Empfindliches Gleichgewicht: Windverhältnisse beeinflussen Wasserzirkulation und CO2-Bilanz im Südpolarmeer

Die Forscherinnen und Forscher weisen anhand von Spurenelementen in Korallenskeletten nach, dass sich die Tiefenzirkulation in der Drake-Passage zwischen Südamerika und der Antarktis vor 6.000 bis 7.000 Jahren grundlegend änderte.

Sie sehen Anzeichen dafür, dass dieser Wandel auch den CO2-Gehalt der Atmosphäre beeinflusste – und postulieren, dass zukünftige Klimaveränderungen die Freisetzung von CO2 aus der Tiefe im Südpolarmeer verstärken könnten.

„Das Südpolarmeer verbindet alle Ozeanbecken. Es ist einer der wenigen Orte auf der Erde, an dem Wasser aus großen Tiefen an die Oberfläche gelangt und gleichzeitig Wasser von der Oberfläche in die Tiefe sinkt“, erläutert Hauptautor Struve.

Die Meeresregion rund um den Südpol ist somit eine Schlüsselregion für das globale Förderband der Meeresströmungen, das Wärme, Nährstoffe, Salz und Kohlendioxid über große Entfernungen verteilt. Ob die derzeitigen Strömungsverhältnisse im Südpolarmeer sich seit dem Ende der letzten Eiszeit vor rund 12.000 Jahren grundlegend verändert haben, war bislang allerdings unklar. Aus anderen Studien wussten Klimaforscher bereits, dass sich die starken Westwinde rund um die Antarktis während der aktuellen Warmzeit mehrfach verlagerten.

Die Winde treiben einerseits den antarktischen Zirkumpolarstrom an, eine kalte, von der Oberfläche bis zum Meeresboden reichende Meeresströmung, die den Atlantischen, Indischen und Pazifischen Ozean miteinander verbindet. Andererseits stimulieren sie den Auftrieb von Wassermassen aus der Tiefe. Ziel der Untersuchung war es herauszufinden, wie die verschiedenen Strömungen im Südpolarmeer auf die Veränderungen in der Atmosphäre reagierten.

Dafür untersuchten Struve und Kollegen des Imperial College London, des University College London und der University of Edinburgh Überreste von Kaltwasserkorallen aus der Drake-Passage, die teils mehrere tausend Jahre alt waren. Die Korallenskelette wurden bei zwei Expeditionen mit dem US-Forschungsschiff Nathaniel B. Palmer an drei Stellen aus verschiedenen Wassertiefen innerhalb der Drake-Passage gesammelt. „Diese Gegend ist für ihre schlechten Wetterbedingungen berüchtigt – allein die Probennahme war eine Herausforderung“, berichtet Struve.

Die Kaltwasserkorallen lagern in ihren Kalkskeletten bestimmte Spurenstoffe ab, zum Beispiel das Element Neodym, und speichern so eine Art chemischen Fingerabdruck des Wassers, das sie umgibt. Die Analyse der Neodym-Werte ergab, dass sich die chemische Zusammensetzung des Wassers vor rund 7.000 Jahren für etwa 1.000 Jahre abrupt änderte.

Anhand einer Reihe von Indizien schloss das Team, dass damals vermehrt sauerstoffarmes, aber CO2-reiches Tiefenwasser aus dem Pazifik in die Meerenge eindrang. Ursache dafür war vermutlich eine Verlagerung der Westwind-Zone nach Norden. „Dieses Ergebnis war für uns überraschend“, sagt Struve, „wir hatten nicht erwartet, dass der Südozean während einer Warmzeit so empfindlich reagiert.“

Ko-Autorin Dr. Kirsty Crocket von der University of Edinburgh unterstreicht: „Unsere Studie zeigt, dass die Fossilien von Kaltwasserkorallen einen unschätzbaren Beitrag dazu leisten, den Klimawandel in der Vergangenheit zu verstehen. Sie liefern einzigartige Aufzeichnungen über die chemische Zusammensetzung des Meerwassers – oft in Regionen des Ozeans, in denen es kaum andere Umweltarchive gibt.“

Die Studie wirft zudem neues Licht auf eine Reihe weiterer Klimaveränderungen, die sich zur gleichen Zeit ereigneten. Unter anderem begann der CO2-Gehalt der Atmosphäre, der zuvor rund 2.000 Jahre lang leicht abgesunken war, wieder anzusteigen. Struve und Kollegen vermuten, dass eine wichtige Quelle dafür das CO2-reiche Pazifikwasser war, das nun verstärkt im Südpolarmeer an die Oberfläche gelangte.

„Das ist bedeutsam, denn gelangt Tiefenwasser an die Oberfläche des Südpolarmeeres, entweicht ein Teil des darin gespeicherten CO2 in die Atmosphäre“, erklärt Ko-Autor Dr. David Wilson. In der Folge wurde durch sich wieder südwärts verlagernde Winde vermehrt CO2 freigesetzt.

Wie sich die Meeresströmungen rund um die Antarktis in Zukunft verändern werden, wenn die weltweiten Temperaturen ansteigen, ist nicht genau bekannt. Aktuelle Klimaszenarien deuten darauf hin, dass sich die Westwindzone in Zukunft weiter nach Süden, also polwärts, verlagern wird. Das könnte dazu führen, dass das Südpolarmeer stärker durchmischt wird – mit der Folge, so vermutet das Forscherteam, dass zukünftig vermehrt CO2 aus der Tiefsee freigesetzt werden könnte.

Dr. Torben Struve, Tel.: 0441/798-3359, E-Mail: t.struve@icbm.de

T. Struve, D. J. Wilson, T. van de Flierdt, N. Pratt, K. C. Crocket: „Middle Holocene expansion of Pacific Deep Water into the Southern Ocean“ PNAS 2019 https://doi.org/10.1073/pnas.1908138117

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