Umwälzströmung: Droht ein verfrühter Kollaps?

Auf die Rate kommt es an: Die Nordatlantische Umwälzströmung reagiert nicht nur sensibel auf Eisschwund und Schmelzwassereinstrom – auch das Tempo dieser Veränderungen spielt eine Rolle, wie nun ein Modell enthüllt. Demnach könnte der Strömungsmotor schon vor Erreichen seines eigentlichen Schwellenwerts kollabieren, wenn sich die Einflussfaktoren zu schnell ändern. Gleiches könnte auch für andere Kippelemente im Klimasystem gelten, warnen die Forscher.

Unser Klimasystem ist dank vieler Puffer noch relativ stabil, es hat aber eine bedeutende Schwachstelle: die Kippelemente. Sie können ab einer bestimmten Schwelle abrupt aus dem Gleichgewicht geraten und in einen neuen Zustand „einrasten“. Zu solchen Kippelementen gehören das arktische Meereis und der Amazonas-Regenwald, aber auch die Nordatlantische Umwälzströmung (AMOC). Sie ist der Motor der globalen Meeresströmungen und treibt die Wärmeverteilung zwischen Polen und Äquator an.

Doch es gibt bereits Anzeichen dafür, dass die Umwälzströmung sensibel auf den Klimawandel reagiert: Durch den vermehrten Einstrom von Schmelzwasser und den Rückgang des Meereises hat sich die AMOC schon um rund 15 Prozent abgeschwächt. Klimaforscher befürchten daher, dass sich dieser Motor der Meeresströmungen mit zunehmender Erwärmung einem Kipppunkt nähern könnte. Wann dieser Schwellenwert jedoch erreicht sein wird, ist noch unklar.

Kippt die Strömung schon früher?

Jetzt liefert eine Modellsimulation Hinweise darauf, dass Kippelemente wie die Nordatlantik-Strömung schon vor dem kritischen Schwellenwert aus dem Gleichgewicht geraten und „umkippen“ können. Schuld daran ist ein Prozess, der als rateninduziertes Kippen bezeichnet wird. Dabei wird das Kippen nicht nur durch das Erreichen eines absoluten Schwellenwerts bestimmt, sondern auch davon, wie schnell sich der Parameter diesem Schwellenwert nähert.

Im Falle der Nordatlantischen Umwälzströmung hieße das konkret: Sie kommt nicht erst bei einer bestimmten Temperatur zum Erliegen, sondern reagiert auf das Tempo des Klimawandels. Steigt beispielsweise der Einstrom von Schmelzwasser sehr schnell, kann das System schon früher als erwartet aus dem Gleichgewicht geraten.

Kollaps schon vor dem Schwellenwert

Ob das bei der Umwälzströmung der Fall ist und ab wann es kritisch wird, haben Johannes Lohmann und Peter Ditlevsen von der Universität Kopenhagen nun im Modell überprüft. Dafür ermittelten sie in einem komplexen Ozeanmodell zunächst den AMOC-Kipppunkt für eine sehr langsame Zunahme des Schmelzwasser-Einstroms aus Grönland. Dann testeten sie, wie sich die Umwälzströmung verhielt, wenn diese Schmelzwassermenge in deutlich kürzerer Zeit in den Nordatlantik strömte.

Das Ergebnis: Bei schnellem Einstrom des Schmelzwassers innerhalb von weniger als 140 Jahren geriet die Umwälzströmung schon deutlich vor der eigentlich kritischen Schwelle aus dem Gleichgewicht. In einigen Fällen kollabierte sie ganz, in anderen blieb sie eine Weile in einem schwankenden Zwischenzustand, bis sie dann ins neue Gleichgewicht umschwenkte. Je schneller der Einstrom, desto häufiger kippte das System verfrüht um.

Kleine Auslenkung mit großer Wirkung

Nach Ansicht der Forscher demonstriert dies, dass Systeme wie die Nordatlantische Umwälzströmung nicht nur auf absolute Veränderungen reagieren, sondern auch auf deren Tempo. „Wenn die Veränderungen schnell genug sind, dann können schon kleine Auslenkungen der Einflussgröße einen Kollaps des Strömungsmotors verursachen“, so Lohmann und Ditlevsen. Dieses rateninduzierte Kippen macht es damit noch schwerer als ohnehin schon, die Schwellenwerte für die Kippelemente im Klimasystem zu bestimmen.

Umso wichtiger sei es, den Klimawandel so stark wie möglich zu bremsen – auch um eine fatale Kaskade des sich gegenseitig anstoßenden Umkippens zu vermeiden. „Wenn sich unsere Ergebnisse bestätigen, dann sind dies besorgniserregende Nachrichten. Denn das verringert den Freiraum, der uns für das sichere Manövrieren bleibt“, so Lohmann. (Proceedings of the National Academy of Sciences¸2021; doi: 10.1073/pnas.2017989118)

Quelle: University of Copenhagen – Faculty of Science