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Klima & Energie

Kollabiert der verlängerte Golfstrom, stürzen in Nordeuropa die Temperaturen ab: Eine neue Simulation dieses filmreifen Szenarios gibt zu reden

Forscher weisen zum ersten Mal mit einem komplexen Klimamodell nach, dass die Tiefenzirkulation im Atlantik theoretisch zusammenbrechen könnte. Aber was bedeutet das konkret?

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Kollabiert der verlängerte Golfstrom, stürzen in Nordeuropa die Temperaturen ab: Eine neue Simulation dieses filmreifen Szenarios gibt zu reden

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Das Risiko ist klein, aber man kann es nicht ausschliessen: Eine tief reichende Zirkulation im Atlantik, die oft etwas ungenau als Golfstromsystem bezeichnet wird, könnte durch den Klimawandel innerhalb weniger Jahrzehnte versiegen. Viele Studien haben das Extremszenario schon beschrieben. 2004 wurde sogar ein Hollywoodfilm gedreht: «The Day After Tomorrow» hiess er.

Jetzt wird die These durch eine neue Studie genährt: Erstmals ist die Tiefenzirkulation in einer Simulation mit einem komplexen Klimamodell in wenigen Jahrzehnten zum Erliegen gekommen, weil die Süsswasserzufuhr in den Nordatlantik des Modells langsam erhöht wurde. Das berichten drei Forscher von der Universität Utrecht im Wissenschaftsmagazin «Science Advances». Komplexe Klimamodelle haben eine Atmosphäre und einen Ozean, beide hoch aufgelöst, in drei Dimensionen.

Bis anhin trat ein Kollaps der Atlantikzirkulation durch allmähliche Süsswasserzufuhr nur in stark simplifizierten Modellen auf. Auch darum hielten bisher die meisten Forscher die Gefahr eines raschen Versiegens für unwahrscheinlich. Ob sie jetzt die Einschätzung revidieren, muss sich noch zeigen.

Schliesslich handelt es sich nicht um eine realitätsnahe Simulation des Klimawandels, sondern um eine idealisierte Simulation. Es wurden mehrere akademische Annahmen gemacht, und es ist nur ein Modell unter vielen.

Salz ist für die Zirkulation im Atlantik essenziell

Die atlantische Tiefenzirkulation ist für unser Klima sehr wichtig, denn sie verfrachtet riesige Mengen warmen salzhaltigen Wassers in den Nordatlantik. Dort kühlt sich das Wasser ab und sinkt in die Tiefe, wo es wieder in den Südatlantik zurückströmt. Die Rückkehr des Wassers an die Oberfläche geschieht weniger lokalisiert, also in mehreren Bereichen der Weltmeere.

Das Risiko eines Kollapses ist deshalb denkbar, weil die Zirkulation durch den eigenen Salztransport aufrechterhalten wird. Nimmt der Transport des salzhaltigen Wassers in den Norden ab oder kommt es zu einem stärkeren Zustrom von Schmelzwasser, wird das Wasser im Nordatlantik süsser. Dann wird es aber auch leichter. Umso grösser wird die Gefahr, dass das Wasser im Norden nicht mehr absinkt – und damit die gesamte Zirkulation aufhört. Genau das könnte theoretisch durch den Klimawandel passieren.

Für das Szenario der Studie wurde gezielt in einem grossen Bereich im Nordatlantik allmählich immer mehr Süsswasser hinzugefügt. In der Simulation schwächte sich die Zirkulation zunächst nur langsam ab. Doch ab einem bestimmten Punkt dauerte es nur einige Jahrzehnte, bis sie komplett zusammengebrochen war.

Ein derartig schneller Strömungskollaps hätte für Europa enorme Folgen. Die Temperaturen im Nordwesten würden rasch fallen – mehr als 1 Grad Celsius pro Jahrzehnt. In manchen Städten würde die Temperatur insgesamt um 5 bis 15 Grad sinken. Auch in anderen Regionen würde sich das Klima markant ändern. Das arktische Meereis würde sich stark ausbreiten. Auf der Nordhalbkugel sänken die Temperaturen, auf der Südhalbkugel stiegen sie. Im Amazonasgebiet würde die Regenzeit zur Trockenzeit werden – und umgekehrt.

