Ozeanwirbel könnten das antarktische Meereis-Paradoxon erklären

Trotz der globalen Erwärmung und des Meereisverlustes in der Arktis ist die antarktische Meereisausdehnung seit 1979 weitgehend unverändert geblieben. Bestehende Klimamodell-basierte Simulationen deuten jedoch auf einen erheblichen Meereisverlust hin, im Gegensatz zu den tatsächlichen Beobachtungen. Wie Experten des Alfred-Wegener-Instituts jetzt gezeigt haben, könnte der Ozean die Erwärmung um die Antarktis abschwächen und den Meereisrückgang verzögern. Da viele Modelle diesen Faktor und die Rolle der Ozeanwirbel nicht genau widerspiegeln können, liefert die Studie, die soeben in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, die Grundlage für verbesserte Simulationen und Prognosen der zukünftigen Entwicklung der Antarktis.

Die globale Erwärmung schreitet rasch voran und hat Auswirkungen, die auf der ganzen Welt zu spüren sind. Besonders dramatisch sind die Auswirkungen des Klimawandels in der Arktis: Seit Beginn der Satellitenbeobachtung im Jahr 1979 hat das Meereis angesichts der steigenden globalen Temperaturen massiv abgenommen. Jüngsten Simulationen zufolge könnte die Arktis im Sommer vor 2050 durchgehend eisfrei sein, in manchen Jahren sogar vor 2030.

Doch auf der anderen Seite des Planeten, in der Antarktis, scheint sich das Meereis dem globalen Erwärmungstrend entzogen zu haben. Seit 2010 gibt es mehr zwischenjährliche Schwankungen als im vorangegangenen Zeitraum. Abgesehen von einem signifikanten negativen Ausschlag in den Jahren 2016 bis 2019 ist die langfristige mittlere Meereisbedeckung um den antarktischen Kontinent jedoch seit 1979 stabil geblieben. Die beobachtete Realität stimmt also nicht mit den meisten wissenschaftlichen Simulationen überein, die für denselben Zeitraum einen erheblichen Meereisverlust ausweisen. „Dieses so genannte Antarktische Meereis-Paradoxon beschäftigt die Wissenschaft schon seit einiger Zeit“, sagt Erstautor Thomas Rackow vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). „Die aktuellen Modelle können das Verhalten des antarktischen Meereises noch nicht richtig beschreiben, es scheint ein Schlüsselelement zu fehlen. Das erklärt auch, warum der Weltklimarat IPCC zu dem Schluss kommt, dass das Vertrauensniveau für modellbasierte Projektionen des zukünftigen antarktischen Meereises gering ist.“ Im Gegensatz dazu sind die Modelle in der Arktis bereits so zuverlässig, dass der IPCC ihren Vorhersagen ein hohes Maß an Vertrauen zuschreibt. „Mit unserer Studie liefern wir nun eine Grundlage, die künftige Vorhersagen für die Antarktis deutlich zuverlässiger machen könnte.“

Im Rahmen der Studie wandte das Team das AWI-Klimamodell (AWI-CM) an. Im Gegensatz zu anderen Klimamodellen können mit dem AWI-CM bestimmte Schlüsselregionen wie der Südliche Ozean sehr viel detaillierter simuliert werden – oder anders ausgedrückt: in „hoher Auflösung“. Dadurch können auch Mischungsprozesse im Ozean, die durch kleinere Ozeanwirbel mit Durchmessern von 10 bis 20 Kilometern verursacht werden, direkt einbezogen werden.

„Wir haben eine breite Palette von Konfigurationen für unsere Simulationen verwendet. Dabei wurde deutlich, dass nur die Simulationen mit einer hochauflösenden Beschreibung des Südlichen Ozeans, der die Antarktis umgibt, zu einem verzögerten Meereisverlust führen, der dem entspricht, was wir in der Realität beobachten“, sagt Rackow. „Als wir das Modell dann in die Zukunft ausdehnten, blieb die antarktische Meereisbedeckung selbst bei einem sehr ungünstigen Treibhausgasszenario bis Mitte des Jahrhunderts weitgehend stabil. Danach zieht sich das Meereis ziemlich schnell zurück, so wie es das arktische Meereis seit Jahrzehnten tut“.

Damit bietet die AWI-Studie eine mögliche Erklärung dafür, warum das Verhalten des antarktischen Meereises nicht dem globalen Erwärmungstrend folgt. „Es könnte eine Reihe von Gründen für die paradoxe Stabilität der Meereisdecke geben. Diskutiert wird die Theorie, dass zusätzliches Schmelzwasser aus der Antarktis die Wassersäule und damit auch das Eis stabilisiert, indem es das kühle Oberflächenwasser von dem wärmeren Tiefenwasser abschirmt. Nach einer anderen Theorie sind die Hauptverdächtigen die Westwinde, die um die Antarktis wehen und sich im Zuge des Klimawandels verstärkt haben. Diese Winde könnten das Eis im Wesentlichen wie einen dünnen Pizzateig ausbreiten, so dass es eine größere Fläche bedeckt. In diesem Szenario könnte das Eisvolumen bereits abnehmen, während die eisbedeckten Flächen den Anschein von Stabilität erwecken“, erklärt Rackow.

Die Forschungsbemühungen des AWI rücken nun die Ozeanwirbel in den Fokus. Diese könnten entscheidend dazu beitragen, die Auswirkungen des Klimawandels im Südlichen Ozean zu dämpfen und damit zu verzögern, indem der Ozean zusätzliche Wärme aus der Atmosphäre nach Norden, in Richtung Äquator, transportieren kann. Dieser Wärmetransport nach Norden ist eng mit der zugrundeliegenden Umwälzzirkulation in den oberen etwa 1.000 Metern des Ozeans verbunden, die im Südlichen Ozean einerseits durch den Wind angetrieben, aber auch durch Wirbel beeinflusst wird. Während die nordwärts gerichtete Komponente der Zirkulation durch stärkere Westwinde zunimmt, scheinen die vereinfachten Wirbel in niedrig aufgelösten Klimamodellen diesen Faktor oft durch eine südwärts gerichtete Komponente in Richtung Antarktis zu überkompensieren; die explizit simulierten Wirbel im hochauflösenden Modell zeigen ein neutraleres Verhalten. Insgesamt ist im hochauflösenden Modell eine ausgeprägtere nördliche Veränderung des Wärmetransports zu erkennen. Infolgedessen erwärmt sich der Ozean um die Antarktis langsamer und die Eisdecke bleibt länger stabil. „Unsere Studie stützt die Hypothese, dass Klimamodelle und Vorhersagen über das antarktische Meereis weitaus zuverlässiger sein werden, sobald sie in der Lage sind, einen hochauflösenden Ozean mit Wirbeln realistisch zu simulieren“, sagt Rackow. „Dank der ständig steigenden Leistung von parallelen Supercomputern und neuen, effizienteren Modellen sollte dies mit den Klimamodellen der nächsten Generation zur Routine werden.“

Datum: Februar 2, 2022

Quelle: Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research


Thomas Rackow, Sergey Danilov, Helge F. Goessling, Hartmut H. Hellmer, Dmitry V. Sein, Tido Semmler, Dmitry Sidorenko, Thomas Jung. Delayed Antarctic sea-ice decline in high-resolution climate change simulationsNature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-28259-y

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