Die antarktischen Strömungen, die 40% der Tiefseemeere der Welt mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgen, verlangsamen sich stark. Andere Modelle zeigen, dass der Golfstrom schwächer wird und die AMOC kurz vor dem Zusammenbruch stehen könnte, was schwerwiegende Folgen für das Klima hätte. Ergebnisse italienischer Forschung legen nahe, dass die aktuelle Modellierung, die zur Verfolgung des Sediment- und Schadstoffflusses in der Tiefsee und zur Rekonstruktion früherer Meeresbedingungen verwendet wird, aktualisiert werden muss.
Die antarktischen Strömungen, die 40% der Tiefseemeere der Welt mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgen, verlangsamen sich stark. Diese Tiefseegezeiten versorgen fast die Hälfte der Weltmeere mit lebenswichtigen Nährstoffen und Sauerstoff, doch schmelzende Schelfeise verlangsamen sie.
Laut einer neuen Studie haben sich die Tiefseeströmungen rund um die Antarktis, die für das Meeresleben lebenswichtig sind, seit den 1990er Jahren um 30 % verlangsamt und könnten bald ganz zum Erliegen kommen.
Diese Strömungen, die als antarktisches Grundwasser bekannt sind, werden von dichtem, kaltem Wasser aus dem Festlandsockel der Antarktis gespeist, das bis in Tiefen unter 10.000 Fuß (3.000 Meter) absinkt. Das Wasser breitet sich dann nach Norden in den Pazifik und den östlichen Indischen Ozean aus, speist ein Strömungsnetzwerk, das als globale meridionale Umwälzzirkulation bezeichnet wird, und versorgt 40 % der Tiefsee der Welt mit frischen Nährstoffen und Sauerstoff.
Durch die globale Erwärmung werden jedoch große Mengen an weniger dichtem Süßwasser aus den Eisschelfs der Antarktis freigesetzt, was diese Zirkulation verlangsamt.
„Wenn die Ozeane Lungen hätten, wäre dies eine davon“, sagte Matthew England, Professor für Ozeandynamik und Klima an der University of New South Wales in Sydney, Australien, der an der Studie beteiligt war, in einer Erklärung. Wissenschaftler aus Großbritannien und Australien arbeiteten an einer im März in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studie zusammen, die einen Rückgang der Stärke des antarktischen Grundwassers um 40 % bis 2050 vorhersagte.
Er warnte auch davor, dass die Strömungen irgendwann ganz zum Erliegen kommen könnten. „Wir sprechen über das mögliche langfristige Verschwinden eines ikonischen Gewässers“, sagte England.
In einer neuen Studie, die am 25. Mai 2024 in der Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlicht wurde, sagen England und seine Kollegen, dass sie diese Vorhersagen durch tatsächliche Beobachtungen im australischen Antarktisbecken bestätigt haben, das die Polargewässer zwischen Australien und der Antarktis umfasst.
Steigende Temperaturen erhöhen den Fluss von weniger dichtem Schmelzwasser und verlangsamen die Tiefseeströmungen in der Antarktis. UniversalImagesGroup
Die Forscher untersuchten Veränderungen in der Menge des Grundwassers, das zwischen 1994 und 2017 in das Becken gelangte, und stellten einen Rückgang der Geschwindigkeit um 30% fest, was darauf hindeutet, dass diese Tiefsee- oder Abgrundströmungen zu stagnieren beginnen.
Eine schwächere Zirkulation rund um die Antarktis könnte das globale Netzwerk tiefer Strömungen verlangsamen und zu einer Ansammlung von Nährstoffen und Sauerstoff in der Tiefsee führen, was sich negativ auf das Leben im Meer auswirkt.
