Wie die 60.000 Meilen langen Arterien und Venen, die sich durch den menschlichen Körper ziehen, sind Meeresströmungen das Lebenselixier unseres Planeten – einige fließen über kurze Distanzen, andere umrunden den Globus, aber alle spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Klimas.
Eines der komplexesten Strömungssysteme, die Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), ist ein globales Förderband, das Wärme im gesamten Atlantik verteilt, indem es wärmeres Wasser nach Norden und kühleres Wasser nach Süden transportiert.
„Damit das Klima der Erde im Gleichgewicht bleibt, muss durch die kombinierten atmosphärischen und ozeanischen Zirkulationen ein enormer Wärmetransport von niedrigen in hohe Breiten stattfinden“, sagte William Johns, Professor für Meereswissenschaften an der Rosenstiel School of der University of Miami Meeres-, Atmosphären- und Geowissenschaften, der langfristig verankerte Instrumente zur Untersuchung der Ozeanzirkulation einsetzt.
„Auf der Nordhalbkugel ist die AMOC für fast 25 Prozent dieses Wärmetransports auf globaler Ebene verantwortlich. Sie ist in den Weltmeeren einzigartig, weil der Atlantik der einzige Ort ist, an dem warmes Oberflächenwasser von den Tropen bis zum Polargebiet nach Norden wandert.“ Breitengraden und werden abgekühlt und sinken in große Tiefen.“
Diese tiefen Gewässer, erklärte er, bewegen sich dann unter der warmen Schicht nach Süden und bilden eine meridionale „Umkipp“-Zirkulation, die Wissenschaftler AMOC nennen.
„Die Menge an Wärme, die es transportiert, ist für die meisten Menschen fast unvorstellbar“, sagte Johns und stellte fest, dass der Wert etwas über 1015 Watt liege. „Das ist eine 1 gefolgt von 15 Nullen oder eine Billiarde Watt, was etwa dem Hundertfachen der gesamten globalen Energieproduktion auf der Erde aus allen Energiequellen entspricht.“
Aber steht die AMOC, die Dürre- und Überschwemmungsmuster beeinflusst, bis zur Mitte dieses Jahrhunderts vor einem Zusammenbruch? Eine aktuelle Studie eines Wissenschaftlerteams der Universität Kopenhagen, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Naturkommunikationwarnt davor, dass es angesichts des derzeitigen Tempos der Treibhausgasemissionen, die den Planeten erwärmen, jederzeit zwischen 2025 und 2095 zu einer Abschaltung des AMOC kommen könnte, was zu schnellen Wetter- und Klimaveränderungen auf der ganzen Welt führen könnte.
Johns, der sich seit fast 20 Jahren mit dem AMOC beschäftigt und auf Forschungsexpeditionen, die bis zu einem Monat dauern können, aufs Meer hinausfährt, beantwortet Fragen zur Kopenhagener Studie und gibt einen Überblick über seine eigene Forschung im Zusammenhang mit diesem lebenswichtigen System Meeresströmungen.
Wie haben die Wissenschaftler in der Naturkommunikation Kommt die Studie zu ihren Schlussfolgerungen?
In dieser Studie werden mehrere Annahmen miteinander verknüpft, um zu dem Schluss zu gelangen, dass ein AMOC-Zusammenbruch wahrscheinlich noch in diesem Jahrhundert bevorsteht. Erstens verwenden sie einen Proxy für die AMOC-Stärke, der auf Änderungen der Meeresoberflächentemperatur (SST) im subpolaren Nordatlantik basiert, da unsere direkt gemessenen Aufzeichnungen der AMOC-Stärke, die seit 2004 verfügbar sind, bei weitem nicht lang genug sind, um eine Grundlage dafür zu bieten Analyse. Bei diesem SST-Proxy handelt es sich um einen sogenannten „kalten Fleck“ im Gebiet südlich von Grönland, einem der wenigen Orte im Weltmeer, an dem es aufgrund steigender atmosphärischer CO2-Konzentrationen keine kontinuierliche Erwärmung gibt.
Wie genau ist die Studie? Gibt es bei der Methodik etwas zu befürchten?
Das Problem ist, dass wir immer noch nicht sicher wissen, ob dieser SST-Proxy definitiv mit der Stärke des AMOC zusammenhängt. Dies wird von gekoppelten Klimamodellen unterstützt, und der Mechanismus macht Sinn – dass eine Verringerung der AMOC den Wärmetransport nach Norden im Atlantik verringert und zu einer relativen Abkühlung des subpolaren Nordatlantiks im Vergleich zur globalen durchschnittlichen SST führt.
