Korrektur für Klimamodelle: Unerwartete Umwälzungen im Nordatlantik

Für das Klima Europas spielt die Zirkulation des nördlichen Atlantiks eine maßgebliche Rolle. Oft ist dann vom „Golfstrom“ die Rede, doch der Begriff trifft es nicht ganz. Mit ihm wird lediglich eine windgetriebene Strömung bezeichnet, die in den Tropen beginnt und nach Nordwesten reicht. Entscheidend ist die Atlantische Meridionale Umwälzbewegung (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC): Von Süden kommt an der Oberfläche warmes Wasser an. Es kühlt ab, weshalb seine Dichte zunimmt. Daraufhin sinkt dieses Wasser ab und strömt in der Tiefe zurück in Richtung Tropen. Für Nordwesteuropa ist diese Umwälzbewegung wichtig, weil jene Abkühlung darin besteht, dass die mitgeführte Wärme an die Atmosphäre abgegeben wird. Das trägt stark zum milden Klima auf dem Kontinent bei – Berlin etwa liegt auf der gleichen geografischen Breite wie Battle Harbour auf Labrador in Kanada, wo es im Schnitt deutlich kälter ist. Der Weltklimarat hält es für „sehr wahrscheinlich“, dass die AMOC im Zuge des Klimawandels schwächer wird, und stützt sich vor allem auf Modellrechnungen. Deren Grundlage sind Messungen. Das Problem: Bislang gab es davon gerade in hohen Breiten nur wenige. Eine groß angelegte Messkampagne hat diese Lücke nun etwas geschlossen und stellt damit einige Annahmen der Klimamodelle infrage.

Mit dem Eisenbahnrad zum Meeresgrund

Von 2014 bis 2016 haben Forscherinnen und Forscher im Rahmen des „Overturning in the Subpolar North Atlantic Program“ (OSNAP) die Umwälzzirkulation entlang einer Linie von Kanada über die Südspitze Grönlands bis nach Schottland beobachtet, sowohl an der Oberfläche als auch in der Tiefe. „Als Teil von OSNAP haben wir in der Labradorsee vor der kanadischen Küste Stahltrossen versenkt, die von alten Eisenbahnrädern am Boden gehalten wurden und Messgeräte für Temperatur, Salzgehalt und Strömungsgeschwindigkeit in verschiedenen Tiefen enthielten“, erzählt Johannes Karstensen vom Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (Geomar). Wegen des starken Seegangs in der Gegend reichten die Trossen nur bis zu 50 Meter unter die Oberfläche – andernfalls wäre die Gefahr zu groß gewesen, dass die Geräte aus ihren Verankerungen gerissen würden. „Nach rund zwei Jahren fährt man mit dem Schiff die Strecke ab und löst per akustischem Signal die Halterung am Meeresboden.“ Die Geräte steigen dann auf und werden eingesammelt, um die Daten auslesen zu können.

Gerade die Labradorsee gilt Forschern als eine Schlüsselregion für die AMOC und damit für das Klima auf der Nordhalbkugel. Hier, westlich von Grönland, sinken große Mengen Wassers in die Tiefe. „In Klimamodellen wird häufig eine Verbindung zwischen der Menge des neu gebildeten Tiefenwassers und der AMOC gefunden“, sagt Karstensen. Nimmt die Bildung des kalten Salzwassers ab, etwa durch höhere Lufttemperaturen oder Schmelzwasser von Gletschern, könnte das unmittelbar die AMOC beeinflussen. „In den vergangenen Jahren gab es einige Hinweise, dass das womöglich nicht ganz stimmt“, sagt der Forscher. Die neuen Messungen haben nun deutlich gezeigt: Die Atlantische Umwälzbewegung unterliegt deutlichen Schwankungen, über Monate und über Jahreszeiten. Ursächlich dafür sind aber nicht Schwankungen in der Labradorsee, sondern in der Meeresregion östlich von Grönland: In der dortigen Irmingersee und dem Island-Becken ist die Variabilität rund siebenmal stärker als in der Labradorsee, schreibt das Team um Susan Lozier von der Duke University in Durham (US-Staat North Carolina) im Fachjournal „Science“.

