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Nordatlantik-Strömung

Meeresströmungen können riesige Mengen an Wärme transportieren. Deswegen ist z.B. das Klima in Nordeuropa recht mild. Entscheidend für den Transportmechanismus ist der Salzgehalt der Wassermassen. Durch steigende Temperaturen werden Teile von Grönland schmelzen und es ist mit mehr Niederschlag in Nordeuropa zu rechnen. Dadurch wird das salzhaltige Wasser im Norden verdünnt und kann nicht mehr absinken. Als Folge davon schwächt sich der Transport von warmen Wasser durch die nordatlantische Strömung ab.

Der Golfstrom und die nordatlantische Strömung

Die Oberfläche der Erde besteht zu über 70 Prozent aus Wasser. Dadurch wird ein Großteil der energieabgebenden Strahlung der Sonne von den Ozeanen gespeichert. Im Vergleich zu Luft speichert Wasser die Wärme besser, was dazu führt, dass mit den Ozeanströmungen immense Energiemengen bewegt werden.

Um Europa, Grönland und das Nordmeer zu wärmen, fließt das Wasser der Nordatlantischen Strömung anfangs in die Karibik und in den Golf von Mexiko. Dort “tankt das Wasser Sonne”: Es wird von der Sonne bestrahlt und speichert Energie. Anschließend strömt es an der Küste Floridas, Neufundlands und Großbritanniens vorbei bis hinauf an die norwegische Küste. Bis auf die Höhe Neufundlands nennt man diesen Strom den Golfstrom.

Sobald er weiter nach Nordosten durch den atlantischen Ozean geht, bezeichnet man ihn als nordatlantische Strömung.

Im Groben kann man die Nordatlantische Strömung als “Die Heizung Europas” charakterisieren.

Durch die höhere Dichte (anders formuliert: das Gewicht) des Wassers, welches in der Nordatlantischen Strömung fließt, sinkt dieses nach einiger Zeit ab und driftet dann wieder zurück in den Süden. Denn: süßes und warmes Wasser treibt auf salzigem und kaltem Wasser wie Wasser auf Öl, durch seine geringere  Dichte. Dadurch, dass im Norden mehr Niederschlag fällt, hat das Wasser dort einen geringeren Anteil an Salz. Das kommt daher, dass der Regen ständig neues Frischwasser in den Ozean bringt, welches das Wasser verdünnt und somit den Salzanteil verringert. Das Wasser in der Nordatlantischen Strömung hingegen kommt vom Süden, wo die Verdunstung das Süßwasser wegnimmt und die Strömung salziger macht.

Aber woher kommt jetzt genau die Wärme für Europa? Die vom Wasser abgegebene Wärme, die beim Fließen in der Strömung abgeht, gelangt nach Europa. Nach einiger Zeit sinkt das Wasser, da es nun genug abgekühlt ist um eine größere Dichte zu erreichen. Bis zum Südpolarmeer kann man diesen Kreislauf weiterverfolgen. Dort wird das Wasser durch die starken Winde in der Umgebung der Antarktis wieder nach oben getrieben.

Diese Strömung zwischen der südlichen und der nördlichen Hemisphäre heißt “meridionale Umwälzzirkulation” (auf Englisch Meridional Overturning Circulation oder auch MOC).

Und was kann nun durch den Klimawandel passieren? Viele Wissenschaftler halten es für möglich, dass die MOC abbricht oder zumindest viel schwächer wird. Wenn die globale Temperatur steigt, führt dies zu mehr Niederschlag im Norden Und die Meerestemperatur steigt natürlich auch an. Dieses Wasser mit einer höheren Temperatur und einem niedrigeren Salzgehalt verliert an Dichte und kann deshalb nicht mehr absinken. Dadurch bricht der Kreislauf zusammen. Der Golfstrom würde langsamer fließen, da der Großteil seines Wassers nicht mehr der nordatlantischen Strömung folgen, sondern nach Süden zurückfließen würde. Das würde bedeuten, dass er die Hitze nicht mehr so weit in den Norden transportieren würde, sondern wahrscheinlich nur bis auf die Höhe Portugals.

Die MOC wird in der Wissenschaft als Kippelement des Klimasystems diskutiert. Ein Kippen könnte eine abrupte Veränderung in der Klimageschichte der Erde verursachen. Folgender Mechanismus könnte ausgelöst werden: Wenn der Golfstrom langsamer fließt, bringt er weniger salziges Wasser vom tropischen Atlantik in den Norden. Dort wird das Wasser deswegen noch süßer und sinkt noch langsamer, der Golfstrom wird also noch langsamer. Diesen Mechanismus nennt man „positive Rückkopplung“, er verstärkt eine anfängliche Störung. Nach mehreren Jahrzehnten oder auch Jahrhunderten könnte der Strom dann total abbrechen. Es weiß aber niemand genau, wie viel Zeit und Erwärmung nötig sind um diesen Mechanismus auszulösen. Das Schmelzen Grönlands wird wahrscheinlich auch eine Rolle spielen, da das Nordmeer dadurch noch süßer wird.