„Tatsache ist, dass alle Meereslebewesen, die wir an der Oberfläche haben, wenn sie sterben, auf den Meeresboden sinken, sodass es in der Tiefsee viel nährstoffreiches Wasser gibt“, sagte England in einem produzierten Video von der Australian Academy of Science. „Wenn wir die umwälzende Zirkulation verlangsamen, die dieses Grundwasser zurück an die Oberfläche bringt, unterbrechen wir den Weg für die Rückkehr von Nährstoffen an die Oberfläche, damit sich das Meeresleben erholen kann.“
Laut einer neuen Studie versinken jedes Jahr etwa 276 Billionen Tonnen (250 Billionen Tonnen) kaltes, salziges und sauerstoffreiches Wasser rund um die Antarktis. In einem sich erwärmenden Klima verringert frisches Schmelzwasser die Dichte dieser sinkenden Masse, was bedeutet, dass mehr davon im oberen Ozean verbleibt. „Diese Regionen liefern tiefes Wasser im gesamten pazifischen und ostindischen Becken, daher dürften sich die hier quantifizierten Veränderungen auf einen Großteil des globalen Tiefseeozeans auswirken“, schrieben die Forscher.
Wissenschaftler haben gewarnt, dass der Süßwasserfluss in die antarktischen Gewässer in den kommenden Jahrzehnten wahrscheinlich anhalten und sich beschleunigen wird, was bedeutet, dass diese lebenswichtigen Strömungen bald zusammenbrechen könnten. „Solche tiefgreifenden Veränderungen in der Ozeanzirkulation von Wärme, Süßwasser, Sauerstoff, Kohlenstoff und Nährstoffen werden jahrhundertelang erhebliche Auswirkungen auf die Ozeane haben“, sagte England.
Während der jüngeren Dryas verlangsamten sich die Atlantikströmungen stark. Durch die Rekonstruktion dieser alten Meeresbedingungen glauben Wissenschaftler, dass sie Veränderungen im Laufe des nächsten Jahrhunderts vorhersagen können. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass sich der Golfstrom am Ende der letzten Eiszeit stark verlangsamte, was schädliche Folgen für die Organismen im Atlantik hatte. Die Entdeckung könnte Forschern dabei helfen, vorherzusagen, wie sich die Strömungen im Atlantik heute als Reaktion auf den Klimawandel verändern werden.
Der Golfstrom ist eine warme Meeresströmung, die in der Straße von Florida zwischen Florida und Kuba entsteht, sich dann um die Ostküste der Vereinigten Staaten und Kanadas windet und den Nordatlantik nach Europa überquert. Die damit verbundene Wärme sorgt für milde Bedingungen in Europa und teilweise auch in Nordamerika. Die Strömung ist Teil des Atlantic Meridional Overturning Cycle (AMOC), der in einer riesigen Schleife warmes Wasser von der Südhalbkugel nach Norden und dann zurück in die Antarktis transportiert.
Frühere Modelle haben gezeigt, dass der Golfstrom schwächer wird und die AMOC kurz vor dem Zusammenbruch stehen könnte, was schwerwiegende Folgen für das Klima hätte. Nun kommt eine neue Studie, die am 9. Mai 2024 in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, zu dem Schluss, dass der Rückgang des Golfstroms potenzielle Probleme für Meereslebewesen mit sich bringt, die auf Nährstoffe angewiesen sind, die der Golfstrom von den Tropen in den Nordatlantik transportiert.
NASA-Visualisierung, die den Golfstrom zeigt, der sich von der Straße von Florida über den Nordatlantik ausbreitet. Die Strömung ist abhängig von der Meeresoberflächentemperatur gefärbt. Rot entspricht etwa 90 Grad Fahrenheit (32 Grad Celsius) und Grün entspricht etwa 55 Grad Fahrenheit (13 Grad Celsius). Wissenschaftliches Visualisierungsstudio der NASA/Goddard Space Flight Center
Die Autoren stützten ihre Schlussfolgerungen auf Fossilien- und Sedimentaufzeichnungen eines kurzen Abkühlungsereignisses vor 12.900 bis 11.700 Jahren, das als Jüngere Dryas bekannt ist. Der Kälteeinbruch kehrte die Periode der globalen Erwärmung während des Übergangs vom Pleistozän zum modernen Holozän vorübergehend um.
