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Heft 21: Meere

Ohne Meere kein Leben: Ökologisch intakte Meeres- und Küstenökosysteme bilden eine weltweite Belastungsgrenze, die nicht überschritten werden darf.
Das Heft als PDF (1,6 MB) – September 2018
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Heft 21: Meere

Ozeane – Schlüsselsystem im Klimageschehen

Die Erwärmung der Meere und damit auch der Anstieg des Meeresspiegels werden mehrere Jahrhunderte andauern, selbst wenn die Erwärmung der Atmosphäre sofort aufhören würde. Allein das zeigt die Bedeutung der Ozeane für das Klimasystem. Auch einige weitere Zusammenhänge lösen bei Wissenschaftlern Besorgnis aus.

Text: José L. Lozán

Aufgrund ihrer Größe haben die Meere eine Schlüsselfunktion im Klimageschehen – schließlich bedecken sie über 70 Prozent unseres Planeten. Unsere Ozeane stehen in ständiger Wechselwirkung mit der Atmosphäre.

Beispielsweise ändert sich die arktische Region gerade drastisch und mit hoher Geschwindigkeit. Im Zuge der globalen Erwärmung steigt die bodennahe Lufttemperatur in der Arktis mindestens doppelt so stark an wie außerhalb der polaren Regionen. Dadurch vermindert sich die Intensität des ostwärts gerichteten Jetstreams – das sind starke Winde mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 500 Kilometern pro Stunde in der obersten Troposphäre, in einer Höhe von gut 10.000 Metern.

Aus diesem Grund wird in der Klimaforschung intensiv diskutiert, ob die arktischen Klimaänderungen einen unmittelbaren Einfluss auf das Wettergeschehen in den mittleren Breiten haben. Es wird vermutet, dass durch die Verlangsamung des Jetstreams zunehmend blockierende Wetterlagen entstehen, zum Beispiel sogenannte Omega-Wetterlagen.

Das könnte die Ursache für die Zunahme von Wetterextremen sein, die wir seit einiger Zeit beobachten. Charakteristisch sind dabei länger andauernde abnorme Warmlufteinschübe aus südlichen Gebieten, die zu Hitzewellen wie im Sommer 2018 führen oder zu länger anhaltenden Regenperioden mit Überschwemmungen wie in Frankreich 2016 und 2018.

Wie erwärmen sich die Meere?

Die globale mittlere Jahrestemperatur über den Landgebieten lag in den vergangenen Jahren um rund 1,4 Grad und an der Meeresoberfläche um rund 0,7 Grad über dem langfristigen Mittelwert des vergangenen Jahrhunderts. Wegen der effektiven Durchmischung des Wassers und seiner größeren Wärmekapazität ist die Erwärmung der Meeresoberfläche weltweit betrachtet geringer als die der Landfläche. Die erwärmten Schichten erreichen im Meer bisher meist nur einige hundert Meter Tiefe.

Da die mittlere Ozeantiefe 3.800 Meter beträgt, wird die Erwärmung der Meere – und damit auch die Ausdehnung des Meerwassers und der entsprechende Anstieg des Meeresspiegels – mehrere Jahrhunderte andauern, selbst wenn die Treibhausgas-Anreicherung in der Atmosphäre sofort aufhören würde. Die bisher beobachtete Ausdehnung des Meerwassers ist daher nur ein sehr kleiner Teil der gesamten schon abzusehenden Ausdehnung.

Die angegebenen Temperaturen sind globale Mittelwerte, aber regional gibt es erhebliche Abweichungen – wie eben in der Arktis, wo die bodennahe Temperatur doppelt so stark steigt. Ein wichtiger Grund dafür ist die abnehmende Meereisbedeckung des Arktischen Ozeans. Weil Wasser dunkler als Eis ist, wird weniger Sonnenstrahlung zurückgeworfen und der Ozean speichert mehr Wärme, vor allem im Sommer.

Was bedeuten die Meere für den Wasserkreislauf?

Die Meere sind die treibende Kraft des Wasserkreislaufs: Auf der Erde gibt es rund 1.500 Kubikkilometer Wasser – eine unvorstellbare Menge. Ein Großteil davon, rund 94 Prozent, befindet sich in den Meeren. Nur 14.000 Kubikkilometer, rund 0,001 Prozent, sind in der Atmosphäre enthalten. Aus den Meeren verdunsten jährlich etwa 460.000 Kubikkilometer. Durch die atmosphärische Zirkulation werden davon 40.000 Kubikkilometer auf die Kontinente transportiert, wo sie gegebenenfalls abregnen. Die gleiche Wassermenge fließt ins Meer zurück.

Die Erderwärmung führt wahrscheinlich zu einer stärkeren Verdunstung aus den Meeren und zu einer Intensivierung des Wasserkreislaufs. Dies wird jedoch bis jetzt durch die vorliegenden Daten nicht bestätigt. Das kann mit der ungenügenden Zahl von Messreihen und mit der hohen regionalen Variabilität von Niederschlägen und Verdunstung zusammenhängen. Mit der Erwärmung nimmt jedenfalls die Wasserdampf-Aufnahmekapazität der Atmosphäre zu. Bei einer Erwärmung um ein Grad steigt sie rechnerisch um sieben Prozent. 2017 betrug die globale Erwärmung insgesamt schon rund 0,9 Grad im Vergleich zum langfristigen Mittelwert des 20. Jahrhunderts.

