Seen mit ihrer reichen Artenvielfalt und wichtigen ökologischen Dienstleistungen sind mit einem besorgniserregenden Trend konfrontiert: schnell steigende Temperaturen. Eine kürzlich in Naturgeowissenschaften von einem internationalen Team aus Limnologen und Klimamodellierern zeigt, dass, falls die gegenwärtige vom Menschen verursachte Erwärmung bis zum Ende dieses Jahrhunderts anhält, die Seen weltweit wahrscheinlich eine tiefgreifende und beispiellose Erwärmung an der Oberfläche und im Untergrund erfahren werden, die weit über das hinausgeht, was sie bisher erlebt haben.
Die Studie verwendet Daten zur Seetemperatur, die mit einem hochmodernen Klimacomputermodell (Community Earth System Model, Version 2) simuliert wurden und den Zeitraum von 1850 bis 2100 n. Chr. abdecken. Es ist das erste Modell seiner Art und erfasst die Dynamik und Thermodynamik von Seesystemen in integrierter Weise mit der Atmosphäre.
Anstatt das Computermodell nur einmal in die Zukunft laufen zu lassen, verwendeten die Wissenschaftler ein Ensemble von 100 Vergangenheit-Zukunft-Simulationen, die auf einem der schnellsten Computer Südkoreas („Aleph“ am Institute for Basic Science) ausgeführt wurden. Jede Simulation erzeugt eine leicht unterschiedliche Darstellung der natürlichen Klimavariabilität und reagiert gleichzeitig auf die menschengemachten Erwärmungseffekte durch steigende Treibhausgaskonzentrationen.
Mit diesem Ensemble-Modellierungsansatz gelang es den Wissenschaftlern, die Bandbreite der natürlich auftretenden Temperaturschwankungen des Sees von denen zu trennen, die durch menschliche Eingriffe verursacht werden. So konnte das Team erstmals abschätzen, wann die Seetemperaturen die natürlichen Grenzen dauerhaft überschreiten werden – eine Situation, die als „No-Analog-Bedingungen“ bezeichnet wird.
Dr. Lei Huang, der Hauptautor der Studie (jetzt an der Capital Normal University in Peking, China) und ehemalige Postdoktorandin am IBS Center for Climate Physics in Busan, Südkorea, betont, dass Seen weltweit bis zum Ende dieses Jahrhunderts im Durchschnitt mit beispiellosen Klimabedingungen konfrontiert sein werden. Der Zeitpunkt dieser Entwicklung variiert jedoch weltweit. Tropische Seen, die eine reiche Artenvielfalt beherbergen, werden als erste beispiellose Bedingungen erleben, wenn die globale Erwärmung etwa 2,4 °C (über vorindustriellen Bedingungen) erreicht.
Während die Erwärmung der Oberfläche Arten in flachen Seeschichten beeinflusst, können einige Organismen vertikal wandern, um geeignetere thermische Lebensräume zu finden. Daher ist es wichtig, auch zu berücksichtigen, wie die Erwärmung in die unterirdischen Schichten eindringt.
„Unsere Studie zeigt, dass in den unterirdischen Schichten tropischer Seen zeitgleich analoge Bedingungen entstehen, die durch die schnelle Abwärtsübertragung von Erwärmungssignalen während häufiger Seedurchmischungsereignisse verursacht werden. Im Gegensatz dazu schirmen Seen in hohen Breiten die unterirdischen Schichten durch Schichtung teilweise vor der Erwärmung an der Oberfläche ab, wodurch analoge Klimata in der Tiefe verzögert oder manchmal sogar verhindert werden“, sagt Dr. Iestyn Woolway, unabhängige NERC-Forschungsstipendiatin an der Bangor University in Großbritannien und korrespondierende Autorin der Studie.
Die Folgen eines Seeklimas ohne Analogie sind tiefgreifend. „Sie können in Zukunft zu schweren Störungen der Ökosysteme führen“, kommentiert Prof. Axel Timmermann, Koautor der Studie und Direktor des IBS-Zentrums für Klimaphysik.
Im Vergleich zu terrestrischen und marinen Biota sind Seeorganismen oft in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, in klimatisch optimalere Lebensräume zu migrieren. Das Verständnis des Zeitpunkts der Entstehung von No-Analog-Arten ist daher für die Anpassung, Planung und Abschwächung des Klimawandels in Seeökosystemen von entscheidender Bedeutung.
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Entstehung von Seezuständen, die die natürliche Temperaturvariabilität überschreiten, Naturgeowissenschaften (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01491-5