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Meeres-Hitzewellen und Versauerung treten oft gemeinsam auf
Doppelter Stress im Meer: Extreme Oberflächenwärme fällt in vielen Ozeanregionen auffällig häufig mit ungewöhnlich hoher Versauerung zusammen. In niedrigen und mittleren Breiten treten solche kombinierten Ereignisse drei- bis viermal häufiger auf, als bei voneinander unabhängigen Extremen zu erwarten wäre. Eine globale Auswertung von 43 Jahren Daten zeigt zudem, wann dieser Zusammenhang besonders stark wird.
Zürich (Schweiz). Marine Hitzewellen können ganze Meeresregionen über Wochen oder Monate ungewöhnlich stark erwärmen. Zugleich kann die Konzentration von Wasserstoffionen im Wasser außergewöhnlich hoch steigen, ein Kennzeichen verstärkter Versauerung. Treffen beide Extreme zusammen, sind Organismen gleichzeitig zwei Belastungen ausgesetzt. Wie oft dies tatsächlich geschieht, war bisher jedoch nur unvollständig bekannt.
Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) um Luke Gregor haben nun die jüngere Geschichte solcher kombinierten Extreme an der Meeresoberfläche rekonstruiert. Dafür verbanden sie monatliche Daten zur Oberflächentemperatur mit dem beobachtungsbasierten Carbonatchemie-Datensatz OceanSODA-ETHZ für die Jahre 1982 bis 2024. Als Extrem zählte jeweils ein Monat, in dem die von langfristigen Trends bereinigte Temperatur und Wasserstoffionenkonzentration oberhalb ihres 95. Perzentils lagen.
Die Auswertung zeigt eine deutliche regionale Häufung. Global befand sich ein Rasterfeld im Mittel während drei Monaten des 43-jährigen Untersuchungszeitraums zugleich in einem Hitze- und Versauerungsextrem. Das entspricht 0,6 Prozent aller Monate und ist etwa zweieinhalbmal häufiger, als bei statistisch unabhängigen Extremen zu erwarten wäre.
In niedrigen und mittleren Breiten, mit Ausnahme des östlichen äquatorialen Pazifiks, ist die Kopplung noch ausgeprägter. Dort traten die kombinierten Extreme drei- bis viermal häufiger auf als nach dem Zufallsmodell. In hohen Breiten waren sie dagegen etwa viermal seltener als erwartet. Zudem gab es im Sommer annähernd doppelt so viele gekoppelte Extreme wie im Winter.
Meist bleiben die Ereignisse überschaubar. Nach den Kernergebnissen der Studie waren 73 Prozent kleiner als rund 500.000 Quadratkilometer und dauerten etwa einen Monat. Eine kleine Zahl großer Fälle prägt jedoch einen erheblichen Teil der insgesamt betroffenen Fläche. Zu ihnen gehörten der nordostpazifische „Blob“ von 2015, ein fast ein Jahr anhaltendes Ereignis im Nordatlantik 2023 bis 2024 und das besonders intensive Extrem vor Westaustralien 2011.
Warum treten Hitze und starke Versauerung gerade in bestimmten Regionen gemeinsam auf? Entscheidend ist ein chemisches Gegenspiel. Erwärmung verschiebt das Carbonatsystem des Meerwassers in Richtung einer höheren Wasserstoffionenkonzentration. Während einer Hitzewelle sinkt häufig zugleich die Menge an gelöstem anorganischem Kohlenstoff. Dieser Rückgang wirkt der temperaturbedingten Versauerung entgegen.
In dauerhaft geschichteten Meeresregionen kann die Erwärmung dieses Tauziehen gewinnen. Dann steigt die Wasserstoffionenkonzentration trotz des gegenläufigen Kohlenstoffeffekts stark genug an, um gleichzeitig mit der Hitzewelle einen Versauerungsextremwert zu erreichen. Beim „Blob“ etwa brach diese Kompensation im Sommer 2015 zusammen. Ein ähnliches Muster zeigte sich während der nordatlantischen Hitzewelle im Sommer 2023.
In Auftriebsgebieten des östlichen äquatorialen Pazifiks und in hohen Breiten ist die Lage häufig umgekehrt. Dort bringt aufsteigendes Tiefenwasser normalerweise mehr gelösten anorganischen Kohlenstoff und damit höhere Wasserstoffionenkonzentrationen an die Oberfläche. Eine warme Oberflächenschicht kann während einer Hitzewelle diesen Auftrieb bremsen. Dadurch können Temperatur und Versauerung dort sogar gegenläufig reagieren.
Auch die El-Niño-Southern-Oscillation (ENSO) prägt das Muster. Die größte räumliche Ausdehnung der kombinierten Extreme trat oft gegen Ende eines El-Niño-Ereignisses oder beim Übergang zu La Niña auf.