Ein Abbrechen des Stromes hätte Auswirkungen auf Europa, Nordamerika und die Nordpolregionen sowie auf die marinen Ökosysteme. Europa würde zwar wahrscheinlich nicht kälter werden als heutzutage, denn die globale Erwärmung wärmt Europa mehr, als ein Abbruch der Zirkulation es kühlen würde. Aber die Zirkulation beeinflusst das Weltklima so stark, dass andere, indirekte Klimaveränderungen die Folge sein könnten. In den Tropen könnte es noch wärmer werden, da die MOC weniger Hitze aus den tropischen Regionen nach Norden transportieren würde. Außerdem könnte die Zahl extremer Wetterereignisse steigen. Beispiele wären Stürme und extreme Niederschläge in Europa oder Dürren in Asien und den Sahelgebieten.

Eine weitere wichtige Funktion des Golfstroms ist das Mischen der Ozeane. Bräche der Strom ab, würde das tiefe, nährstoffreiche Wasser nicht mehr an die Oberfläche gezogen, und das Plankton sowohl im Atlantischen Ozean und auch in den anderen Ozeanen würde stark reduziert. Die Ozeanmischung ist auch wichtig, um die Kohlendioxide (CO2) in der Tiefe der Meere zu speichern. Bis jetzt wurde nämlich ein Drittel des vom Menschen ausgestoßenen CO2 vom Ozean absorbiert. Ohne die MOC könnte weniger CO2 vom Wasser aufgenommen werden und der Treibhauseffekt würde sich verstärken.

Die nordatlantische Strömung und der Golfstrom

Die Ozeane bedecken die Oberfläche der Erde zu 71 Prozent. Ein Großteil der Energie, die von der Sonne auf der Erdoberfläche ankommt, wird daher von ihnen absorbiert und erwärmt die oberen Wasserschichten. Da Wasser, im Vergleich zu Luft, Wärme sehr gut speichern kann, können riesige Energiemengen mit den Ozeanströmungen verschoben werden.

Das Wasser, das Europa und auch Grönland und das Nordmeer wärmt, hat zunächst in der Karibik und im Golf von Mexiko Sonne getankt. Dann fließt es an Florida vorbei und macht sich ungefähr auf der Höhe Neufundlands auf den langen Weg quer über den Ozean. Bis hier nennen wir es Golfstrom (siehe Abbildung 1). Der Strom fließt weiter an Großbritannien vorbei und dann Richtung Norden entlang der norwegischen Küste. Dies ist der nordatlantische Strom, die Heizung Europas.

Satellitenaufnahme des Golfstroms. Warme Wasser sind rot dargestellt, kalte blau. Quelle: NASA

Golfstrom und nordatlantischer Strom sind Teile einer weltumspannenden Ozeanzirkulation (siehe Abbildung 2). Ein Großteil des Wassers, das mit dem nordatlantischen Strom ins Nordmeer fließt, taucht irgendwann ab und strömt in der Tiefe zurück nach Süden. Der Grund dafür ist seine Dichte (anders ausgedrückt: sein Gewicht), die höher als die des darunter liegenden Wassers ist. So wie Öl auf Wasser schwimmt, schwimmt auch süßes und warmes Wasser auf salzigem und kaltem Wasser, da es leichter ist. Es hat eine niedrigere Dichte. Das von Süden kommende Wasser im nordatlantischen Strom ist salziger als das Wasser im Nordmeer selbst, weil es im Norden viel mehr regnet, was Frischwasser zuführt. Und obwohl es zuerst wärmer ist, wird es auf dem Weg gekühlt (Die verlorene Hitze wärmt Europa!). Irgendwann wird es kühl genug und deswegen so schwer, dass es sinkt. Der Kreislauf setzt sich fort bis zum südlichen Ozean, wo die Strömung unter der Wirkung des Windes in der Nähe der Antarktis wieder auftaucht. Diese Strömung zwischen der südlichen und der nördlichen Hemisphäre mit tiefem Rückfluss heißt meridionale Umwälzzirkulation (auf Englisch Meridional Overturning Circulation, MOC).

