Die Verlangsamung der Ozeanzirkulation in der Antike weist auf künftige Klimarisiken hin

Globale Ozeanzirkulationen regulieren das Klima der Erde, indem sie überschüssige Wärme von den Tropen zu den Polen transportieren. Würden sich diese Zirkulationen ändern oder verlangsamen, wäre unser Klima völlig anders als das, was wir kennen.

klimwandel
Konzeptionsbild der globalen Ozeanzirkulationen heute. Quelle: NASA

Eine Studie der UC Riverside zeigt, dass Extremhitzeereignisse in der Vergangenheit einen Rückgang des Austauschs von Oberflächen- und Tiefseegewässern verursacht haben. Dieses System, das oft als "globales Förderband" bezeichnet wird, sorgt für eine globale Umverteilung der Wärme und macht große Gebiete des Planeten bewohnbar.

Veränderungen der globalen Ozeanzirkulation in der Vergangenheit und ihre Auswirkungen auf die Zukunft

In einer Studie, die in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht wurde, wurde anhand versteinerter Muscheln aus alten Meeresbodensedimenten gezeigt, wie das Förderband vor etwa 50 Millionen Jahren funktionierte. Das Klima dieser Zeit ähnelt den Bedingungen, die für das Ende dieses Jahrhunderts vorhergesagt werden, wenn die Kohlenstoffemissionen nicht deutlich reduziert werden.

Die Ozeane regulieren das Klima der Erde, indem sie warmes Wasser vom Äquator zu den Polen transportieren und so die Temperaturen ausgleichen. Ohne diese Zirkulation wären die Tropen viel wärmer und die Pole viel kälter, was zu einem abrupten Klimawandel führen würde. Die Ozeane entfernen auch anthropogenes Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Die Ozeane sind heute das bei weitem größte Kohlenstoffreservoir auf der Erdoberfläche, sagte Sandra Kirtland Turner, stellvertretende Vorsitzende des Fachbereichs für Erd- und Planetenwissenschaften an der UCR und Erstautorin der Studie.

Wenn die Ozeanzirkulation abnimmt, könnte auch die Kohlenstoffaufnahme im Ozean zurückgehen, was die Menge an CO2, die in der Atmosphäre verbleibt, erhöhen würde.

Heute enthalten die Ozeane fast 40 Milliarden Tonnen Kohlenstoff, das ist mehr als das 40fache der Kohlenstoffmenge in der Atmosphäre. Die Ozeane absorbieren auch etwa ein Viertel der anthropogenen CO₂-Emissionen, so Kirtland Turner.

Hyperthermische Ereignisse

Das Forscherteam untersuchte den Beginn des Eozäns vor 49 bis 53 Millionen Jahren, als die Erde viel wärmer war. Während hyperthermischer Ereignisse, CO2- und Temperaturspitzen, erwärmte sich der tiefe Ozean um bis zu 12°C, mit einer zusätzlichen Erwärmung von 3°C. Obwohl die genaue Ursache hyperthermischer Ereignisse umstritten ist und sie lange vor der Existenz des Menschen stattfanden, sind diese hyperthermischen Ereignisse die besten Analogien, die wir für künftige Klimaänderungen haben, so Kirtland Turner.

Die Forscher rekonstruierten die Zirkulationsmuster in der Tiefsee während dieser hyperthermischen Ereignisse durch Analyse kleiner fossiler Schalen von Foraminiferen, Mikroorganismen, die in den Ozeanen vorkommen. Wenn die Lebewesen ihre Schalen aufbauen, nehmen sie Elemente aus dem Meer auf, und wir können die Unterschiede in der Chemie dieser Schalen messen, um Informationen über frühere Meerestemperaturen und Zirkulationsmuster zu rekonstruieren, so Kirtland Turner.

Die Schichten aus Kalziumkarbonat und seine Sauerstoffisotope geben Aufschluss über die Wassertemperatur und den Eisstand zu dieser Zeit.

Die Kohlenstoffisotope in den Muscheln zeigen das Alter des Wassers und wie lange es von der Oberfläche isoliert war.

Die Schalen der Foraminiferen spiegeln die Photosyntheseaktivität in ihrer Nähe wider und zeigen damit die kürzliche Anwesenheit von Oberflächenwasser an. Photosynthese findet nur an der Meeresoberfläche statt, so dass Wasser, das sich vor kurzem an der Oberfläche befand, ein kohlenstoffreiches 13-Signal aufweist, das sich in den Schalen widerspiegelt, wenn dieses Wasser in die Tiefe sinkt", erklärt Kirtland Turner. Im Gegensatz dazu hat Wasser, das lange Zeit von der Oberfläche isoliert war, relativ viel Kohlenstoff-12 angereichert, da die Überreste photosynthetischer Organismen absinken und sich zersetzen. Daher enthält älteres Wasser relativ mehr Kohlenstoff-12 als jüngeres Wasser.

Ergebnisse der Studie

Das Team nutzte Klimamodelle, um die Reaktion des alten Ozeans auf die Erwärmung zu simulieren, und bestätigte die Ergebnisse mit Analysen von Foraminiferenschalen. Während des Eozäns lag der CO2-Gehalt in der Atmosphäre bei etwa 1.000 Teilen pro Million (ppm), was zu den hohen Temperaturen beitrug.

Heute enthält die Atmosphäre etwa 425 ppm. Die derzeitigen menschlichen Emissionen von fast 37 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr könnten bis zum Ende dieses Jahrhunderts zu ähnlichen Bedingungen wie zu Beginn des Eozäns führen.

Kirtland Turner unterstreicht die Notwendigkeit, die Emissionen zu reduzieren. Es ist keine Alles-oder-Nichts-Situation, sagte er. Jede kleine, schrittweise Veränderung ist wichtig, wenn es um Kohlenstoffemissionen geht. Selbst kleine CO₂-Reduzierungen sind mit weniger Auswirkungen, weniger Verlusten an Menschenleben und weniger Veränderungen in der Natur verbunden.

Quellenhinweise:

Sandra Kirtland Turner et al, Sensitivity of ocean circulation to warming during the Early Eocene greenhouse. PNAS 2024. https://doi.org/10.1073/pnas.2311980121