Obwohl die meisten dieser Modelle eine Korrelation zwischen der Kälteperiode und der AMOC zeigen, wird diese Korrelation jedoch von den langfristigen Trends in jedem einzelnen Modell dominiert, und es gibt keine Hinweise darauf, dass kurzfristige Schwankungen der Kälteperiode von Jahr zu Jahr bis Jahrzehnt auftreten Zeitskalen sind eng mit Änderungen im AMOC verknüpft. Tatsächlich sieht es in den bisher veröffentlichten Modellstudien zu diesem Thema so aus, als gäbe es auf diesen kürzeren Zeitskalen nur eine sehr geringe Korrelation zwischen dem Cold-Patch-Index und AMOC-Änderungen.
Dies ist jedoch eine entscheidende Annahme in der Studie, da sie ihre Warnung vor einer AMOC-Abschaltung auf die Änderungen im Ausmaß der Variabilität dieses SST-Proxys auf denselben Zeitskalen stützen. Meines Wissens nach wurde diese Analyse der kurzfristigen Zusammenhänge zwischen dem Kältefeld und AMOC-Änderungen in den gekoppelten Modellen weder durchgeführt noch von den Autoren berücksichtigt. Dies ist meiner Meinung nach ein logischer Fehler ihres Modells.
Zweitens basiert ihre Studie auf den Grundlagen der Übergangstheorie in nichtlinearen Systemen, bei denen eine Instabilität des Systems teilweise durch eine zunehmende Varianz (d. h. Volatilität) angezeigt wird, die zu einem Wendepunkt zu einem neuen Quasi-System führen kann. stabiler Zustand – in diesem Fall ein vollständiges Herunterfahren des AMOC. Allerdings gibt es in ihrem Modell keine Physik; Es handelt sich einfach um eine mathematische Modellierung, die auf dem Zeitverlauf einer bestimmten Größe basiert – in diesem Fall dem Zeitverlauf des Cold-Patch-SST-Index.
Um eine Analogie zu etwas zu ziehen, das den Menschen vielleicht vertrauter ist: Es ähnelt in gewisser Weise bestimmten Arten technischer Analysen an den Aktienmärkten, wo erhöhte Volatilität oft einen großen Übergang oder einen großen Marktrückgang ankündigt. Aber diese Modelle sind offensichtlich alles andere als perfekt, sonst wäre jeder, der das macht, inzwischen wahnsinnig reich. Persönlich fällt es mir schwer zu glauben, dass eine Analyse, die einfach auf dem Verhalten einer Größe in der Vergangenheit basiert, eine solch robuste Vorhersage ihres zukünftigen Verhaltens liefern kann.
Wie wichtig ist die Studie als Warnsignal vor den Gefahren des Klimawandels?
Wir müssen uns große Sorgen um die Zukunft der AMOC machen, da wir wissen, dass sowohl die globale Erwärmung als auch eine ihrer größten Folgen – das zunehmende Schmelzen von Meer- und Landeis in der Arktis – die AMOC tendenziell verlangsamen wird und dazu führen könnte bis zu einem möglichen Wendepunkt. Die Bedrohung der AMOC ist nur eine von vielen höchst unerwünschten Folgen unserer anhaltenden Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, zum Beispiel Versauerung der Ozeane, Sauerstoffmangel in den Ozeanen und globale Hitzewellen, um nur einige zu nennen. Diese Studie ist nur eine weitere Warnung, dass wir als Menschheit unser Verhalten schnell ändern müssen, um potenziell katastrophale Folgen zu vermeiden.
Die AMOC schwächt sich tatsächlich ab. Was führt zu seiner Schwächung und was würde ein Zusammenbruch zur Folge haben? Würden wir die Art von schnell katastrophalen Klima- und Wetterbedingungen erleben, wie sie im Film „The Day after Tomorrow“ dargestellt werden?
Nicht ganz in diesem Zeitrahmen. Die Veränderungen würden wahrscheinlich über viele Jahre bis Jahrzehnte hinweg eintreten und nicht nur über ein paar Wochen. Im Ozean ist viel Wärme gespeichert, die das Klimasystem puffert. Die Auswirkungen eines AMOC-Zusammenbruchs oder einer größeren Verlangsamung sind jedoch allgemein bekannt und stellen im Allgemeinen robuste Ergebnisse von Klimaprojektionsmodellen dar. Dazu gehören eine erhebliche Abkühlung im Nordatlantik und auf der gesamten Nordhalbkugel sowie eine Hitzebündelung im tropischen und Südatlantik, die zu stärkeren tropischen Stürmen führen könnte.
Außerdem würde es zu erheblichen Veränderungen der globalen Niederschlagsmuster kommen, die in bestimmten Gebieten zu schweren Dürren und in anderen zu verheerenden Überschwemmungen führen könnten. Eine der unmittelbarsten und besorgniserregendsten Auswirkungen wäre ein erheblicher Anstieg des Meeresspiegels von bis zu einem Fuß oder mehr entlang der Ostküste der USA, wenn die AMOC plötzlich zusammenbrechen würde.
