Wissenschaftler erforschen komplexe Muster von Kipppunkten im aktuellen System des Atlantiks

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat davor gewarnt, sich darauf zu verlassen, dass die Natur einfache „Frühwarnindikatoren“ für eine Klimakatastrophe liefert, da neue mathematische Modelle neue faszinierende Aspekte der Komplexität der Klimadynamik aufzeigen.

Dies deutet darauf hin, dass das Klimasystem unberechenbarer sein könnte als bisher angenommen.

Durch die Modellierung der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation, eines der wichtigsten Meeresströmungssysteme, hat das Team, zu dem auch Mathematiker der Universität Leicester gehörten, herausgefunden, dass die Stabilität des Systems viel komplexer ist als einfache „An-Aus“-Zustände, wie bisher angenommen. Wechsel zwischen diesen Staaten könnten zu erheblichen Veränderungen im regionalen Klima der Nordatlantikregion führen, die jedoch weit von den massiven Auswirkungen eines Übergangs zwischen den qualitativ unterschiedlichen Staaten entfernt sind.

Einige dieser geringfügigen Übergänge könnten jedoch letztendlich zu einem großen Wandel zwischen den qualitativ unterschiedlichen Staaten führen, mit massiven globalen klimatischen Auswirkungen. Frühwarnsignale sind möglicherweise nicht in der Lage, den Schweregrad der daraus resultierenden Wendepunkte zu erkennen. Wie bei einem Turm aus Jenga-Blöcken kann das Entfernen einiger Blöcke die Stabilität des Systems beeinträchtigen, wir können jedoch nicht sicher sein, welcher Block das gesamte System zum Einsturz bringen wird.

Ihre Erkenntnisse sind veröffentlicht In Wissenschaftliche Fortschritte in einem Artikel des Niels-Bohr-Instituts an der Universität Kopenhagen.

Die atlantische meridionale Umwälzzirkulation ist eines der wichtigsten Grundmerkmale des Klimasystems. Es transportiert Wärme von niedrigen in hohe Breiten im Nordatlantik und trägt so zur Entstehung positiver thermischer Anomalien in Nord- und Westeuropa sowie in der Nordatlantikregion in Windrichtung bei. Eine Verlangsamung der Zirkulation würde zu einer relativen Abkühlung in diesem Bereich führen.

Die Vorhersage des Verhaltens unseres Klimas, wie etwa der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation, ist aufgrund seiner unglaublichen Komplexität eine Herausforderung. Wissenschaftler benötigen entweder ein Modell mit der höchstmöglichen Auflösung oder versuchen, sein Verhalten mithilfe eines weniger ressourcenintensiven Modells zu verstehen, das eine strenge statistische Analyse ermöglicht.

Professor Valerio Lucarini von der School of Mathematical and Computer Science der University of Leicester sagte: „In jedem Staat gibt es eine Vielzahl benachbarter Staaten. Je nachdem, wo oder was Sie beobachten, finden Sie möglicherweise einige Anzeichen für einen bevorstehenden Zusammenbruch. Aber das ist der Fall.“ Es ist nicht klar, ob sich dieser Zusammenbruch auf benachbarte Staaten beschränken wird oder zu größeren Umwälzungen führen wird, da die Indikatoren nur die lokalen Eigenschaften des Systems widerspiegeln.

„Diese Zustände sind die unterschiedlichen Arten, wie sich die atlantische meridionale Umwälzzirkulation in großen Maßstäben organisiert, mit entscheidenden Auswirkungen auf das globale Klima und insbesondere regional im Nordatlantik. In einigen Szenarien könnte die Zirkulation einen „Kipppunkt“ erreichen, an dem das System ist nicht mehr stabil und wird zusammenbrechen. Frühwarnindikatoren sagen uns, dass das System möglicherweise in einen anderen Zustand übergeht, aber wir wissen nicht, wie anders es sein wird.

„In einer separaten Untersuchung haben wir etwas Ähnliches in paläoklimatischen Aufzeichnungen gesehen: Wenn man die Zeitskala von Interesse ändert – genau wie eine Vergrößerungslinse – kann man immer kleinere, unterschiedliche Merkmale entdecken, die auf konkurrierende Funktionsweisen des globalen Klimas hinweisen .

„Paläoklimatische Aufzeichnungen der letzten 65 Millionen Jahre ermöglichten es uns, die Klimaentwicklung in diesem Zeitraum neu zu interpretieren und diese vielfältigen konkurrierenden Zustände aufzudecken.“

„Diese Studie ebnet den Weg für die Betrachtung des Klimas durch die Linse der statistischen Mechanik und der Komplexitätstheorie. Sie regt wirklich eine neue Sichtweise des Klimas an, bei der man komplexe numerische Simulationen, Beobachtungsbeweise und Theorie in einer unvermeidlichen Mischung zusammenbringen muss.“ Man muss diese Komplexität anerkennen und befürworten. Es gibt keine Abkürzung, kein kostenloses Mittagessen in unserem Verständnis des Klimas, aber wir lernen viel daraus.“