Die Umwälzzirkulation und damit ein gewaltiger Wärmetransport findet also vor allem im Osten statt und nicht in der Labradorsee. „Das müssen wir erst mal verdauen", sagt Karstensen. Nun gelte es herauszufinden, wo genau das Gros des Tiefenwassers gebildet wird und wie der Prozess im Detail abläuft. Und die Modellierer müssen nacharbeiten, um die Strömungen im Atlantik und ihre Wechselwirkung mit dem Klima besser zu erfassen.

Besser noch ein paar Jahre messen

Doch „die neuen Resultate bedeuten nicht zwangsläufig, dass die vorhandenen Modelle falsche Ergebnisse liefern“, schreibt Monika Rhein von der Universität Bremen in einem begleitenden Kommentar, der ebenfalls in „Science“ erscheint. In ihnen werde ein Zusammenhang zwischen Labradorsee und AMOC in Zeiträumen von mehreren Jahren und Jahrzehnten hergestellt. Loziers Team hingegen habe nur Daten über 21 Monate erhoben. Zudem gebe es Hinweise, dass die Änderungen in der Labradorsee nicht ausschließlich lokal durch die Bildung von Tiefenwasser hervorgerufen werden. Denkbar sei auch, dass diese vom Nordatlantik beeinflusst werden. Doch auch hier gelte, dass dieser Zusammenhang im Maßstab von Jahrzehnten bis Jahrhunderten diskutiert wird, nicht auf die kurze Distanz der aktuellen Messungen.

Es bleibt also eine Fülle von Fragen, die es nach Ansicht der Forscher unbedingt erforderlich machen, das Beobachtungsprogramm OSNAP weiterzuführen, am besten über ein oder zwei Jahrzehnte. „So erhalten wir Datenreihen, die lang genug sind, um dekadische Schwankungen im Klimasystem, also solche über Jahrzehnte, aufzuspüren“, sagt der Geomar-Forscher Karstensen. „Und wir könnten Klimamodelle, die ja auf längere Zeiträume zielen, überprüfen beziehungsweise Daten liefern, um sie zu verbessern.“

Darüber hinaus sind kontinuierliche Messungen auch hilfreich, um festzustellen, ob sich die AMOC tatsächlich abschwächt. Denn das könnte insbesondere für Europa zwar keinen filmreifen Kältekollaps, aber doch deutliche Störungen bringen. In seinem „1,5-Grad-Bericht“ vom Oktober 2018 schreibt der Weltklimarat in seinen standardisierten Termini, es sei „wahrscheinlicher als nicht“, dass sich diese Zirkulation in den vergangenen Jahrzehnten abgeschwächt habe. Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) meint sogar, es sei „sehr wahrscheinlich“, und führt in seinem Blog „Klimalounge“ zahlreiche Studien an, die Indizien dafür liefern.

Schwächelt die Ozeanheizung, oder nicht?

Ein Argument ist beispielsweise die seit mehr als 50 Jahren abnehmende Temperatur des Nordatlantiks der Polarregion, während praktisch alle anderen Regionen der Welt eine Erwärmung erfahren. Dieses Muster passe exakt zu den Vorhersagen der Klimamodellierung, die eine Schwächung der AMOC beinhaltet. „Leider gibt es keine langfristigen direkten Messungen über das 20. Jahrhundert“, sagt Rahmstorf. Allerdings erfolgten seit 2004 Messungen weiter im Süden auf einer Linie bei rund 25 Grad Nord, im Rahmen des „Rapid“-Projektes. „Sie zeigen eine Abschwächung, aber der Zeitraum ist mit 15 Jahren noch zu kurz, um zu beurteilen, wie viel davon natürliche Schwankung ist und wie viel die globale Erwärmung beiträgt.“

Der Kieler Forscher Karstensen ist noch deutlich zurückhaltender. „Ich bin vorsichtig, die Muster in der Oberflächentemperatur könnten auch andere Ursachen haben.“ Für eine gesicherte Aussage müsse man wirklich über einen längeren Zeitraum messen, um kurzfristige Schwankungen als solche zu erkennen. „Bisher ist in den Messdaten kein klarer Trend zur langfristigen Abschwächung erkennbar.“ Doch das könne sich in den nächsten Jahrzehnten ändern – „wenn der Trend denn existiert“.