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Erderwärmung lässt im Pazifik junges Wasser altern und altes jünger werden
Mit der Erwärmung verliert der Pazifik nicht überall gleich schnell Sauerstoff. Modellrechnungen zeigen nun, dass gut belüftetes Wasser im subtropischen Nordpazifik künftig länger von der Oberfläche getrennt bleibt, während sauerstoffarmes Wasser in den Tropen im Mittel jünger wird. Dahinter steckt eine Abschwächung vertikaler Strömungen durch die stärkere Schichtung des Ozeans.
Princeton (U.S.A.). Gelöster Sauerstoff gelangt vor allem an der Meeresoberfläche ins Wasser und wird im Ozeaninneren nach und nach verbraucht. Wassermassen, die lange keinen Kontakt zur Atmosphäre hatten, sind deshalb meist sauerstoffärmer, weshalb Klimamodelle ihre Belüftung mit einem sogenannten idealen Alter verfolgen, das die Zeit seit dem letzten Oberflächenkontakt angibt.
Im Pazifik ist dieser Austausch räumlich sehr unterschiedlich, denn die subtropische Thermokline, die Übergangsschicht zwischen warmem Oberflächenwasser und dem kalten Tiefenwasser, wird in etwa 200 bis 1.000 Metern Tiefe relativ gut belüftet. Im tropischen Ostpazifik liegen dagegen ausgedehnte Sauerstoffminimumzonen, deren Wasser schon heute nur langsam erneuert wird.
Forscher der Princeton University um Benjamin A. Taylor haben untersucht, warum sich diese Gegensätze bei weiterer Erwärmung verstärken könnten, und dazu Projektionen aus dem Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) mit einem vereinfachten Ozeanzirkulations- und Biogeochemiemodell verglichen. In einer Vergleichssimulation stieg die Meeresoberflächentemperatur über 100 Jahre gleichmäßig um 3,5 Grad Celsius. Weitere Versuche erwärmten die Oberfläche global oder in einzelnen Regionen abrupt um 4 Grad Celsius, während der Windantrieb unverändert blieb.
Im subtropischen Nordpazifik wird junges, sauerstoffreiches Oberflächenwasser normalerweise in die Thermokline transportiert. Die Modellrechnungen zeigen, dass eine stärkere Schichtung die subtropische Zirkulation flacher macht, wodurch weniger frisch belüftetes Wasser die tieferen Bereiche der Thermokline erreicht. Dort steigt das ideale Alter und der Sauerstoffgehalt sinkt.
Das bedeutet nicht, dass der subtropische Wasserkreislauf insgesamt im gleichen Maß schwächer wird. In den idealisierten Versuchen blieb der durch die Winde bestimmte, über die Tiefe integrierte Transport weitgehend erhalten, verlagerte sich aber in flachere Schichten, sodass die bisherigen Belüftungswege die unteren Bereiche der Thermokline schlechter erreichen.
In den Tropen wirkt derselbe Grundprozess in die andere Richtung, weil die Thermokline dort unter anderem durch den Auftrieb älteren, sauerstoffarmen Wassers aus der Tiefe geprägt wird. Wenn die vertikale Bewegung nachlässt, gelangt weniger dieses alten Wassers nach oben und das mittlere Alter der tropischen Wassermassen sinkt.
Einen Teil dieser Veränderung führt das Modell auf eine Fernwirkung des Südozeans zurück. Erwärmt sich das Wasser in mittleren südlichen Breiten, schwächt sich dort das Absinken von Wasser ab. Die dadurch ausgelöste Anpassung der Zirkulation breitet sich über Kelvinwellen in den Pazifik aus und verringert schließlich auch den Auftrieb alten Wassers in den Tropen und im Nordpazifik.
Beim Sauerstoff hebt die Verjüngung der tropischen Wassermassen einen Teil des Erwärmungseffekts auf. Wärmeres Wasser kann weniger Sauerstoff lösen, zugleich wird aber weniger bereits sauerstoffarmes Tiefenwasser herangeführt. Deshalb fällt der projizierte Sauerstoffverlust in den tropischen Sauerstoffminimumzonen in den Modellen deutlich schwächer aus als in der gut belüfteten subtropischen Thermokline.
Die Autoren betonen, dass ihre Experimente vor allem einen physikalischen Mechanismus isolieren und keine vollständige Vorhersage des künftigen Pazifiks liefern. Das verwendete Modell ist gröber als moderne Klimamodelle, vereinfacht die Küstengeometrie und hält die Windantriebe konstant, wobei besonders im Südozean einige dieser Vereinfachungen die Stärke der Fernwirkung überschätzen können.