Klimawandel verstärkt Schichtung der Ozeane

Schleichende Nebenwirkung: Der Klimawandel macht das Meer nicht nur wärmer, er verstärkt auch die Schichtung der Wassermassen, wie eine Studie enthüllt. Durch die stabilere Schichtung können die Ozeane weniger Wärme, Sauerstoff und Kohlendioxid aufnehmen und in die Tiefe ableiten. Das schwächt die Pufferwirkung der Meere im Klimasystem und hat auch ökologische Folgen, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Climate Change“ berichten.

Meeres sind wichtige Puffer im Klimasystem, denn sie absorbieren enorme Mengen an Wärme und CO2 und gleichen so einen Teil des anthropogenen Treibhauseffekts aus. Das aber bleibt für die Meere nicht folgenlos: Sie werden wärmer, marine Hitzewellen häufen sich und das Wasser wird zunehmend saurer und sauerstoffärmer. Gleichzeitig verändert das einströmende Schmelzwasser die Meereschemie und schwächt Meeresströmungen wie den Nordatlantikstrom.

Barrieren für den vertikalen Austausch

Jetzt zeigt sich eine weitere Folge der globalen Erwärmung auf die Ozeane: Die Schichtung des Meerwassers hat sich messbar verstärkt. Typischerweise ist das Wasser der Meere vertikal nicht gleichmäßig durchmischt, sondern bildet geschichtete Zonen: oben wärmeres, salzärmeres Wasser mit geringer Dichte, weiter unten kaltes, salzigeres Tiefenwasser. Zwischen diesen Schichten findet nur ein begrenzter Wasseraustausch statt – meist geschieht dies bei starkem Wind oder im Winter, wenn die Oberflächentemperatur geringer ist.

Schon länger vermuten Klimaforscher, dass die starke Aufheizung gerade der oberen Wasserschichten die Ozeanschichtung verstärkt und damit den Austausch hemmt. Doch bislang gab es dazu nur lückenhafte und auf die oberen 200 Meter beschränkte Daten. Deshalb haben Guancheng Li von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking und seine Kollegen nun neue Messdaten zu Wassertemperaturen und Salzgehalten herangezogen, die bis in 2000 Meter Tiefe reichen.

Außerdem nutzten sie Messungen des im Wasser gelösten Stickstoffs, um indirekt Aufschluss über die Schichtung zu erhalten. Denn seine Menge ist von der Dichte des Wassers abhängig. Zusätzlich verwendeten die Wissenschaftler ein Computermodell, das etwaige Datenlücken auf Basis von physikalischen Gesetzmäßigkeiten schließen kann

Verstärkte Schichtung in allen Meeren

Das Ergebnis: Tatsächlich hat sich die Schichtung der Ozeane weltweit verfestigt. „Wir haben festgestellt, dass die Stabilität dieser Schichten schneller zunimmt als wir dachten und auch schneller als es gängige Modelle vorhersagen – das sind beunruhigende Aussichten“, sagt Koautor Michael Mann von der Pennsylvania State University. Konkret hat sich die Schichtung seit 1960 im Schnitt um 5,3 Prozent verstärkt – das entspricht etwa 0,9 Prozent pro Dekade.

In den oberen 150 Metern der Meere haben sich die Unterschiede zwischen den Wasserschichten sogar um 18 Prozent erhöht. Diese Veränderungen seien in allen vier großen Meeresbecken zu beobachten, wie die Forscher erklären. „Am höchsten ist die Rate im Südozean, gefolgt vom Pazifik, Atlantik und dann dem Indischen Ozean“, so Li und seine Kollegen. In den Tropen betreffen die Veränderungen vor allem die oberen 200 Meter, in den mittleren und höheren Breiten dagegen das Wasser unterhalb von 500 Metern.

Bedeutende Klima-Auswirkungen

Als Hauptursache für diese Entwicklung identifizieren die Forscher die globale Erwärmung. 97 Prozent der beobachteten Veränderungen in der Ozeanschichtung gehen darauf zurück. „Die globale Erwärmung macht die Atmosphäre instabiler, aber gleichzeitig die Ozeane stabiler“, erklärt Mann. „Weil sich das Wasser nahe der Oberfläche schneller erwärmt als die größeren Tiefen, macht dies die Schichtung stabiler.“ Im lokalen Maßstab spielt aber auch der Einstrom von Schmelzwasser und die damit verknüpfte Abnahme des Salzgehalts eine Rolle.

Wie die Forscher betonen, hat die zunehmende Ozeanschichtung bedeutende Klima-Auswirkungen. „Die damit verknüpfte Abnahme der Durchmischung kann die Aufnahme von Wärme und Kohlendioxid durch die Meere beeinträchtigen und auch die Bildung tropischer Stürme und ihre Intensität beeinflussen“, so Li und sein Team. Hinzu kommt, dass eine mangelnde Durchmischung des Meerwassers auch die Verteilung von gelöstem Sauerstoff im Wasser behindert. Das kann sauerstoffarme „Todeszonen“ am Meeresgrund verstärken. (Nature Climate Change, 2020; doi: 10.1038/s41558-020-00918-2)

Quelle: Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Penn State