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Golfstrom in Gefahr?

In Klimawandel on 8. August 2009 at 22:09

Ein plötzlicher Meeresspiegelanstieg entlang der gesamten  Ostküste der USA und eine deutliche Abkühlung im Nordatlantik deuten womöglich auf eine erhebliche Abschwächung des Golfstroms hin. Käme es tatsächlich soweit, dann hätte das einschneidende Konsequenzen für die klimatischen Bedingungen in ganz Europa und auch darüber hinaus.

Die Abkühlung im Nordatlantik begann Anfang Juni in der Region der Azoren, setzt sich bis heute fort und dehnte sich dabei allmälich über eine immer grössere Fläche aus, wobei sich die Wassertemperturen zeitweise sogar noch immer weiter zurückgingen.

Die negative Temperaturanomalie im Nordatlantik am 30. Juli 2009…

… und eine Woche später am 7.August 2009 Quelle: http://weather.unisys.com/surface/sst_anom.html

Zeitgleich kam es an der gesamten US-Ostküste vollkommen überraschend zu einem drastischen Meeresspiegelanstieg um teilweise bis zu 60cm. Im Juli halbierten sich die Pegelstände allerdings wieder. Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) veröffentlichte sogar eine Alarmmeldung.

Die Alarmmeldung der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Screenshot.  Quelle:(http://tidesandcurrents.noaa.gov/press/EastCoastWaterLevelAnomaly.shtml).

Die beiden Ereignisse, vor allem aber auch ihr zeitliches Zusammentreffen entsprechen beunruhigenderweise genau dem Szenario, das Klimamodelle für den Fall einer einer drastischen Abschwächung des Golfstroms bzw. seines nordatlantischen Armes (Nordatlantikstrom) gerechnet haben. Dabei hat der Meeresspiegelanstieg zunächst strömungsdynamisches Gründe. Für den Fall einer Verlangsamung des Nordatlantikstroms staut sich das Wasser in Richtung der US-amerikanischen Ostküste zurück. Zu dieser Interpretation der Ereignisse passt sehr gut, dass die Abkühlung im Nordatlantik genau dort stattfindet, wo auch der aus dem Golfstrom entspringende Nordatlantikstrom verläuft. Auch eine auffällige Erwärmung der Wassertemperaturen entlang der US-Ostküste passt gut ins Bild, da mit dem Rückstau der Meeresströmung natürlich auch ein Wärmerückstau einhergeht.

Tatsächlich bestätigte die NOAA inzwischen, dass tatsächlich eine Verlangsamung des Golfstroms stattgefunden hat (http://www.27east.com/story_detail.cfm?id=224470&town=East%20Hampton&n=The%20sea%20is%20rising ).

Niemand kann zurzeit sagen, wie es weitergeht. Sollte  sich der Golfstrom wieder erholen, so wäre das kein Anlass zur Entwarnung. Denn auch für diesen Fall müsste man leider davon ausgehen, dass die thermohaline Zirkulation sich bereits in einem Bereich gefährlicher Instabilität bewegt.

Wie alle Meeresströmungen wird auch der Golfstrom  durch Winde, aber auch durch Veränderungen von Temperatur und Salzgehalt des Meereswassers  angetrieben (thermohaline Zirkulation).

Golfstrom: Die warme und turbulente Meeresströmung bildet immer wieder Wirbel aus, insbesondere dort, wo der Nordatlanikstrom auf den kalten Labradorstrom aus dem Norden trifft. Quelle: http://idw-online.de/

Das vom Äquator zu den Polen strömende Warmwasser gibt seine Wärme vor allem durch Verdunstung (latente Wärme) nach und nach an die darüberliegenden Luftschichten ab. Damit einhergehend erhöht sich der Salzgehalt des Wassers stetig.  Die Dichte des Wassers nimmt so immer weiter zu bis es schliesslich weit im Norden in abwärtsgerichteten Wirbeln abzusinken beginnt (Absinkzonen). Begünstigend wirkt hier im Winter auch  die Neubildung von Meereis. Da das Eis nur wenig Salz aufnehmen kann, wird das überschüssige Salz beim Gefrieren abgepresst, wobei sich der Salzgehalt des umgebenden Meerwassers natürlich weiter zunimmt. Ausserdem kühlt das Wasser bei Kontakt mit dem Eis noch weiter an. Absinkzonen befinden sich zum Beispiel südlich von Grönland oder bei Island. Die Bildung von kaltem und salzhaltigem Tiefenwasser, welches wieder in Richtung Äquator strömt, wirkt wie eine Pumpe und verstärkt so die Meeresströmung.

Da Meeresströmungen sowohl durch Unterschiede in der Wassertemperatur als auch im Salzgehalt angetrieben werden spricht man auch von einer thermohalinen Zirkulation.

Die vom Golf- und Nordatlantikstrom erwärmte feuchte Meeresluft gelangt mit den in mittleren Breiten vorherrschenden Westwinden (und den sich in der Luftströmung ab einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit bildenden Tiefdruckwirbeln) nach Europa und sorgt dort vor allem in den Wintermonaten für ein deutlich milderes Klima als es sich ansonsten aus der geographischen Lage ergeben würde. Eine Abschwächung des Golfstroms bedeutet also automatisch eine mehr oder weniger drastische Abkühlung.

