Die Ozeane kontrollieren das Klima

Die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre unterliegt seit Jahrtausenden grossen Schwankungen. Bisher war jedoch unbekannt, welche Faktoren für diese Schwankungen verantwortlich waren. Forschende der ETH Zürich und ihre Kollegen aus Deutschland und den USA konnten nun zeigen, dass sich für die letzten 400.000 Jahre ein direkter Zusammenhang zwischen der Konzentration des atmosphärischen Kohlendioxids und der Schichtung der polaren und subpolaren Ozeane nachweisen lässt. Die Forscher publizieren ihre Ergebnisse in der neusten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Science“.

Das Forscherteam unter Leitung von Samuel Jaccard von der ETH Zürich und seinem Kollegen Gerald Haug vom Geoforschungszentrum Potsdam nahm geochemische Messungen an Meeressedimenten des subarktischen Nordpazifiks vor. Dabei ergab sich, dass sich die Algenproduktion der Region in ähnlicher Weise ändert wie die atmosphärische CO2-Konzentration während der letzten 400.000 Jahre. Die Daten über die CO2-Konzentration wurden aus Eisbohrkernen der Antarktis gewonnen. Die Wissenschaftler konnten beweisen, dass die verstärkte Stabilität der Schichtung durch eine ’Süsswasserkappe’ dazu führte, dass in den Kaltzeiten weniger Nährstoffe und CO2 an die Wasseroberfläche gelangte und vom Ozean in die Atmosphäre abgegeben wurden.

Diese Feststellung ist ein Indiz dafür, dass die physikalische Schichtung der polaren und subpolaren Ozeane als ’kommunizierende Röhre’ zwischen Ozean und Atmosphäre funktioniert. Die Schichtung der Ozeane spielt damit eine zentrale Rolle in der globalen Klimaentwicklung.

Negative Auswirkung auf Treibhausgaskonzentration

Diese enge Beziehung zwischen Ozeanen und Atmosphäre hat allerdings auch negative Folgen. Der Gehalt des Treibhausgases CO2 in der Erdatmosphäre ist nämlich ein Regelmechanismus im globalen Klima. Ohne atmosphärische Treibhausgase würde die mittlere Temperatur des Planeten Erde bei minus 18 Grad Celsius liegen. Die vorindustriellen Treibhausgaskonzentrationen schwankten während der letzten 400.000 Jahre zwischen 280 ppm (parts per million) in den Warm- oder Zwischeneiszeiten und 180 ppm in den Kalt- oder Glazialzeiten. Die mittleren globalen Temperaturen lagen zwischen 15 und 12 Grad Celsius. Der heutige atmosphärische CO2-Gehalt beträgt 370 ppm und steigt rapide an. Die damit verbundene derzeitige globale Erwärmung liegt bei etwa 0,7 Grad Celsius seit 130 Jahren.

Da der Ozean eine 50 mal höhere CO2-Konzentration als die Atmosphäre hat, kann eine schnell voran schreitende Erwärmung durch menschliche Einflüsse dazu führen, dass sich der Austausch Ozean-Atmosphäre beschleunigt und dies die Erwärmung der Erde vorantreibt.

Bedingungen wie in Warmzeiten

Zuletzt war es vor etwa 3 Millionen Jahren im Pliozän so warm wie heute. Zu dieser Zeit war die mittlere Temperatur des Planeten Erde um etwa 2-3 Grad Celsius höher als heute und die atmosphärische CO2 Konzentration betrug 400-500ppm. Damals war die ozeanische ’Süsswasserkappe’ im Nord-Pazifik nicht vorhanden und auch im Südpolarmeer war sie stark reduziert. Unser Planet hatte kein Eis auf der Nordhemisphäre und der Meeresspiegel war 6 m höher als heute. Es ist wahrscheinlich, dass bereits in diesem Jahrhundert ein ähnliches Szenario mit einer eisfreien Nordhemisphäre Wirklichkeit wird, wenn weiterhin Emissionen von Treibhausgasen wie CO2 im bisherigen Ausmass ausgestossen werden.