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Rückkopplung: Das Tote Meer heizt sich beim Schrumpfen selbst auf
Das Tote Meer wird nicht nur durch steigende Lufttemperaturen wärmer. Ein physikalisches Modell zeigt, dass sein sinkender Wasserspiegel die Verdunstungskühlung schwächt und dadurch eine selbstverstärkende Rückkopplung aus Erwärmung und weiterem Wasserverlust antreibt. Bis 2100 könnte der See bei vollständiger hydrologischer Isolation rund 85 Meter tiefer liegen und sich um etwa fünf bis acht Grad Celsius erwärmen.
Potsdam (Deutschland). Das Tote Meer verliert seit Jahrzehnten Wasser, weil seine natürlichen Zuflüsse stark reduziert wurden. Zugleich steigt die Temperatur seines extrem salzhaltigen Wassers ungewöhnlich schnell. Bisher war unklar, wie viel davon auf die wärmere Luft und wie viel auf das Schrumpfen des Sees selbst zurückgeht.
Die Entwicklung ist auch für die Erdgeschichte interessant, denn das Tote Meer ist heute ein seltenes natürliches Vergleichssystem für stark konzentrierte Salzlösungen, aus denen mächtige Ablagerungen von Steinsalz und Kaliumsalzen entstehen können. Solche sogenannten Salzriesen bildeten sich wiederholt in zeitweise vom Ozean abgetrennten Meeresbecken.
Forscher des GFZ Helmholtz-Zentrums für Geoforschung (GFZ) um Dr. Emmanuel Guillerm haben nun ein Modell entwickelt, das Wärme- und Massenflüsse in tiefen hypersalinen Gewässern koppelt. Das Team kalibrierte es mit Messungen aus den Jahren 2012 bis 2015 und prüfte es anschließend an Beobachtungen von 1979 bis 2019, wobei das Modell die gemessene Erwärmung der Wassersäule von rund drei Grad Celsius reproduzierte.
„Forscher wissen seit Langem, dass sich das Tote Meer schnell erwärmt hat, wobei die Wassertemperaturen in den vergangenen vier Jahrzehnten um mehr als drei Grad Celsius gestiegen sind“, erklärt Emmanuel Guillerm.
Mit Sensitivitätsrechnungen trennten die Forscher die beiden wichtigsten Antriebe. Die seit den 1970er Jahren um etwa 1,8 Grad Celsius gestiegene Lufttemperatur trug demnach rund 1,3 Grad zur Erwärmung der oberen wie der tiefen Wasserschicht bei. Der sinkende Wasserspiegel steuerte zusätzlich etwa 0,5 Grad in der oberen und 1,5 Grad in der tiefen Wasserschicht bei.
„Während die Hälfte dieser Erwärmung auf die Erwärmung der Luft zurückgeht, beruht der Rest auf dem sinkenden Seespiegel, der etwa durch die Umleitung von Wasser für die Landwirtschaft verursacht wird“, ergänzt Emmanuel Guillerm.
Hinter diesem Effekt steckt die zunehmende Salzkonzentration, denn beim Schrumpfen des Toten Meeres sinkt die Wasseraktivität der Sole, also die thermodynamische Verfügbarkeit von Wasser für die Verdunstung. Dadurch geht weniger Wärme durch Verdunstung verloren, während die wärmere Sole zugleich weiterhin Wasser an die Atmosphäre abgeben kann und den Wasserspiegel weiter senkt.
So entsteht eine positive Rückkopplung, weil wärmeres Wasser die Verdunstung fördert, der weitere Wasserverlust die Sole konzentriert und ihre Verdunstungskühlung schwächt, wodurch sich das Wasser erneut stärker erwärmt. In der Tiefe wird dieser Effekt zusätzlich durch vertikale Wärmeflüsse verstärkt, die Wärme aus der oberen in die tiefe Wasserschicht transportieren.
Für die Zukunft simulierten die Forscher das Tote Meer bis zum Jahr 2600 unter zwei Erwärmungsszenarien. Die Projektionen nehmen eine vollständige hydrologische Isolation an, während relative Luftfeuchte, Wind und Sonneneinstrahlung im Modell auf ihren mittleren Jahresgängen der vergangenen Jahrzehnte bleiben. Unter diesen Annahmen fällt der Wasserspiegel bis 2100 um rund 85 Meter und die Wassersäule erwärmt sich je nach Emissionspfad um etwa fünf bis acht Grad Celsius.