Zu einer Abschwächung der thermohalinen Zirkulation des Golf- und Nordatlantikstroms kann es dann kommen, wenn grosse Mengen Süsswasser in den Nordatlantik gelangen, vor allem auch im Bereich der Absinkzonen:

Die globale Erwärmung als Folge der Emission von Treibhausgasen verstärkt die Wasserverdunstung. Die wärmere und feuchtere Luft gelangt durch die atmosphärische Zirkulation in höhere Breiten, wo es dann häufiger und mehr Niederschläge gibt.

Auch das Abschmelzen grösserer Eismassen erhöht den Süsswassereintrag in den Nordatlantik. Im Jahre 2007 erreichte die Eischmelze in der Arktis einen absoluten Rekord. 2008 gab es zwar eine leichte Erholung, aber in 2009 könnte der Rekordwert von 2007 (nahezu) wieder erreicht werden. Was vor zwei Jahren noch vielfach als ein Ausrutscher aufgrund einer besonderen Wetterlage angesehen wurde, wird offenbar sehr schnell zur Normalität.

Die Eisschmelze in der Arktis hat sich in den letzten Jahren stark beschleunigt. Grosse Mengen Süsswasser gelangen dadurch in den Nordatlantik. Quelle: http://nsidc.org/

 

Mit der globalen Erwärmung nehmen mit der Zeit natürlich auch die Wassertemperaturen zu.

Durch alle drei Vorgänge nimmt die Dichte des Oberflächenwassers immer mehr ab, bis schliesslich die Tiefenwasserbildung ins Stocken gerät, wodurch die Meeresströmung insgesamt langsamer wird oder sogar ganz zusammenbricht.

Golfstrom und Thermohaline Zirkulation. Quelle: SPIEGEL Online

Die Folgen einer deutlichen Abschwächung des Golf- und Nordatlantikstroms  wären dramatisch. Die Winter in Europa würden deutlich kälter und länger anhaltend. Im gesamten Nordatlantik würde der Meeresspiegel um bis zu 1 Meter ansteigen, im Südatlantik dagegen abnehmen. Wegen der mangelnden Durchmischung mit tieferen Wasserschichten würde sich das Oberflächenwasser immer mehr erwärmen und eine stabile Schichtung ausbilden(durch thermische Ausdehnung   leichter als das kühlere Tiefenwasser).  Die sich immer weiter erwärmenden und ausdehnenden oberflächennahen Wasserschichten würden erheblich zum schon erwähnten Anstieg des Meersspiegels beitragen. Infoge mangelnder Durchmischung gäbe es in den obersten Wasserschichten bald kaum noch Mineral- und Nährstoffe. Die nur in den oberen Wasserschichten vorkommenden Meeresalgen (nur  hier ist es hell genug für die Photosynthese) würden grösstenteils absterben. Darüber hinaus würden auch alle sich von den Algen direkt oder indirekt ernährenden Meeresbewohner ihre Lebensgrundlage verlieren.

Nach dem Absterben der Meeresalgen (Phytoplankton) könnten die Ozeane deutlich weniger CO2 aufnehmen und ein sich selbst verstärkter Treibhauseffekt durch mehr CO2 wäre die Folge.  

Aber das wäre leider noch nicht alles, denn Meeresalgen fördern auch die Wolkenbildung. Wolken wirken direkt abkühlend, denn sie reflektieren das Sonnenlicht.

Meeresalgen haben es schwer mit dem Salzwasser zurecht zu kommen, denn zuviel Salz ist für sie ein Gift. Meereswasser hat einen Salzgehalt von 3,5%. !Ein Salzgehalt von 4% ist aber schon  kritisch, denn die elektrischen Ladungen der Salzionen stören die inneren Bindungen ihrer Zellstrukturen. Bei 6% lösen sich die Biomembranen auf, was unmittelbar den Tod der Meeresalgen zur Folge hat.  Die Meeresalgen haben aber ein Gegenmittel. Sie bilden DMSP (Dimethylsulfonpropionat), eine ionische Verbindung, deren Molekül eine positive und eine negative Ladung enthält, die sich beide aber nach aussen hin neutralisieren.  DMSP ist deshalb für die Algen ungiftig. Indem sie  Salzionen durch DMSP ersetzen halten die Meeresalgen ihren Salzgehalt niedrig, denn DMSP verringert den osmotischen Druckgradienten zwischen Meerwasser und Zellinnerem. Wenn Meeresalgen sterben wird DMSP freigesetzt und durch Bakterien im Wasser abgebaut. Dabei entsteht das gasförmige DMS (Dimethylsulfid). DMS wird sehr rasch durch den atmosphärischen Sauerstoff zu Sulfaten oxidiert. Diese Sulfataerosole ziehen Wasser an und wirken so  als Kondensationskeime für die Wolkenbildung . Zusätzliche Wolken wirken direkt abkühlend, da sie das Sonnenlicht abschirmen (s.o.).

Einfluss der Meeresalgen (Phytoplankton)auf die Wolkenbildung. Quelle: http://www.icm.csic.es/bio/projects/basics/Project_objectives/Fig2.jpg

Ein Absterben der Meeresalgen im grossen Stil würde also für einen verstärkten Treibhauseffekt sorgen und ausserdem auch für weniger abkühlend wirkende Wolken. Beides zusammen liefe auf eine deutlich beschleunigte globale Erwärmung hinaus mit all ihren Folgen z.B. für den Meeresspiegel.  Die  Abkühlung in Europa wäre dann längerfristig nur eine vorübergehende Episode.

Jens Christian Heuer