Die Meere und der Kohlenstoffkreislauf

Sowohl die Meere als auch die Biosphäre an Land stellen wichtige CO₂-Senken im globalen Kohlenstoffkreislauf dar. Knapp 40.000 Gigatonnen Kohlenstoff sind im Meerwasser gelöst – fast 50-mal mehr als die 850 Gigatonnen in der Atmosphäre. Durch menschliche Tätigkeit, vor allem die Verbrennung von Kohle und Öl, werden jährlich etwa 30 Gigatonnen CO₂ emittiert. Etwa ein Viertel davon wird durch die Meere aufgenommen und ähnlich viel wird in der Biosphäre gespeichert. Das bedeutet: Rund die Hälfte bleibt in der Atmosphäre.

Zwischen der Atmosphäre und der obersten Schicht der Meere findet ein Gasaustausch statt. Aufgrund der Differenz im CO₂-Partialdruck nehmen die Meere CO₂ aus der Luft auf. Je kälter das Wasser ist, desto höher ist die CO₂-Löslichkeit. Der Gasaustausch wird sich in der Zukunft verringern, da die Meere wärmer werden und die Partialdruck-Differenz kleiner wird.

Der CO₂-Transport in tieferen Wasserschichten erfolgt in den Tiefenwasserbildungsregionen. Durch die Strömungen wird das aufgenommene CO₂ in den Ozeanen verteilt. Erst nach Jahrhunderten entweicht das CO₂ überwiegend in Auftriebsgebieten wieder in die Atmosphäre.

Meeresströmungen sind wichtig für unser Klima

Da die Sonnenstrahlung nicht gleichmäßig auf der Erdoberfläche ankommt, gibt es kalte und warme Meeresgebiete. Die Meeresströmungen transportieren Wärme aus den tropischen in die polaren Regionen und sorgen dadurch für ein ausgeglichenes Klima auf der Erde. Ohne diese ausgleichende Wirkung würde beispielsweise in Europa ein anderes Klima herrschen und die wirtschaftliche Entwicklung bis weit nach Norden wäre nicht möglich.

Weltweit gibt es ein System von Meeresströmungen, das den sperrigen Namen "thermohaline Zirkulation" trägt. Die Bezeichnung hat damit zu tun, dass die Stärke der Strömungen zum größten Teil von der Dichte des Wassers abhängt, die sich aus Temperatur und Salzgehalt ergibt. Auch Winde beeinflussen die Stärke der Strömungen.

Thermohaline Zirkulation

Weltkarte mit thermohaliner Zirkulation und den Tiefenwasserbildungsregionen. (Quelle: Rahmstorf 2002)

Die Abbildung zeigt die weltweite thermohaline Zirkulation. Im Atlantik fließt an der Oberfläche warmes Wasser (rote Linie) aus der Golfregion nach Norden. Auf dem Weg nimmt durch Verdunstung der Salzgehalt zu und das Wasser kühlt sich ab. Dadurch erhöht sich die Dichte, das Wasser wird schwerer und sinkt nach unten: Es entsteht Tiefenwasser. In einer mittleren Tiefe von 2.000 Metern fließt es zurück nach Süden (blaue Linie).

Weltweit gibt es mehrere solcher Tiefenwasserbildungsregionen (gelbe Kreise). Der Transport von warmem Wasser im Nordatlantik ist für die Erwärmung von Mittel- und Nordeuropa verantwortlich. Er bewirkt dort eine Temperaturerhöhung um rund zehn Grad gegenüber anderen Weltregionen gleicher geografischer Breite wie etwa Kanada. Der "Golfstrom" oder besser Nordatlantikstrom war am Ende der letzten Eiszeit mehrfach instabil. Im jetzigen Holozän ist der Nordatlantikstrom deutlicher stabiler.

Wie es weitergeht und wie der Einfluss der menschengemachten Klimaänderung im 21. Jahrhundert auf diese sensiblen Meeresströmungen wirkt, ist schwer vorherzusagen. Die Klimaforschung ging bisher davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit für ein Abreißen des Nordatlantikstroms maximal zehn Prozent beträgt. Wenn sich die Bedingungen in den Tiefenwasserbildungsgebieten ändern, könnte das die Strömungen beeinflussen.

Im Nordatlantik kann eine Zunahme der Niederschläge und der Schmelzwassermenge aus dem Grönländischen Eisschild zu einer verringerten Wasserdichte führen und eine Schwächung der Tiefenwasserbildung zur Folge haben. Das Gegenteil könnte eintreten, wenn sich der Salzgehalt an der Meeresoberfläche durch Verdunstung im subtropischen Atlantik erhöht und das schwerere salzige Wasser die Tiefenwasserbildungsregion im Nordatlantik erreicht.

José L. Lozán ist Autor des Buches "Warnsignal Klima: Die Meere – Änderungen & Risiken" und arbeitet als Meeresforscher für die Universität Hamburg