Südpolarmeer wird immer süßer

  • 01. September 2016

Abnahme des Salzgehalts des Meerwassers hat noch unerforschte Folgen für das globale Klima.

Lang­jährige Messungen des Salz­gehaltes im Süd­polarmeer zeigen, dass dieser während den letzten Jahr­zehnten abgenommen hat. So stark wie in diesem Ozean hat sich der Salzgehalt in keinem anderen Meer verändert. Eine voll­ständige Erklärung dafür hatte die Forschung bislang nicht. In einer neuen Studie zeigen nun Ozeanforscher der ETH Zürich, des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozean­forschung Kiel und der Universität Hamburg den Grund für diese „Versüßung“ des Süd­polarmeeres auf. Die Wissen­schaftler konnten erstmals nachweisen, dass die verstärkte Bildung von Meereis entlang der Küste der Antarktis und dessen Abschmelzen an der Meereis­kante haupt­verantwortlich sind für die Veränderungen des Salz­gehalts und der Salz­verteilung im Südpolarmeer.

Abb.: Das antarktische Meereis bedeckt eine Fläche von der Grösse Nordamerikas. (Bild: NASA)

Abb.: Das antarktische Meereis bedeckt eine Fläche von der Grösse Nordamerikas. (Bild: NASA)

Es scheint paradox: Während in der Arktis das Meereis rapide schrumpft, dehnt es sich rund um die Antarktis trotz Klima­erwärmung stärker aus. Seit mehreren Jahr­zehnten beobachten Forscher, dass die maximale Eisbe­deckung des Südpolar­meeres weiter nach Norden reicht als noch vor 30 Jahren. Ein Hauptgrund für diese Ausdehnung ist ein verstärkter Transport, der das Meereis wie auf einem Förderband weiter nach Norden treibt. Nun zeigen die Forscher, dass dieser Prozess auch Folgen für den Salzgehalt des Meer­wassers hat: Das Antark­tische Meereis bildet sich und schmilzt jedes Jahr von neuem. Auf dem Höchststand bedeckt es eine Fläche von 18 Millionen Quadrat­kilometern – das entspricht der Grösse der USA und Kanadas. Beim Gefrieren fällt Salz aus und bleibt im Meer zurück. Dies macht das Wasser salziger. Beim Schmelzen des Eises gelangt Süßwasser in den Ozean, sodass sich dessen Salzgehalt verringert.

Das Eis bildet sich mehrheitlich in Küstennähe. Starke Winde und Meeres­strömungen treiben das Eis dann mehr als 1000 Kilometer weit nach Norden auf das offene Meer hinaus. Die nördliche Meereis­kante liegt ungefähr bei 60 Grad südlicher Breite. Dort beginnt das Eis im Frühjahr zu schmelzen und setzt so auf dem offenen Meer Süsswasser frei. Das nun in den Ozean ein­strömende kalte Schmelz­wasser kühlt das Meerwasser ab und macht es gleichzeitig süsser. Diese Wasser­massen sinken dann unter Anschub der Winde und anderer Faktoren unter das wärmere Oberflächen­wasser ab und bilden das Antark­tische Zwischen­wasser, eine Wassermasse mit vergleichs­weise geringem Salzgehalt. Diese liegt auf rund 600 m bis 1500 m Tiefe und dehnt sich zungenförmig nach Norden aus. Die Zungen­spitze reicht bis zum Äquator und im Ostatlantik sogar bis zur Iberischen Küste.

„Unsere Arbeit zeigt, dass sich der tiefe Salzgehalt im Antarktischen Zwische­nwasser zu einem grossen Teil durch das Schmelzwasser vom Meereis erklären lässt“, sagt Matthias Münnich, Dozent für physikalische Ozeano­graphie an der ETH Zürich. „Dieser Süßwasser­eintrag in das Antark­tische Zwischen­wasser durch das Meereis, aber auch derjenige in die Oberflächengewässer, hat in den vergan­genen Jahrzehnten markant zugenommen. Diese Prozesse konnten wir zum ersten Mal abschätzen. Grund dafür sind vermut­lich verstärkte nordwärts wehende Winde in diesem Zeitraum“, ergänzt Doktorand Alexander Haumann.