Gehen Sie detailliert auf Ihre eigene AMOC-bezogene Forschung und Ihre Entdeckungen ein.
Ich bin seit Beginn im Jahr 2004 am Projekt „Rapid Climate Change-Meridional Overturning Circulation and Heat Flux Array“ (RAPID-MOCHA) beteiligt und seit dessen Beginn im Jahr 2014 auch am OSNAP-Projekt (Overturning in the Subpolar North Atlantic Program). Bei beiden Projekten arbeiten wir mit Forschern aus anderen Nationen zusammen, um eine Reihe von Tiefseeliegeplätzen einzurichten, die es uns ermöglichen, die Stärke des AMOC kontinuierlich zu überwachen.
In RAPID-MOCHA haben wir in den fast 20 Jahren, in denen wir diese Messungen durchgeführt haben, einen allgemeinen Rückgang der AMOC beobachtet, aber wir sind uns noch nicht sicher, wie viel davon mit der globalen Erwärmung im Vergleich zur natürlichen Variabilität auf dekadischen Zeitskalen zusammenhängt.
Diese Beobachtungsprogramme sollen Benchmarks für globale Klimamodelle liefern, ihre Fähigkeit zur Simulation des AMOC und seiner Variabilität testen und zur Validierung ihrer Vorhersagen beitragen. Die Beobachtungen tragen auch dazu bei, die Physik der natürlichen Schwankungen der AMOC zu verstehen, sodass sie von den langfristigen AMOC-Schwankungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel getrennt werden können.
An welchen bevorstehenden AMOC-bezogenen Forschungskreuzfahrten werden Sie teilnehmen?
Wir werden im Sommer 2024 nach Island reisen, um die nächste OSNAP-Kreuzfahrt durchzuführen, und dann werden wir Anfang 2025 für unsere nächste RAPID-MOCHA-Kreuzfahrt in die Gegend östlich der Bahamas zurückkehren. Normalerweise wechseln wir unsere eingesetzte Ausrüstung etwa alle zwei Wochen Zwei Jahre, das ist ungefähr die Zeit, die wir zuverlässig am Laufen halten können, bevor die Instrumente überholt und neu kalibriert werden müssen.
Wie lange dauern Ihre wissenschaftlichen Kreuzfahrten normalerweise und vor welchen Herausforderungen stehen Sie und andere Forscher während Ihrer Forschungskreuzfahrten?
Normalerweise sind wir mehrere Wochen bis zu einem Monat auf Forschungsschiffen unterwegs, die etwa 200 Fuß lang sind, und leben und arbeiten auf relativ kleinem Raum. Daher herrscht zwischen der Schiffsbesatzung und den Wissenschaftlern an Bord eine enge Zusammenarbeit und wir arbeiten rund um die Uhr, 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche. Es gibt ein altes, ironisches Sprichwort: „Aufs Meer zu gehen ist wie ins Gefängnis zu gehen, aber mit der zusätzlichen Gefahr zu ertrinken.“ Eine der größten Herausforderungen besteht darin, eine gute Kameradschaft zwischen allen Parteien aufrechtzuerhalten, damit alle als Team zusammenarbeiten, um die Ziele zu erreichen, auch unter manchmal stressigen Umständen, und die verfügbare Schiffszeit so effizient wie möglich zu nutzen.
Auch das Wetter ist auf manchen Kreuzfahrten eine große Herausforderung, da wir bei starken Stürmen tagelang nicht arbeiten können. Für den Notfall berücksichtigen wir normalerweise ein paar „Wettertage“, aber man weiß nie, was man bekommt, und manchmal sind wir gezwungen, schwierige Entscheidungen darüber zu treffen, welche Wissenschaft wir priorisieren müssen und was wir einfach nicht erreichen.
Welche Arten von Instrumenten setzen Sie ein?
Unsere Liegeplätze reichen in der Regel von der Oberfläche bis zum Grund, einige davon in mehr als 5.000 Metern Wassertiefe. Die Liegeplätze selbst sind bis zu 3,5 Meilen lang und wir befestigen daran verschiedene Instrumente – hauptsächlich Strömungsmesser, Schallgeschwindigkeitsmesser und Temperatur-/Salzgehalt-/Druckrekorder –, die die Meeresbedingungen in einer Reihe vorab festgelegter Tiefen in der Wassersäule messen . Sicherheit ist immer ein großes Anliegen, insbesondere auf unseren Kreuzfahrten, bei denen wir schweres Gerät über Bord einsetzen, wie zum Beispiel riesige Schwimmkörper und 5.000 Pfund schwere Festmacheranker aus Stapeln von Eisenbahnrädern.