Als es das letzte Mal zu einer erheblichen Verlangsamung des mächtigen Netzwerks von Meeresströmungen kam, die das Klima rund um den Nordatlantik prägen, scheint dies Europa über ein Jahrtausend lang in eine tiefe Kälte gestürzt zu haben.
Das war vor etwa 12.800 Jahren, als nicht viele Menschen da waren, um es zu erleben. Aber in den letzten Jahrzehnten könnte die vom Menschen verursachte Erwärmung dazu führen, dass sich die Strömungen noch einmal verlangsamen, und Wissenschaftler haben daran gearbeitet, herauszufinden, ob und wann es zu einer weiteren starken Abschwächung kommen könnte, was Auswirkungen auf die Wettermuster in weiten Teilen der Welt haben würde.
Ein Forscherpaar in Dänemark hat diese Woche eine mutige Antwort vorgelegt: Bis zum Ende des Jahrhunderts könnte eine starke Abschwächung der Strömungen oder sogar ein Stillstand bevorstehen.
„Es war selbst für die Forscher eine Überraschung, dass ihre Analyse zeigte, dass ein möglicher Zusammenbruch so bald bevorstehe“, sagte eine von ihnen, Susanne Ditlevsen, Professorin für Statistik an der Universität Kopenhagen, in einem Interview. Klimaforscher sind sich im Allgemeinen einig, dass die atlantische Zirkulation in diesem Jahrhundert zurückgehen wird, es besteht jedoch kein Konsens darüber, ob sie vor 2100 zum Stillstand kommen wird.
Deshalb sei es auch eine Überraschung gewesen, sagte Dr. Ditlevsen, dass sie und ihr Co-Autor den Zeitpunkt eines Zusammenbruchs überhaupt bestimmen konnten. Wissenschaftler werden das Thema sicherlich weiter untersuchen und diskutieren, aber Dr. Ditlevsen sagte, die neuen Erkenntnisse seien Grund genug, einen Shutdown nicht als abstraktes, weit entferntes Problem zu betrachten. „Jetzt ist es soweit“, sagte sie.
Die neue Forschungsarbeit, die am Dienstag in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, ergänzt eine wachsende Zahl wissenschaftlicher Arbeiten, die beschreiben, wie der anhaltende Ausstoß wärmespeichernder Gase durch den Menschen Klima-„Kipppunkte“ oder schnelle und schwer rückgängig zu machende Veränderungen in der Umwelt auslösen könnte.
Plötzliches Auftauen des arktischen Permafrosts. Verlust des Amazonas-Regenwaldes. Zusammenbruch der Eisschilde Grönlands und der Westantarktis. Sobald sich die Welt über einen bestimmten Punkt hinaus erwärmt, könnten diese und andere Ereignisse rasch in Gang kommen, warnen Wissenschaftler, obwohl die genauen Schwellenwerte, ab denen dies geschehen würde, noch höchst ungewiss sind.
Im Atlantik haben Forscher nach Vorboten einer kipppunktartigen Veränderung in einem Gewirr von Meeresströmungen gesucht, das einen unschönen Namen trägt: Atlantic Meridional Overturning Circulation oder AMOC (ausgesprochen „EY-mock“).
Diese Strömungen transportieren warmes Wasser aus den Tropen durch den Golfstrom, vorbei am Südosten der Vereinigten Staaten, bevor sie in Richtung Nordeuropa abbiegen. Wenn dieses Wasser seine Wärme weiter nördlich an die Luft abgibt, wird es kälter und dichter, wodurch es in die Tiefsee sinkt und zurück in Richtung Äquator wandert. Dieser Absinkeffekt oder „Umkippen“ ermöglicht es den Strömungen, enorme Wärmemengen um den Planeten zu transportieren, was sie enormen Einfluss auf das Klima rund um den Atlantik und darüber hinaus hat.
Während der Mensch jedoch die Atmosphäre erwärmt, führt das Abschmelzen des grönländischen Eisschildes zu großen Mengen an Süßwasser in den Nordatlantik, was das Gleichgewicht zwischen Hitze und Salzgehalt stören könnte, das den Umsturz in Gang hält. Ein Teil des Atlantiks südlich von Grönland hat sich in den letzten Jahren deutlich abgekühlt und einen „kalten Fleck“ gebildet, den einige Wissenschaftler als Zeichen dafür sehen, dass sich das System verlangsamt.
Würde die Zirkulation in einen viel schwächeren Zustand kippen, wären die Auswirkungen auf das Klima weitreichend, obwohl Wissenschaftler ihr mögliches Ausmaß noch untersuchen. Ein Großteil der nördlichen Hemisphäre könnte abkühlen. An den Küsten Nordamerikas und Europas könnte es zu einem schnelleren Anstieg des Meeresspiegels kommen. Nordeuropa könnte stürmischere Winter erleben, während die Sahelzone in Afrika und die Monsunregionen Asiens höchstwahrscheinlich weniger Regen bekommen würden.
Hinweise aus Eis- und Sedimentkernen deuten darauf hin, dass die atlantische Zirkulation in der tiefen Vergangenheit abrupte Stopps und Starts erlebte. Aber die fortschrittlichsten Computermodelle der Wissenschaftler zum globalen Klima haben eine breite Palette von Vorhersagen darüber geliefert, wie sich die Strömungen in den kommenden Jahrzehnten verhalten könnten, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass die Mischung der sie prägenden Faktoren so komplex ist.