„Es gibt zahlreiche Hinweise darauf, dass die AMOC während der Kälteperiode der jüngeren Dryas, die den Übergang von der letzten Eiszeit markierte, schwächer wurde“, schreiben die Forscher in der Studie. „Obwohl sich die Details des Hintergrundklimas und der Zeitpunkt der Veränderungen von modernen unterscheiden, bietet dieses vergangene Klimaereignis eine Gelegenheit, die Mechanismen zu testen, die in Klimamodellen identifiziert wurden.“
Um die Bedingungen zu rekonstruieren, die im Golfstrom während der jüngeren Dryas herrschten, untersuchten die Forscher den Nährstoffgehalt mikroskopisch kleiner Fossilien und Sedimentkerne aus der Straße von Florida. Das Team stellte fest, dass der Nährstoffgehalt während der jüngeren Dryaszeit im Vergleich zu den Jahrtausenden unmittelbar davor und danach zurückging. Dies führte dazu, dass die photosynthetischen Organismen im Nordatlantik, die diese Nährstoffe und das Sonnenlicht in organisches Material umwandeln, ausgehungert wurden. Ihr Rückgang löste wahrscheinlich Auswirkungen auf die gesamte Nahrungskette aus und beeinträchtigte die Populationen von Fischen und anderen Meeresbewohnern.
„In dieser Simulation nehmen die Nährstoffbelastung im oberen Nordatlantik und die Primärproduktivität ab, wenn AMOC und Nährstofffluss schwächer werden“, schreiben die Forscher in der Studie. Der Rückgang der Nährstoffe an der Basis des Golfstroms wird mit der Stagnation der Strömungen auf der Südhalbkugel in Verbindung gebracht, wo die AMOC typischerweise nährstoffreiches Wasser aufnimmt und nach Norden drückt.
„In dieser Simulation nehmen die Nährstoffbelastung im oberen Nordatlantik und die Primärproduktivität ab, wenn AMOC und Nährstofffluss schwächer werden“, schreiben die Forscher in der Studie. Der Rückgang der Nährstoffe an der Basis des Golfstroms wird mit der Stagnation der Strömungen auf der Südhalbkugel in Verbindung gebracht, wo die AMOC typischerweise nährstoffreiches Wasser aufnimmt und nach Norden drückt. Diese Momentaufnahme der jüngeren Dryas bestätigt aktuelle Klimamodelle, die vorhersagen, dass der Nährstofftransport zum Nordatlantik stark zurückgehen wird, wenn sich AMOC und Golfstrom weiter verlangsamen, heißt es in der Studie. Der daraus resultierende Rückgang der Primärproduktivität wird sich auf die kritische Fischerei im Nordatlantik auswirken und könnte auch die Menge an CO2 begrenzen, die die Ozeane aufnehmen können, schreiben die Forscher.
Geschwindigkeit und Richtung der Tiefenströmungen vor der Küste Mosambiks unterliegen stärkeren Veränderungen als von Wissenschaftlern erwartet. Bisher ging man davon aus, dass die Strömungen auf dem Meeresboden konstant seien und in der von den Autoren untersuchten Region vor der Küste Mosambiks von Süden nach Norden gerichtet seien. Die Ergebnisse der Studie zeigten jedoch, dass Tiefseeströmungen viel dynamischer sind als bisher angenommen. Die Ergebnisse zeigen, dass die aktuelle Modellierung, die zur Verfolgung des Sediment- und Schadstoffflusses in der Tiefsee und zur Rekonstruktion früherer Meeresbedingungen verwendet wird, aktualisiert werden muss.
