Wissenschaft

Wie das Südpolarmeer das Erdklima beeinflusst

Sven Titz

Von Sven Titz

Sa, 24. Dezember 2016 um 00:00 Uhr

Bildung & Wissen

Das meist sturmdurchtoste Südpolarmeer vermag ungeheure Mengen an Wärme und Kohlendioxid zu speichern. Bei vielen Klimaschwankungen spielt das Polarmeer deswegen eine Rolle.

Pausenlos peitscht der Wind das Meer, haushoch türmen sich die Wellen. Wer südlich von Kap Hoorn oder von Tasmanien das Meer befährt, muss wissen, worauf er sich einlässt. Die "Roaring Forties" (nach dem 40. Breitengrad) heißen nicht von ungefähr so. Mit dem Südpolarmeer, wie Wissenschaftler den Ozean rings um die Antarktis getauft haben, ist nicht zu spaßen; das wissen europäische Seeleute seit Ferdinand Magellan und James Cook. Dass aber das Erdklima auf vielfältige und intensive Weise durch das Südpolarmeer beeinflusst wird – durch Speicherung von Wärme ebenso wie von Kohlendioxid –, hat sich erst in den vergangenen Jahren herumgesprochen.

Das Südpolarmeer rund um den Südkontinent ist permanent in wirbelnder Bewegung. Der beharrliche Westwind und Unterschiede in der Wasserdichte treiben nahe der Antarktis die stärkste Meeresströmung des Planeten an, den "Antarktischen Zirkumpolarstrom". Wie der Name sagt, verläuft die Strömung ringförmig. Sie ist zwar langsamer als der Golfstrom, aber das Volumen macht das locker wett: Der Zirkumpolarstrom transportiert mehr als hundert Mal so viel Wasser wie alle Flüsse der Erde zusammen. Dabei verquirlt er das Meerwasser der drei großen Ozeane, die an ihn grenzen.

Bei vielen Klimaschwankungen spiele das Südpolarmeer eine zentrale Rolle, erklären John Marshall vom Massachusetts Institute of Technology und Kevin Speer von der Florida State University in einem vielzitierten Übersichtsartikel im Journal Nature Geoscience 2012. Dies hängt eng mit der "Umwälzzirkulation" zusammen, die für einen Austausch zwischen dem Süden und dem Norden der Ozeane sorgt.

Oft wird gewarnt, durch die globale Erwärmung könne sich in Zukunft "der Golfstrom abschwächen". Damit meinen Forscher, dass ein wichtiger Ast der Nord-Süd-Umwälzzirkulation erlahmen könnte, nämlich der Nordatlantikstrom. Das relativ warme Wasser, das an der Oberfläche von den Tropen in den Nordatlantik fließt, wird dort abgekühlt und sinkt in die Tiefe. Irgendwo muss das Wasser aber an die Oberfläche zurückkehren, um den Kreislauf zu schließen. Und das passiert im Südpolarmeer, wo Meerwasser und Atmosphäre riesige Mengen Wärme und Kohlenstoff austauschen können. Speziell aus diesem Grund halten Marshall und Speer das Südpolarmeer für ebenso wichtig für das Erdklima wie den Nordatlantik.

Obwohl im Südpolarmeer die Temperatur stagniert, schluckt es doch zurzeit unter allen Weltmeeren im Schnitt den größten Teil der Wärmemenge, die durch den verstärkten Treibhauseffekt zugeführt wird – mehr als zwei Drittel. Was wie ein Paradox wirkt, wird jetzt von Forschern um Oleg Saenko vom Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis in Victoria im Fachmagazin Journal of Geophysical Research aufgelöst. Sie haben Messungen im Meer mit Klimasimulationen verglichen. Demnach wird die Wärme per Meeresströmung nach Norden verfrachtet, während im Süden ständig kaltes Wasser von unten nachkommt. Dieser Auftrieb verhindert, dass die auf dem Südpolarmeer gewonnene Wärme einen Temperaturanstieg an der Oberfläche hervorruft.

In der Tiefe des Südpolarmeers lockt Klimaforscher ein ganz besonderer Schatz: Dort haben sich an manchen Stellen meterdicke Meeressedimente angesammelt – natürliche Klimaarchive par excellence. Sie verraten eine Menge über Temperaturen und Kohlendioxid während der letzten Eiszeit. "Das Sediment ist eigentlich ein extrem feiner, grauer Schlamm", erzählt Samuel Jaccard vom Oeschger-Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern, der regelmäßig die Proben auswertet. Anhand winziger Mikroorganismen, die zum Plankton zählen und in abgestorbener Form im Sedimentschlamm enthalten sind, rekonstruiert Jaccard Klimageschichte über viele Jahrtausende.

Klimaforscher sind sich ziemlich sicher, dass das Südpolarmeer in der letzten Eiszeit riesige Mengen Kohlendioxid gespeichert und auf diese Weise der Atmosphäre entzogen hat: Plankton nahm das CO2 an der Oberfläche auf und sank nach dem Absterben in die Tiefe. Bakterien zersetzten das Plankton aber recht bald wieder. Dabei wurde das CO2 zwar wieder frei, es blieb aber in gelöster Form in tiefen Meeresschichten. Bis zum Ende der Eiszeit lag der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre darum ungefähr ein Drittel unter dem heutigen Stand.

Der Kohlendioxid-Gehalt blieb während der Eiszeit allerdings nicht konstant, sondern unterlag großen Schwankungen. Das könnte zum einen daran liegen, dass sich die Stärke der globalen Umwälzzirkulation verändert hat, was auch die CO2-Aufnahme durch den Ozean beeinflusste. Zum anderen variierte die "Düngung" des Ozeans durch eisenhaltigen Staub, der für das Wachstum der Mikroorganismen erforderlich ist. Gegen Ende der letzten Eiszeit stieg der Kohlendioxid-Anteil in der Luft rasch an. Warum das geschehen ist, weiß man bisher nicht: Irgendwie muss das Südpolarmeer plötzlich stärker durchgewirbelt worden sein, was CO2-reiches Wasser an die Oberfläche beförderte.

In mehreren Studien haben Forscher belegt, dass Stärke und Position der "Roaring Forties" im Laufe der vergangenen Jahrtausende schwankten, was wohl mit den jeweiligen Windstärken zusammenhing. Doch auch die Ursachen für deren Wechsel sind noch ungeklärt – und schon gar nicht, warum diese in einen Rhythmus von ungefähr 250 Jahren erfolgen.

Das Südpolarmeer hält für die Forschung also viele Fragen offen. Manche könnte die derzeit dort – es ist Sommer – stattfindende Erkundungsfahrt unter Schweizer Leitung beantworten helfen. Auf einem russischen Forschungsschiff umrundet die "Antarctic Circumpolar Expedition" den Südkontinent. 55 Wissenschaftler aus 30 Ländern fahren mit. In einer gemeinsamen interdisziplinären Anstrengung wollen die Expeditionsteilnehmer so viele Geheimnisse des Südpolarmeers lüften wie möglich. Unter ihnen ist der Berner Samuel Jaccard. Er möchte auf dieser Fahrt versuchen, die biologische CO2-Pumpe besser zu verstehen, unter anderem anhand frischer Sedimentproben aus der Tiefe dieses turbulenten Ozeans.