Meereswirbelströme transportieren extreme Hitze und Kälte in die lebensreichen Tiefen

An Land kennen wir Hitzewellen und Kälteeinbrüche. Aber auch in der Tiefsee gibt es längere Hitze- und Kälteperioden.

Hitzewellen und Kälteperioden im Meer können Meeresökosysteme und Lebensräume wie Korallenriffe schwer schädigen. Diese Extreme können auch dazu führen, dass Arten umsiedeln oder sterben, und zu plötzlichen Verlusten in der Fischerei führen.

In der Forschung heute veröffentlicht In NaturWir zeigen, dass fast die Hälfte der Hitzewellen und Kälteeinbrüche, die die Dämmerungszone des Ozeans erreichen – zwischen 200 und 1.000 Metern – von großen Wirbelströmen angetrieben werden, wirbelnden Strömungen, die warmes oder kaltes Wasser transportieren.

Wenn sich die Ozeane erwärmen, werden die durch Wirbelströme verursachten Hitzewellen immer intensiver – und damit auch die Kälteeinbrüche. Diese stellen eine potenzielle Bedrohung für die große Menge an Leben in der Region dar DämmerungszoneHeimat des weltweit am häufigsten vorkommenden Wirbeltiers und der größten Migration auf dem Planeten.

Die Überwachung der Tiefsee ist schwierig

Ungefähr 90 % der durch Treibhausgase gebundenen Wärme ist in die Ozeane gelangt. Infolgedessen treten Meereshitzewellen häufiger auf – insbesondere vor der Ostküste Australiens, Tasmaniens, der nordöstlichen Pazifikküste der Vereinigten Staaten und im Nordatlantik.

Um diese extremen Meerestemperaturereignisse zu erkennen, verlassen sich Forscher seit langem auf Satellitenmessungen der Temperaturen an der Meeresoberfläche. Die Oberflächentemperaturen werden direkt von der Atmosphäre beeinflusst. Aber in der Tiefe ist es anders.

Satelliten können die Temperaturen unter der Oberfläche nicht messen, was die Überwachung der Tiefsee erheblich erschwert.

Stattdessen verfügen wir über eine Handvoll Langzeitverankerungen – in der Tiefe schwebende Messbojen – auf den Weltmeeren. Diese sind von großem Wert, da sie kontinuierlich Temperaturen aufzeichnen und es ermöglichen, extreme Temperaturschwankungen zu erkennen.

In den letzten Jahrzehnten gab es willkommene Fortschritte in Form von Argo-Schwimmern – Robotertauchern, die 2.000 Meter tief tauchen und wieder auftauchen und dabei Temperatur und Salzgehalt messen.

Daten aus diesen beiden Quellen gepaart mit traditionellen Messungen von Schiffen ermöglichten unsere Forschung.

Hitzewellen in Wirbelströmen

Die Daten lieferten uns zwei Millionen hochwertige Temperaturmesswerte oder „Profile“ über die Weltmeere über einen Zeitraum von drei Jahrzehnten. Wir haben diese umfangreichen Daten genutzt, um die Rolle von Wirbelströmen aufzudecken.

Meereswirbel sind riesige Wirbelwirbel, die manchmal Hunderte von Kilometern breit sind und über 1.000 Meter tief sind. Sie sind so groß, dass man sie auf Satellitenbildern sehen kann.

Diese starken Strömungen können warmes Oberflächenwasser tiefer drücken oder tiefes, kaltes Wasser nach oben heben, was zu schnellen Temperaturänderungen führt. Wirbel können eine weite Strecke zurücklegen, bevor sie sich auflösen, und dabei kältere oder wärmere Wassermassen mit sich führen.

Wir haben ihre Rolle bei der Auslösung tiefer Hitzewellen und Kälteeinbrüche entdeckt, indem wir jedes Temperaturprofil untersucht und es mit Wirbeln abgeglichen haben, die zur gleichen Zeit und am gleichen Ort vorhanden sind.