Die meridionale Umwälzzirkulation. Quelle: http://outreach.eurosites.info/outreach/DeepOceans/station.php?id=1

Doch nicht alles Wasser des Golfstroms und des nordatlantischen Stroms ist Teil des MOC. Ungefähr die Hälfte des Golfstromwassers fließt nämlich gar nicht weiter mit dem nordatlantischen Strom, sondern kehrt zurück nach Süden, zum Beispiel entlang der portugiesischen Küste, und dann im Kreis zurück in die Karibik (siehe Abbildung 2). Diese Kreiszirkulation an der Oberfläche ist direkt vom Wind bewegt. Nur ungefähr 20 Prozent des Wassers im Golfstrom gehören zum MOC. Dieser Teil, der das nordeuropäische Klima stark beeinflusst, wird von der Dichte des Wassers im Nordmeer (und indirekt vom südhemisphärischen Wind, der beim Auftauchen hilft) angetrieben.

Was kann nun durch den Klimawandel passieren? Viele Wissenschaftler halten es für möglich, dass die MOC abbricht oder zumindest viel schwächer wird. Es ist anzunehmen, dass es in einem wärmeren Klima im Norden mehr regnet. Und die Meerestemperatur steigt natürlich auch an. Das heißt, das süßere und wärmere Wasser wird weniger dicht und kann nicht mehr sinken. Der Kreis bricht dadurch ab. Der Golfstrom würde langsamer fließen, da der Großteil seines Wassers nicht mehr dem nordatlantischen Strom folgen, sondern nach Süden zurückfließen würde. Das heißt auch, dass seine Hitze nicht so weit nach Norden gelangen würde, sondern wahrscheinlich nur bis auf die Höhe Portugals.

Die MOC wird in der Wissenschaft als Kippelement des Klimasystems diskutiert. Ein Kippen könnte abrupte Veränderungen in der Klimageschichte der Erde erklären. Folgender Mechanismus könnte eintreten: Wenn die MOC langsamer fließt, bringt sie weniger salziges Wasser vom tropischen Atlantik, und das Wasser im Norden wird deswegen noch süßer und sinkt noch langsamer, also fließt die ganze MOC noch langsamer. Das ist ein positiver Rückkopplungs-Mechanismus, der eine anfängliche Störung verstärkt. Nach mehreren Jahrzehnten oder Jahrhunderten könnte die MOC total abbrechen. Keiner weiß aber genau, wie schnell und wie viel globale Erwärmung benötigt wird, um diesen Mechanismus auszulösen. Das Schmelzen von Grönland durch den Klimawandel wird wahrscheinlich auch eine Rolle spielen, um das Wasser im Nordmeer noch süßer zu machen.

Ein Abbruch hätte Auswirkungen auf Europa, Nordamerika und die Nordpolregion, einschließlich der marinen Ökosysteme. Europa würde zwar wahrscheinlich nicht kälter werden als heutezutage: Die globale Erwärmung wärmt Europa mehr, als ein Abbruch der Zirkulation es kühlen würde. Aber die Zirkulation beeinflusst das Weltklima so stark, dass andere, indirekte Klimafolgen stattfinden könnten: Die Tropen könnten noch wärmer werden, da die MOC weniger Hitze nach Norden transportieren würde. Die Frequenz extremer Wetterereignisse könnte steigen, mit Stürmen und extremen Niederschlägen in Europa sowie Dürren in Asien und den Sahelgebieten. Die MOC ist auch wichtig, um das Wasser der Ozeane zu mischen. Bräche sie ab, würde das tiefe, nährstoffreiche Wasser nicht mehr an die Oberfläche gezogen, und das Plankton im atlantischen Ozean und auch im globalen Ozean würde stark reduziert. Die Ozeanmischung ist auch wichtig, um die Kohlendioxide (CO2) in der Tiefe der Meere zu speichern. Bis jetzt wurde nämlich ein Drittel des von Menschen ausgestoßten CO2 vom Ozean absorbiert. Ohne MOC könnte weniger CO2 vom Wasser aufgenommen werden und der Treibhauseffekt würde sich verstärken.

Referenzen

Rahmstorf, S. (1997). Risk of sea-change in the Atlantic. Nature, 388 (6645), 825-826.
Rahmstorf, S. (2000). The thermohaline ocean circulation: A system with dangerous thresholds? Climatic Change, 46(3), 247-256.
Rahmstorf, S. (2002). Ocean circulation and climate during the past 120,000 years. Nature, 419 (6903), 207-214.
Rahmstorf, S. (2006). Thermohaline Ocean Circulation. (S. A. Elias, Ed.)Encyclopedia of Quaternary Sciences. Amsterdam: Elsevier.
Schiermeier, Q. (2006). A Sea Change. Nature (News Feature), 439, 256-260.