Großräumige Strömungen sind die Förderbänder des Ozeans, die Wasser und Nährstoffe transportieren und das Klima der Erde steuern. Oberflächenströme sind relativ einfach zu messen und zu verfolgen. Aber tiefe Meeresströmungen bleiben weitgehend ein Rätsel. Eine neue, in Nature Geoscience veröffentlichte Studie liefert den bisher umfangreichsten Datensatz über die Geschwindigkeit und Richtung von Strömungen in der Nähe des Meeresbodens, und er entspricht überhaupt nicht den Erwartungen der Wissenschaftler.
Wissenschaftler können Tiefseeströmungen mithilfe von Sensoren messen, die als akustische Doppler-Stromprofiler (ADCPs) bezeichnet werden und am Meeresboden angebracht sind. Da der Einsatz und die Verwaltung dieser Liegeplätze jedoch komplex und teuer ist, wurden sie in vielen Studien für kurze Zeiträume sparsam genutzt.
Durch einen glücklichen Zufall hat das italienische Öl- und Gasunternehmen Eni eine beispiellose Anordnung von 34 ADCPs für industrielle Zwecke auf einer Fläche von etwa 2.500 Quadratkilometern (965 Quadratmeilen) im Kanal von Mosambik direkt vor der Küste eingesetzt. Das Unternehmen teilte die Daten und ermöglichte den Wissenschaftlern so einen einzigartigen und detaillierten Blick auf den Meeresboden. Die Instrumente maßen 4 Jahre lang alle 10 Minuten die Geschwindigkeit und Richtung der Strömungen.
Die Forscher verwendeten 34 akustische Doppler-Strömungsprofiler wie das hier abgebildete, um Tiefseeströmungen in der Nähe von Mosambik zu messen. Mike Clare
Als Lewis Bailey, heute Geologe an der Universität von Calgary, begann, Berge von ADCP-Daten zu analysieren, sahen die Ergebnisse so anders aus als der erwartete Trend konstanter Nordströmungen, dass er sich fragte, ob er einen Fehler gemacht hatte. „Das erste, was ich dachte, war: ‚Das kann nicht wahr sein‘“, sagte er.
Doch nachdem sie die Zahlen ausgewertet hatten, stellten die Forscher fest, dass die Strömungen am Meeresboden oft schneller, langsamer und sogar ihre Richtung änderten. „Wir waren sehr überrascht zu sehen, wie unterschiedlich die Strömungen waren, selbst zwischen Liegeplätzen, die ziemlich nahe beieinander lagen“, sagte Bailey.
Forscher untersuchten, was die Veränderungen verursacht haben könnte. „Es war fast wie Detektivarbeit“, sagte Bailey. Die Strömungen variierten je nach Jahreszeit und Gezeitenzyklus. ADCP und Muster im erodierten Meeresboden zeigten, dass Strömungen an exponierten Meeresbodenhängen im Durchschnitt nach Norden fließen. Aber in Unterwasserschluchten, die ungefähr von Osten nach Westen ausgerichtet sind, ändert die Strömung oft ihre Richtung und fließt entlang ihrer Länge nach oben oder unten.
Wissenschaftler vermuten, dass die Art der Strömungen weitgehend von den Gezeiten und der Topographie des Meeresbodens bestimmt wird.
Wissenschaftler stützen sich auch auf die Modellierung von Meeresströmungen und begrenzte Meeresbodenkernproben, um den Transport und die Ablagerung von Sedimenten und Schadstoffen wie Mikroplastik sowie deren Auswirkungen auf Tiefseeökosysteme zu untersuchen. Sie verwenden ähnliche Techniken auch, um die alten Meeresbedingungen zu rekonstruieren.
Die Autoren der neuen Studie vermuten, dass diese Simulationen möglicherweise zu stark vereinfacht sind.
Die Forscher räumten ein, dass die Studie nur in einem Bereich der Weltmeere durchgeführt wurde und zusätzliche Daten aus anderen Bereichen für die Erstellung besserer Modelle von unschätzbarem Wert sein werden.
