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AMOC-Kollaps könnte CO₂ aus der Tiefsee freisetzen
Verstärkender Rückkopplungseffekt: Bricht die Atlantische Meridionale Umwälzströmung (AMOC) zusammen, könnte der Südliche Ozean große Mengen gespeicherten Kohlenstoffs an die Atmosphäre abgeben. Modellrechnungen ergeben bei wärmeren Ausgangsklimata einen zusätzlichen CO₂-Anstieg um 47 bis 83 ppm und rund 0,2 Grad Celsius mehr globale Erwärmung. Regional wären die Temperaturgegensätze noch weit stärker.
Potsdam (Deutschland). Die AMOC gehört zu den großen Umwälzströmungen der Ozeane und transportiert warmes Oberflächenwasser im Atlantik nach Norden, während kälteres Tiefenwasser wieder nach Süden strömt. Ein Kollaps würde deshalb nicht nur die Wärmeverteilung verändern, sondern auch den Austausch von Kohlenstoff zwischen Ozean und Atmosphäre.
Doch was ein solcher Strömungsabriss mit dem Kohlenstoffspeicher Ozean macht, war bislang weniger untersucht. Gerade tiefe Wassermassen lagern große Mengen Kohlenstoff über lange Zeiträume ein, doch ein AMOC-Kollaps könnte diesen Speicher laut neuen Modellrechnungen im Südlichen Ozean teilweise wieder belüften.
Forscher des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) um Da Nian haben dafür das Erdsystemmodell CLIMBER-X eingesetzt. Sie ließen das simulierte Klima zunächst bei verschiedenen stabilen CO₂-Konzentrationen zwischen 280 und 600 ppm ins Gleichgewicht kommen. Anschließend führten sie dem Nordatlantik gezielt Süßwasser zu, um die AMOC zusammenbrechen zu lassen, und verfolgten die langfristige Entwicklung über mehrere Jahrtausende.
Bei vorindustriellen 280 ppm erholte sich die Zirkulation nach Ende des Süßwasserimpulses vollständig, während sie ab 350 ppm in diesen Gleichgewichtssimulationen im kollabierten Zustand blieb. Das ist keine Vorhersage eines realen Schwellenwerts für die heutige AMOC, sondern ein Verhalten dieses Langzeitmodells unter bewusst stabilisierten Klimabedingungen.
„Höhere CO₂-Konzentrationen verändern die AMOC-Stabilität grundlegend und treiben das System in einen bistabilen Zustand, in dem die AMOC über Hunderte von Jahren schwächer werden und dann dauerhaft zusammenbrechen könnte. Ist sie einmal zum Erliegen gekommen, sehen wir, dass sie sich langfristig nicht wieder erholt“, sagt Da Nian.
Der entscheidende Kohlenstoffeffekt spielte sich rund um die Antarktis ab, wo sich nach dem AMOC-Kollaps im Modell die tiefe Konvektion im Südlichen Ozean verstärkte. Dadurch gelangte kohlenstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche und ein Teil des gespeicherten Kohlenstoffs entwich als CO₂ in die Atmosphäre.
In der vollständig gekoppelten Modellversion stieg die atmosphärische CO₂-Konzentration um 47 bis 83 ppm, entsprechend rund 100 bis 175 Gigatonnen zusätzlichem Kohlenstoff in der Atmosphäre. Zwar nahm die Landbiosphäre einen Teil der Freisetzung wieder auf, dennoch blieb je nach Ausgangsklima ein zusätzlicher globaler Erwärmungsbeitrag von 0,17 bis 0,27 Grad Celsius.
„Diese Temperaturänderung wird durch das freigesetzte CO₂ aus dem Südlichen Ozean angetrieben, denn durch die verstärkte Durchmischung gelangt CO₂-reiches Tiefenwasser an die Oberfläche“, erklärt Matteo Willeit vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).
Global fällt der zusätzliche Erwärmungsschub vergleichsweise klein aus, regional aber nicht. Nach Erreichen eines neuen Gleichgewichts kühlte sich die Arktis im Modell um rund sieben Grad Celsius ab, während sich die Antarktis um rund sechs Grad erwärmte. Der starke Gegensatz entsteht vor allem durch die veränderte Wärmeverteilung nach dem Zusammenbruch der Atlantikzirkulation.