der Verlust der antarktischen Eismasse in den letzten Jahrzehnten geht aus Satellitendaten hervor. Diese zeigen, dass die Antarktis zwischen 2002 und 2020 durchschnittlich etwa 150 Milliarden Tonnen Eis pro Jahr abgeworfen hat, wodurch Schmelzwasser in den Ozean gelangte und der Meeresspiegel anstieg. Bildnachweis: NASA
Wir haben einen neuen Ansatz entwickelt, der Schiffsdaten, Anlegeaufzeichnungen und eine hochauflösende numerische Simulation kombiniert, um die Stärke des antarktischen Grundwasserflusses und die Menge Sauerstoff zu berechnen, die er in die Tiefsee transportiert.
Unsere Studie konzentrierte sich auf ein tiefes Becken südlich von Australien, das Grundwasser aus mehreren Quellen erhält. Diese Quellen liegen stromabwärts von großen Schmelzwassereinträgen, sodass diese Region wahrscheinlich eine Frühwarnung vor klimabedingten Veränderungen in der Tiefsee liefern wird.
Die Erkenntnisse sind frappierend. Über drei Jahrzehnte hinweg, zwischen 1992 und 2017, verlangsamte sich die Umwälzzirkulation dieser Region um fast ein Drittel (30 %), was dazu führte, dass weniger Sauerstoff in die Tiefe gelangte. Diese Verlangsamung wurde durch eine Auffrischung in der Nähe der Antarktis verursacht.
Wir fanden heraus, dass diese Auffrischung die Dichte und das Volumen des gebildeten antarktischen Grundwassers sowie die Geschwindigkeit, mit der es fließt, verringert.
Die beobachtete Verlangsamung wäre sogar noch größer ausgefallen, wenn nicht ein kurzlebiges Klimaereignis stattgefunden hätte teilweise und vorübergehende Wiederherstellung der Grundwasserbildung. Die durch den erhöhten Salzgehalt bedingte Erholung verdeutlicht zusätzlich die Empfindlichkeit der Bodenwasserbildung gegenüber Änderungen des Salzgehalts auf dem antarktischen Festlandsockel.
Beunruhigenderweise zeigen diese Beobachtungen, dass sich Veränderungen ergeben bis 2050 erwartet sind bereits im Gange.
Erwärmung der Tiefseemeere aufgrund der Verlangsamung des Umkippens der Antarktis. Bildnachweis: Matthew England und Qian Li
Was als nächstes?
Es wird erwartet, dass der Eisverlust in der Antarktis mit der Erwärmung der Welt anhält und sich sogar beschleunigt. Wir sind Es ist fast sicher, dass wir bis 2027 die globale Erwärmungsschwelle von 1,5℃ überschreiten werden.
Ein größerer Eisverlust bedeutet eine stärkere Auffrischung, sodass wir davon ausgehen können, dass sich die Zirkulation verlangsamt und die tiefen Sauerstoffverluste anhalten werden.
Die Folgen einer Verlangsamung werden nicht auf die Antarktis beschränkt sein. Die Umwälzzirkulation erstreckt sich über den gesamten Ozean und beeinflusst das Tempo des Klimawandels und des Meeresspiegelanstiegs. Es wird auch Störungen und Schäden für das Leben im Meer verursachen.
Unsere Forschung liefert einen weiteren Grund, härter – und schneller – an der Reduzierung der Treibhausgasemissionen zu arbeiten.
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