Dr. Ditlevsens neue Analyse konzentrierte sich auf eine einfache Metrik, die auf Meeresoberflächentemperaturen basiert und denen ähnelt, die andere Wissenschaftler als Proxy für die Stärke der atlantischen Zirkulation verwendet haben. Sie führte die Analyse zusammen mit Peter Ditlevsen durch, ihrem Bruder, der Klimaforscher am Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen ist. Sie nutzten Daten zu ihrem Proxy-Maß von 1870 bis 2020, um statistische Indikatoren zu berechnen, die Veränderungen beim Umsturz vorhersagen.
„Wir sehen nicht nur einen Anstieg dieser Indikatoren“, sagte Peter Ditlevsen, „sondern auch einen Anstieg, der mit der Annäherung an einen Wendepunkt übereinstimmt.“
Anschließend nutzten sie die mathematischen Eigenschaften eines Kipppunkt-ähnlichen Systems, um aus diesen Trends zu extrapolieren. Das veranlasste sie zu der Vorhersage, dass die atlantische Zirkulation um die Mitte des Jahrhunderts zusammenbrechen könnte, obwohl dies möglicherweise bereits im Jahr 2025 und erst im Jahr 2095 eintreten könnte.
Ihre Analyse enthielt keine konkreten Annahmen darüber, wie stark die Treibhausgasemissionen in diesem Jahrhundert steigen werden. Man ging lediglich davon aus, dass die Kräfte, die einen AMOC-Kollaps herbeiführen, in einem unveränderlichen Tempo anhalten würden – im Wesentlichen, dass die atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen weiter ansteigen würden, wie sie es seit der Industriellen Revolution getan haben.
In Interviews lobten mehrere Forscher, die den Umsturz untersuchen, die neue Analyse dafür, dass sie einen neuartigen Ansatz verwendet, um vorherzusagen, wann wir einen Wendepunkt überschreiten könnten, insbesondere angesichts der Schwierigkeit, dies mithilfe von Computermodellen des globalen Klimas zu tun. Sie äußerten jedoch Vorbehalte gegen einige seiner Methoden und sagten, dass noch mehr Arbeit erforderlich sei, um den Zeitpunkt mit größerer Sicherheit festzulegen.
Susan Lozier, eine physikalische Ozeanografin am Georgia Tech, sagte, dass die Meeresoberflächentemperaturen im Nordatlantik nahe Grönland nicht unbedingt nur durch Veränderungen im Umsturz beeinflusst würden, was sie zu einem fragwürdigen Indikator für die Schlussfolgerung dieser Veränderungen mache. Sie verwies auf eine letztes Jahr veröffentlichte Studie, die zeigte, dass ein Großteil der Entwicklung des kalten Flecks durch Veränderungen im Wind und in atmosphärischen Mustern erklärt werden könnte.
Wissenschaftler verwenden nun Sensoren, die über den Atlantik geschleudert werden, um das Umkippen direkt zu messen. Dr. Lozier ist an einer dieser Messbemühungen beteiligt. Ziel ist es, besser zu verstehen, was die Veränderungen unter den Wellen antreibt, und die Prognosen für zukünftige Veränderungen zu verbessern.
Allerdings begannen die Projekte frühestens im Jahr 2004 mit der Datenerhebung, was nicht ausreicht, um fundierte langfristige Schlussfolgerungen zu ziehen. „Es ist äußerst schwierig, einen kurzen Blick auf die Ozeanumwälzungen zu werfen und zu sagen, was sie in 30, 40 oder 50 Jahren bewirken werden“, sagte Dr. Lozier.
Levke Caesar, ein Postdoktorand, der das Umkippen an der Universität Bremen in Deutschland untersucht, äußerte Bedenken hinsichtlich der älteren Temperaturaufzeichnungen, die Dr. Ditlevsen und Dr. Ditlevsen zur Berechnung ihres Proxys verwendeten. Diese Aufzeichnungen aus dem späten 19. und frühen 20. Jahrhundert seien möglicherweise nicht zuverlässig genug, um ohne sorgfältige Anpassungen für eine detaillierte statistische Analyse verwendet zu werden, sagte sie.
Dennoch sende die neue Studie eine dringende Botschaft über die Notwendigkeit, weiterhin Daten über die sich ändernden Meeresströmungen zu sammeln, sagte Dr. Caesar. „Es passiert etwas, und es ist wahrscheinlich ungewöhnlich“, sagte sie. „Etwas, das ohne uns Menschen nicht passiert wäre.“
Die Unsicherheit der Wissenschaftler über den Zeitpunkt eines AMOC-Kollapses sollte nicht als Entschuldigung dafür genommen werden, die Treibhausgasemissionen nicht zu reduzieren, um ihn zu vermeiden, sagte Hali Kilbourne, außerordentliche Forschungsprofessorin am Center for Environmental Science der University of Maryland.
„Es ist sehr plausibel, dass wir bereits von einer Klippe gefallen sind und es nicht wissen“, sagte Dr. Kilbourne. „Ehrlich gesagt befürchte ich, dass es zum Handeln schon viel zu spät ist, wenn sich das Ganze erst einmal als gesichert erwiesen hat.“