Klimawandel: Die Vergangenheit der Atlantischen Wärmepumpe

Foto: Brisbane, CC BY-SA 3.0

Stark vereinfachtes Schema der Ozeanzirkulation: Warmes und sehr salzhaltiges Oberflächenwasser (rot) transportiert Wärme von der Südhalbkugel in den Nord Atlantik. Durch Abkühlung erhöht sich die Dichte des Wassers, weshalb es absinkt und in der Tiefe zurück nach Süden fließt (blau). In einem allmählichen langsamen Diffusions-Prozess vermischt sich das Tiefenwasser und kommt im Indischen und Pazifischen Ozean wieder nah oder ganz an die Oberfläche. Hierdurch schließt sich der Kreis des globalen Ozean-Förderbands, angetrieben durch Wind, Salzgehalt und Wärme. Diese neue Studie belegt, dass während der letzten Eiszeit die Ozeanzirkulation im Nordatlantik sogar noch schneller verlief, allerdings reichte die warme Oberflächenströmung nicht so weit in den Norden wie heute.

Der Wärmetransport im Atlantischen Ozean war während der letzten Eiszeit nicht etwa schwächer, wie lange Zeit angenommen, sondern tatsächlich stärker als heutzutage. Das hat ein internationales Forscherteam unter Leitung von Umweltphysikern der Universität Heidelberg herausgefunden. Die Wissenschaftler haben mit Hilfe hochpräziser Messungen von natürlichen Radionukliden in Meeressedimenten die Zirkulationsstärke des Ozeans untersucht und dabei neue Erkenntnisse zur Vergangenheit der „Atlantischen Wärmepumpe“ gewonnen. Die Forschungsergebnisse, die auch für korrekte Vorhersagen künftiger Klimamodelle von Bedeutung sind, wurden in der Zeitschrift „Nature Geoscience“ veröffentlicht.

„Dank des Golfstroms und seiner nördlichen Ausläufer ist es hierzulande weit wärmer als auf denselben Breitengraden in Nordamerika. Ohne den Wärmetransport des Meeres mit einer vergleichbaren Leistung von einer Million Großkraftwerken würden in Nord- und Westeuropa deutlich kühlere Temperaturen herrschen“, erläutert Dr. Jörg Lippold vom Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg, der Erstautor der Studie ist. Die „Fernheizung Europas“ entspringt im Golf von Mexiko, wo sich das Meer aufheizt und dann gelenkt durch Winde und die Erddrehung warmes Wasser nach Nord-Ost strömen lässt. Dabei kühlt das Oberflächenwasser ab, wird dadurch immer dichter und sinkt im Nordatlantik, um schließlich in der Tiefe wieder zurück nach Süden zu fließen.

„Diesen Rückfluss konnten wir nun mithilfe zweier exotischer Vertreter des Periodensystems aus Bohrproben im Tiefseesediment des Atlantiks erstmals quantitativ bestimmen“, so der Heidelberger Wissenschaftler. Die beiden untersuchten Isotope – dies sind 231-Protactinium und 230-Thorium – entstehen aus dem radioaktiven Zerfall des im Meerwasser natürlich vorkommenden Urans. Während Thorium ohne Umwege ins Sediment am Meeresboden eingelagert wird, folgt das Protactinium der Zirkulation und wird mit der Strömung der Tiefsee aus dem Nordatlantik befördert. Das Mengenverhältnis der beiden Stoffe im Sediment spiegelt daher die Strömungsstärke wider. Um die Zeit der größten globalen Eisbedeckung vor rund 20.000 Jahren wurde im Verhältnis weniger 231-Protactinium gemessen. Wie Dr. Lippold erläutert, kann dies, unterstützt durch Modellrechnungen, als eine Verstärkung der Atlantischen Zirkulation gedeutet werden.

Für Modelle, mit denen die Zukunft des globalen Klimas berechnet werden soll, spielt die Erkenntnis, dass in der Eiszeit der Atlantik schneller zirkulierte, eine wichtige Rolle. Die Korrektheit der Vorhersagen von Klimamodellen wird nicht zuletzt daran gemessen, ob sie das Klima der Vergangenheit richtig wiedergeben können. „Ein entscheidender Faktor im Klimasystem der Erde sind die Ozeane. Im Meerwasser der Erde ist ungefähr 50mal mehr CO2 gebunden als in der Atmosphäre, und es besitzt deren 1.000fache Wärmespeicherkapazität“, sagt Dr. Lippold. „Wenn der Ozean damals schneller zirkulierte, konnte er auch mehr CO2 aufnehmen und der Atmosphäre entziehen.“

Das Verstehen dieser Zusammenhänge hat für weite Teile Europas eine besondere Bedeutung: „Sollte sich im Zuge des Klimawandels das Meer erwärmen und sich durch Schmelzwasser oder vermehrte Niederschläge die Dichte des Wassers im Nordatlantik verringern, könnte die Wärmepumpe ins Stocken geraten. Das würde paradoxerweise in Europa zu einer Abkühlung führen, während sich der übrige Globus aufheizt“, sagt der Heidelberger Umweltphysiker.

Grundlage für die groß angelegte Studie des internationalen Forscherteams waren Messungen an Massenspektrometern und Teilchenbeschleunigern, mit denen die erforderlichen Konzentrationsmessungen im Bereich von nur wenigen Picogramm durchgeführt werden konnten. An der Untersuchung unter Leitung von Dr. Jörg Lippold waren Wissenschaftler aus Vancouver, Paris, Oxford, Zürich, Lyon, Bristol und Tübingen beteiligt. Von deutscher Seite wurde das Projekt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt. Informationen im Internet sind unter www.iup.uni-heidelberg.de/institut/forschung/groups/fa/marine zu finden.

Originalveröffentlichung:
Jörg Lippold, Yiming Luo, Roger Francois, Susan E. Allen, Jeanne Gherardi, Sylvain Pichat, Ben Hickey, Hartmut Schulz: Strength and geometry of the glacial Atlantic Meridional Overturning Circulation. Nature Geoscience (14. Oktober 2012), doi 10.1038/ngeo1608

Kontakt:
Dr. Jörg Lippold
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