Der Süßwasser­transport durch das Meereis hat gemäss den Berechnungen des Forschers und seiner Kollegen zwischen 1982 und 2008 um bis zu zwanzig Prozent zugenommen. In dieser Zeit hat der Salzgehalt des Meerwassers in der Schmelzzone konti­nuierlich abgenommen, und zwar alle zehn Jahre um bis zu 0,02 Gramm pro Kilogramm Meerwasser. „Die Forschung hat schon lange beobachtet, dass der Salzgehalt des Antark­tischen Zwischen­wassers stark zurückgeht“, sagt Nicolas Gruber von der ETH. Die Wissen­schaftler nahmen jedoch an, dass dies auf verstärkten Nieder­schlag über dem Südpolarmeer zurückzuführen ist. Allerdings seien die Veränderungen im Niederschlag, die man mit Computer­modellen rekonstruiert hat, viel zu klein, um die beobachteten Verän­derungen im Salzgehalt erklären zu können. Der ETH-Professor ist sich deshalb sicher: „Es ist der verstärkte nordwärts Transport von Süß­wasser durch das Meereis, der für einen grossen Teil dieser Veränderung verantwortlich ist.“

Das Meereis beeinflusst jedoch nicht nur den Salzgehalt des Wassers, sondern auch dessen Schichtung. Wasser mit geringem Salzgehalt ist leichter als solches mit hohem Salzgehalt und schwimmt oben. Wenn also die Oberflächen­gewässer „süßer“ und damit leichter werden, kann schwereres salzhaltiges Wasser aus der Tiefe weniger gut nach oben gelangen. Die Schichtung der Wasser­massen wird insgesamt stabiler. Dies wiederum beeinflusst wie und ob die unter­schiedlichen Wasser­massen untereinander und mit der Atmo­sphäre Klimagase wie CO2 und Wärme austauschen. „Durch eine stabilere Schichtung könnte das Südpolarmeer theoretisch mehr Kohlen­dioxid aufnehmen, weil Tiefen­wasser nicht mehr an die Oberfläche gelangt, wo es das CO2 abgibt“, sagt Gruber. Bei der Wärme wäre es gerade umgekehrt. Ein stabiler geschichteter Ozean würde weniger Wärme aufnehmen.

Lange Zeit nahmen die Forscher an, dass der Austausch von Wärme und Kohlendioxid hauptsächlich durch Veränderungen in den starken Winden dieser Region gesteuert wird. Die Studie von Grubers Gruppe zeigt nun, dass das System viel komplizierter ist. Veränderungen des Meereises rund um die Antarktis könnten darin eine wesentlich grössere Rolle spielen als bisher angenommen. „Bis jetzt haben wir dem Meereis in der Arktis viel mehr Aufmerk­samkeit geschenkt, da es dramatisch abnimmt. Die Veränderungen in der Antarktis könnten aber auf lange Sicht wesentlich bedeu­tender für unser Klima sein, da sie den Wärme- und Kohlenstoff­haushalt der Erde wesentlich beeinflussen“, sagt Haumann.

Unklar ist noch, ob sich die nordwärts gerichteten Winde aufgrund des mensch­gemachten Klimawandels verstärkt haben oder ob es sich um natürliche Schwankungen handelt. Wenn diese Veränderungen wirklich menschgemacht wären, wäre das eine drama­tische Folge des menschlichen Einflusses für das Klima- und Ökosystem in einem der entferntesten und vermutlich bis heute am wenigsten berührten Winkel unserer Erde. Das Südpolar­meer wirkte bisher als Klimaregulator und Kohlenstoff­senke: Klimamodelle zeigen, dass dieser Ozean rund drei Viertel der zusätzlichen Wärme aufgenommen hat. Auch hat das Südpolar­meer die Hälfte der von den Weltmeeren aufgenommenen Kohlen­dioxid-Gesamtmenge geschluckt.

ETHZ / JOL

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