Dies zeigte, dass Wirbel eine wichtige Rolle bei der Auslösung mariner Hitzewellen und Kälteperioden in Gewässern mit einer Tiefe von mehr als 100 Metern spielten – insbesondere in den Ozeanen mittlerer Breite nördlich und südlich der Tropen.

Der Ostaustralische Strom transportiert warmes Wasser entlang der Ostküste nach Süden und löst dabei viele Wirbel aus. Mehr als 70 % der tieferen Meereshitzewellen in diesem Gebiet ereigneten sich tatsächlich innerhalb von Meereswirbeln.

Wenn sich Wirbel in dieser Strömung gegen den Uhrzeigersinn drehen, neigen sie dazu, Meereshitzewellen auszulösen, die warmes Wasser in die Tiefe befördern. Aber wenn sie sich im Uhrzeigersinn drehen, bringen sie kaltes Tiefenwasser höher und verursachen Kälteeinbrüche.

Wir haben festgestellt, dass tiefe, mit Wirbeln verbundene extreme Temperaturereignisse in großen Ozeanen häufiger auftreten Grenzströmewie die ostaustralische und die Kuroshio-Strömung im Pazifik und der Golfstrom im Atlantik. Tiefe Meereshitzewellen treten auch im Leeuwinstrom vor Westaustralien auf. Je stärker die Wirbelströme sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie in tieferen Schichten extreme Temperaturen auslösen.

Wirbelströme sind die Hauptursache für fast die Hälfte aller Hitzewellen und Kälteperioden in der Tiefsee. Weitere Treiber sind Meerestemperaturfronten durch starke Meeresströmungen und großflächige Meereswellen.

Was bedeutet das für das Leben im Meer?

Tag für Tag gelangt die von Treibhausgasen eingeschlossene Wärme in die Ozeane.

Man würde erwarten, dass die Hitzewellen im Meer zunehmen, was auch der Fall ist. Aber die Kälteeinbrüche sind nicht verschwunden. Tatsächlich werden extreme Hitze- und Kälteextreme im tieferen Ozean mit dem Klimawandel immer intensiver.

Unsere Forschung legt nahe, dass Wirbelströme die Erwärmungsrate mariner Hitzewellen und die Abkühlungsrate von Kälteperioden verstärken. Insgesamt führen wärmere Ozeane zu stärkeren Wirbelströmen, die wiederum große Temperaturänderungen über eine größere vertikale Distanz auslösen können.

Da wir Meereswirbel mit Satelliten erkennen können, können wir diese Forschung nutzen, um vorherzusagen, wann tiefere Meereshitzewellen und Kälteperioden wahrscheinlich sind. Dies wird dazu beitragen, herauszufinden, welche Ökosysteme wahrscheinlich von extremer Hitze oder Kälte betroffen sind, und zu beurteilen, welchen Schaden sie anrichten.

Die von diesen Extremen betroffene Meeresschicht wird Dämmerungszone genannt und liegt zwischen 200 und 1.000 Metern Tiefe. In diesen Tiefen leben viele wichtige Fischarten und Plankton. Tatsächlich verfügt diese Zone über mehr Fischbiomasse als der Rest des Ozeans zusammen. Ein kleiner Fisch, der Borstenmaulfisch, ist wahrscheinlich das am häufigsten vorkommende Wirbeltier auf der Erde, möglicherweise sogar zahlreich in Billiarden– Tausende Billionen.

Wenn die Nacht hereinbricht, wandern zahlreiche Fische, Krebstiere und andere Lebewesen an die Oberfläche, um sich dort zu ernähren größte Tierwanderung auf der Erde. Tagsüber begeben sich viele Hochseefische in die Dämmerung, um Haien, Walen und anderen Raubtieren an der Oberfläche auszuweichen.

Durch Wirbel verursachte Hitze und Kälte sind nicht die einzige Bedrohung für die Dämmerungszone. Hitzewellen im Meer können zu einem niedrigen Sauerstoffgehalt im Wasser und einer Verringerung der Nährstoffe führen. Wir müssen herausfinden, welche Bedrohung diese kombinierten Veränderungen für das Leben im Zwielicht darstellen.

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