Die klimabedingte Erwärmung des Meerwassers führt laut Erdsystemwissenschaftlern der University of California, Irvine, zu einer Verlangsamung der tiefen Zirkulationsmuster im Atlantischen und Südlichen Ozean, und wenn dieser Prozess anhält, die Fähigkeit des Ozeans, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen wird stark eingeschränkt, was die globale Erwärmung weiter verschärft.
In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Natur Klimawandelanalysierten diese Forscher Projektionen aus drei Dutzend Klimamodellen und fanden heraus, dass sich die atlantische meridionale Umwälzzirkulation und die südliche meridionale Umwälzzirkulation bis 2100 um bis zu 42 Prozent verlangsamen werden. Die Simulationen deuten darauf hin, dass der SMOC im schlimmsten Fall bei einer Erwärmung vollständig aufhören könnte um 2300.
„Die Analyse der Projektionen von 36 Erdsystemmodellen über eine Reihe von Klimaszenarien hinweg zeigt, dass eine ungebremste globale Erwärmung zu einem Stillstand der tiefen Zirkulation der Ozeane führen könnte“, sagte Co-Autor J. Keith Moore, UCI-Professor für Erdsystemwissenschaften. „Das wäre eine Klimakatastrophe von ähnlichem Ausmaß wie das vollständige Abschmelzen der Eisschilde an Land.“
Die Bedeutung des Umkippens der Zirkulation
Wenn im Atlantik warmes Wasser an der Oberfläche nach Norden fließt, kühlt es ab und verdunstet, wodurch es salziger und dichter wird. Dieses schwerere Wasser sinkt in die Tiefsee und fließt weiter nach Süden, wo es schließlich wieder aufsteigt und aus der Tiefe die Nährstoffe trägt, die die Nahrungsgrundlage der Meeresökosysteme bilden.
Darüber hinaus schafft die weltumspannende Ozeanzirkulation eine leistungsstarke Fabrik für die Verarbeitung von atmosphärischem Kohlendioxid. Die grundlegende physikalische und chemische Wechselwirkung von Meerwasser und Luft – was Moore und seine Kollegen eine „Löslichkeitspumpe“ nennen – zieht CO2 in den Ozean. Während die Ozeanzirkulation einen Teil des Kohlenstoffs zurück in den Himmel schickt, wird der Nettobetrag in den Tiefen des Ozeans gebunden.
Zusätzlich tritt eine „biologische Pumpe“ auf, da Phytoplankton CO2 während der Photosynthese und bei der Bildung von Karbonatschalen verbraucht. Wenn das Plankton und größere Tiere sterben, sinken sie ab, zersetzen sich langsam und geben den Kohlenstoff und die Nährstoffe in der Tiefe ab. Einige kommen mit Zirkulation und Auftrieb wieder hoch, aber ein Teil bleibt unter den Wellen eingedämmt.
„Eine Unterbrechung der Zirkulation würde die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre durch die Ozeane verringern und die heißen Klimabedingungen intensivieren und verlängern“, sagte Moore. „Im Laufe der Zeit würden die Nährstoffe, die die Meeresökosysteme unterstützen, zunehmend in der Tiefsee eingeschlossen, was zu einer abnehmenden biologischen Produktivität der globalen Ozeane führen würde.“
Laut Moore sind Menschen auf die Löslichkeitspumpe und die biologische Pumpe angewiesen, um einen Teil des CO2 zu entfernen, das durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, Landnutzungspraktiken und andere Aktivitäten in die Luft emittiert wird.
„Unsere Analyse zeigt auch, dass die Verringerung der Treibhausgasemissionen jetzt diese vollständige Abschaltung der Tiefenzirkulation in Zukunft verhindern kann“, sagte er.
Neben Moore bei diesem Projekt waren der Hauptautor Yi Liu, UCI Ph.D., ein Student der Erdsystemwissenschaften; Francois Primeau, Professor und Vorsitzender des Department of Earth System Science der UCI; und Wei-Lei Wang, Professor für Ozean- und Geowissenschaften an der Xiamen University in China. Die Studie stützte sich im Wesentlichen auf Simulationen, die im Rahmen des Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6)-Projekts entwickelt wurden, das zur Information der IPCC-Klimabewertungen verwendet wurde.
Mehr Informationen:
Y. Liu et al, Reduzierte CO2-Aufnahme und wachsende Nährstoffbindung durch Verlangsamung der Umwälzzirkulation, Natur Klimawandel (2022). DOI: 10.1038/s41558-022-01555-7