Wie es um die Zirkulation steht, verrät der Salztransport

Basierend auf ihrer Modellsimulation haben die niederländischen Forscher einen Indikator gefunden, der einen drohenden Kollaps der Zirkulation frühzeitig anzeigen würde. Der Indikator beruht auf der Salzbilanz im Südatlantik, am 34. Breitengrad: Die Forscher vergleichen die Menge an Salz, die das Meer an der Oberfläche Richtung Norden transportiert, mit der Menge, die in der Tiefe Richtung Süden verfrachtet wird.

Bis anhin transportiert die Tiefenzirkulation netto mehr Salz in den Atlantik hinein als hinaus. Wird diese Bilanz kleiner oder sogar negativ, bedeutet das, dass sich die Zirkulation abschwächt. Füttert man diesen Indikator mit echten Messdaten, dann zeigt sich, dass sich das Klima schon seit mehreren Jahrzehnten auf eine möglicherweise existierende Schwelle zubewegt, wo die Strömung kollabieren könnte.

Doch der Frühwarnindikator ist nicht perfekt: Er verrät einem zwar, wenn die Gefahr eines Kollapses wächst – aber die Forscher wissen nicht, wann genau sich dieser ereignen könnte. Sie wissen auch noch nicht, wann sie das herausfinden werden.

Die Messungen im Südatlantik müssen weitergehen

Die Autoren können immerhin sagen, was es jetzt braucht: Um eines Tages bestimmen zu können, wie weit das Klima von einem potenziellen Zusammenbruch der Tiefenströmung entfernt ist, sind vor allem die systematischen Messungen am 34. Grad südlicher Breite notwendig. An dem Messprogramm «Samba» im Südatlantik wirken Institutionen aus den USA, Frankreich, Argentinien, Brasilien und Südafrika mit.

Chao Li vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg, der nicht an der Studie mitgewirkt hat, lobt diese – das Resultat sei robust. Er betont ebenfalls, wie wichtig es sei, die Messungen im Südatlantik fortzuführen. Denn viele Klimamodelle gäben die Salzbilanz der Strömungen dort nicht korrekt wieder. Warum das so sei, verstehe man noch nicht.

René van Westen von der Universität Utrecht, der Erstautor der Studie, hält es für wichtig, das Resultat mit anderen, ähnlich komplexen Klimamodellen zu überprüfen. Lange waren derartige Berechnungen nicht möglich, weil die Leistung von Supercomputern dafür nicht ausreichte. Selbst heute ist der Aufwand noch enorm: Das Modell, das das niederländische Team verwendet hat, besitzt eine horizontale Auflösung von 100 Kilometern im Ozean; es wurden 2000 Modelljahre simuliert. Die Simulationen hätten sechs Monate gebraucht, sagt van Westen.

Wie hoch das Kollapsrisiko ist, bleibt offen

Die Frage, wie stark die Tiefenzirkulation des Atlantiks auf den Klimawandel reagieren werde, beantworte die Studie nicht, sagt Joël Hirschi vom National Oceanography Centre in Southampton, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Das liege an den idealisierten Annahmen. Ob im gegenwärtigen Klima ein Kollaps der Zirkulation passieren könnte, sei noch nicht klar. Auch wenn das verwendete Modell komplex sei, seien wichtige Komponenten der Zirkulation wie der Golfstrom nur teilweise aufgelöst.

Trotzdem gefällt Hirschi die Studie gut. «Die Autoren zeigen zum ersten Mal, dass ein Umkippen der Zirkulation mit einer verhältnismässig kleinen Zufuhr von Süsswasser in den Nordatlantik herbeigeführt werden kann», sagt der Klimaforscher.

Simulationen sind das eine, die reale Welt das andere. Messungen der Tiefenzirkulation zeigen noch keinen signifikanten Rückgang ihrer Stärke. Es gibt solche Messungen allerdings erst seit ungefähr 20 Jahren. Der Uno-Klimarat hält einen Kollaps der Tiefenzirkulation für wenig wahrscheinlich, er rechnet aber für das 21. Jahrhundert mit einer Abschwächung der Tiefenzirkulation. Auch solch eine Abschwächung hätte schon spürbare Auswirkungen für Europa.

Sven Titz, «Neue Zürcher Zeitung» (09.02.2024)

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