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Ozeanzirkulation und CO2-Gehalt, Klimaregulation gestern und heute
Welche ozeanischen Prozesse mit welcher Geschwindigkeit den zentral wichtigen CO2-Austausch zwischen Atmosphäre und Ozean, gleichsam die Durchlüftung der Ozeane, steuern, ist unklar. Detaillierte Hinweise darauf, wie dies in der Vergangenheit funktioniert hat, liefert nun ein Artikel von Professor Michael Sarnthein, Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“ der Universität Kiel, vom 14.01.2011 im Wissenschaftsmagazin Science. Sarnthein zeigt Wege auf, wie ein weitaus dichteres dreidimensionales Netz von Mess-Stationen für Durchlüftungsalter des Ozeans für die Zeiten seit der letzten Eiszeit aufzubauen ist. Damit sollte sich in absehbarer Zeit ein klares Bild herausschälen, welche ozeanischen Prozesse auf welche Weise und mit welcher Geschwindigkeit den zentral wichtigen CO2-Austausch zwischen Atmosphäre und Ozean in der Vergangenheit gesteuert haben und damit wohl auch in der Zukunft steuern werden. Zum gleichen Thema erscheint in derselben Ausgabe von Science eine Studie von D. Thornally, Cardiff, Wales, und Co-Autoren.
Nach dem Ende der letzten Eiszeit vor rund 19 000 Jahren waren Klima und Ozean global fundamentalen Änderungen unterworfen. Im Nordatlantik wirkte sich z.B. diese Abschmelz-Zeit der Eisschilde, das „Deglazial“, in grundsätzlichen Wechseln der Meridionalen Umwälz-Zirkulation („MOC“) aus. Heute schafft die MOC warme und hoch salinare Oberflächenwässer bis weit nach Norden in kühle Breiten, wo diese Wässer einerseits Nordeuropa aufheizen, andererseits absinken, das „Nordatlantische Tiefen¬wasser“ bilden und erst nach gut zweitausend Jahren wieder zurück an die Oberfläche zirkulieren. Dieser Prozess ist substantiell für die Regulation des Klimas und den Kohlendioxid- (CO2-) Gehalt der Atmosphäre. Es ist daher äußerst wichtig zu verstehen, wie dieser Prozess in der Vergangenheit funktionierte, um seine möglichen Einflüsse auf das Klima der Zukunft genauer abzuschätzen.
Die MOC war im Deglazial vor 19 bis 10 tausend Jahren einer ganzen Reihe von fundamentalen und abrupten Umschwüngen unterworfen, die z.T. nur über Jahrhunderte anhielten. Außerdem gelangten damals Wassermassen in den tiefen Nordost-Atlantik, die mit einem Alter von über 5000 Radiokarbon- (14C-) Jahren seit ihrem letzten Kontakt mit der Atmosphäre alle bisherigen Schätzwerte bei weitem übertreffen. Diese Alter werden in Sedimentkernen aus der Tiefsee am 14C zu 12C-Verhältnis in den Schalen von einzelligen marinen Organismen, den am Boden oder nahe der Wasseroberfläche lebenden Foraminiferen gemessen. Die Klimaprofile dieser Kerne lassen sich durch den Vergleich mit exakt ausgezählten Altern der Eiskerne von Grönland zeitlich genau eichen. Aus der Differenz zu den Kalender-Altern haben Thornalley et al. die 14C-Altern schließlich in die „Ventilationsalter“ jener Wassermassen umgerechnet, in denen jene Foraminiferen einmal gelebt haben.
In einer Trippel-Abbildung hat Sarnthein nun erstmals die Ventilationsalter für ozeanische Tiefen und Zwischenwässer für drei aufeinander folgende Zeitscheiben aus der ganzen Welt zusammengestellt, für das Letzte Glazial Maximum (LGM), das Heinrich-1 Schmelzwasser-Ereignis (HS-1) und die Boelling Warmzeit. Als Grundlage dienten publizierte Altersdaten aus 12 bis 14 Tiefseekernen, die nach unterschiedlichen Methoden ermittelt worden sind. Heutzutage wird ein Wasserpaket auf seinem Weg von der Konvektion im Europäischen Nordmeer bis zum Südozean ca. 1400 und bis zum Auftreiben im Nordost Pazifik rund 2200 Jahre alt, entsprechend einem Zerfall von rund 250 ‰ des ursprünglichen 14C. Dieser Befund bildet die Messgrundlage für das Konzept einer globalen thermohalinen Zirkulation, des „ozeanischen Salzförderbands“.
Unterhalb von 2000 m Wassertiefe ist das allmähliche Altern der Tiefenwässer heute mit einer Zunahme des gelösten CO2 direkt korreliert (etwa 7 µmol/kg CO2 entsprechen einer 14C-Abnahme um ca. 50 ‰). Diese Beziehung erlaubt, die unterschiedliche ozeanische Speicherfähigkeit von CO2 nun erstmals auch für vergangene Klimazustände zu rekonstruieren. Während des LGM und HS-1 waren jene Tiefenwässer nach den neuen Ventilationsaltern um durchschnittlich 1000 – 2000 Jahre älter als heute, entsprechend einem Anstieg der CO2 Lösung um 14 – 28 mmol/kg Wasser. Zu jener Zeit lag der atmosphärische CO2-Druck um rund ein Drittel niedriger als der vorindustrielle Wert von 290 ppmv (z.V. heute: fast 380 ppmv). Dieser Unterschied lässt sich nun mit dem Unterschied der ozeanischen Ventilationsalter vielleicht einigermaßen erklären, zumal die Wässer unterhalb von 2000 m Wassertiefe rund 50 % des Ozeanvolumens ausmachen. Solche Befunde bilden eine dringende Herausforderung für die Paläo-Ozeanographen, ein weitaus dichteres dreidimensionales Netz von Mess-Stationen für Paläoventilationsalter des Ozeans für die Zeiten seit dem LGM zu aufzubauen. Damit sollte sich in absehbarer Zeit ein klares Bild herausschälen, welche ozeanischen Prozesse auf welche Weise und mit welcher Geschwindigkeit den zentral wichtigen CO2-Austausch zwischen Atmosphäre und Ozean in der Vergangenheit gesteuert haben und damit wohl auch in der Zukunft.
Kontakt
Professor Dr. Michael Sarnthein, erreichbar Freitag, 14.1.2011, ab 13:00 Uhr unter Tel.: 0431 880-2882 oder ms@gpi.uni-kiel.de
Dr. Anke Feiler-Kramer, PR-Management, Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“
Tel.: 0431-880-3032, presse@ozean-der-zukunft.de
www.ozean-der-zukunft.de
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