Die Salzverteilung durch Meeresströmungen spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des globalen Klimas. Das haben Forscher der Dalhousie University in Kanada, des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, des Alfred-Wegener-Instituts, des Helmholtz-Zentrums für Polar- und Meeresforschung (AWI) und des MARUM – Zentrums für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen in a herausgefunden neue Studie veröffentlicht In Wissenschaftliche Fortschritte.
Sie untersuchten natürliche Klimaanomalien, darunter die sogenannte Kleine Eiszeit. Diese Kälteperiode vom 15. bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts führte in Europa zu Missernten, Hungersnöten und Krankheiten. Obwohl die Kleine Eiszeit eine der am besten untersuchten Perioden der jüngeren Geschichte ist, bleiben die zugrunde liegenden Klimamechanismen umstritten.
„Der Blick auf aktuelle, natürliche Klimaanomalien hilft, die Prozesse und Mechanismen zu verstehen, die die vom Menschen verursachte globale Erwärmung auslösen kann“, sagt Dr. Anastasia Zhuravleva, Hauptautorin der Studie. Sie war Ph.D. Studentin am GEOMAR und erhielt 2019 den Annette-Barthelt-Preis für ihre Dissertation. Anschließend arbeitete sie als Postdoktorandin am GEOMAR und an der Dalhousie University, wo die Studie abgeschlossen wurde.
„Forscher betrachten oft eine Zunahme der Meereisausdehnung und die Entsalzung im subpolaren Nordatlantik als mögliche Auslöser für vergangene Kälteperioden, aber Prozesse im tropischen Atlantik scheinen ebenso wichtig zu sein“, sagt Dr. Zhuravleva.
„Tatsächlich gibt es im Gegensatz zu den nördlichen und mittleren Breiten nur wenige Informationen zu diesen jüngsten Klimaereignissen aus dem subtropisch-tropischen Atlantik und ihren Auswirkungen auf Regionen in der nördlichen Hemisphäre“, ergänzt Dr. Henning Bauch, Paläoklimatologe am AWI GEOMAR, Mitinitiator und Mitautor der Studie. „Hier kommt unsere Forschung ins Spiel.“
Was geschah also im tropischen Atlantik während historischer Klimaanomalien und wie könnten sich mögliche Veränderungen dort auf die Ozeanzirkulation und das Klima viel weiter nördlich ausgewirkt haben? Um diese Fragen zu beantworten, arbeitete das Team an einem Sedimentprofil aus der südlichen Karibik und rekonstruierte den Salzgehalt und die Temperatur des Oberflächenwassers über die letzten 1700 Jahre. Die Forscher bestimmten unter anderem die Isotopen- und Elementzusammensetzung der Kalkschalen des Planktons.
Die Ergebnisse zeigen eine Abkühlung von etwa 1°C während der Kleinen Eiszeit. „Es ist eine erhebliche Temperaturänderung für diese Region“, sagt Dr. Mahyar Mohtadi, Co-Autor der Studie und Leiter der Gruppe „Klimavariabilität niedriger Breitengrade“ am MARUM. „Besonders bemerkenswert ist das Auftreten einer weiteren ausgeprägten Abkühlung im 8.-9. Jahrhundert. Kältere Temperaturen im ansonsten warmen tropischen Ozean führten zu geringeren regionalen Niederschlägen, was mit schweren Dürren auf der Halbinsel Yucatan und dem Niedergang der klassischen Maya-Kultur zusammenfiel.“
Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass die kalten Klimaanomalien im subpolaren Nordatlantik und in Europa mit einer schwächeren Ozeanzirkulation und einem erhöhten Salzgehalt in der Karibik einhergingen. „Advektion oder die Bewegung von tropischem Salz in hohe nördliche Breiten ist für die Aufrechterhaltung hoher Oberflächendichten im subpolaren Nordatlantik von entscheidender Bedeutung. Dies ist eine Voraussetzung für die Gesamtstabilität der großräumigen Ozeanzirkulation, einschließlich der Übertragung des warmen Golfstroms.“ Wasser, das für unsere milden Temperaturen in Europa verantwortlich ist“, sagt Dr. Bauch.
Die Daten zur historischen Vergangenheit ermöglichen somit eine Rekonstruktion der Verbindung über den Nordatlantik. Eine anfängliche Abkühlung kann durch Vulkanausbrüche, geringe Sonnenaktivität und Rückkopplungen zwischen Meereis und Ozean im Norden verursacht werden. Die neue Studie liefert Hinweise darauf, dass eine Verringerung der Salzbewegung in hohe nördliche Breiten diese Klimaereignisse verstärken und verlängern wird. Umgekehrt wird die langsame Bewegung positiver Salzgehaltsanomalien aus den Tropen letztendlich die Dichte an der Oberfläche des subpolaren Nordatlantiks erhöhen.
Dies könnte den Wärmetransport nach Norden durch Meeresströmungen begünstigen, was zu milderen Temperaturen über Europa und Nordamerika führen würde.
„Eine solche Rückkopplung des Salzgehalts ist aus Modellen bekannt und wurde für die Kleine Eiszeit angenommen. Da jedoch keine Daten über tropische Ozeane vorliegen, basierten diese Annahmen auf weniger direkten Niederschlagsaufzeichnungen“, sagt Dr. Zhuravleva.
Es gibt Hinweise darauf, dass der Golfstrom schwächer wird und dass die vom Menschen verursachte Erwärmung eine wahrscheinliche Ursache ist. Sicher ist, dass die Folgen dieser Veränderung global sein werden. Das Ausmaß, in dem die verschiedenen Klimamechanismen interagieren, ist eine offene Frage. Diese Studie bestätigt nun, dass der Süd-Nord-Transport von Salz ein Schlüsselfaktor für die beteiligten Prozesse ist.
Mehr Informationen:
Anastasia Zhuravleva et al., Anomalien des karibischen Salzgehalts trugen zur variablen Nordatlantikzirkulation und zum Klima während der Erdzeit bei. Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg2639. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg2639