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Ozeane: Schichtung wird undurchlässiger

Dichtekontrast zwischen oberster Schicht und tieferem Wasser hat sich verstärkt

Ozean
Die Schichtung der Ozeane hat sich verändert – nicht zum Besseren. © Sunke Schmidtko/ GEOMAR

Barriere-Effekt: Der Effekt des Klimawandels auf die Ozeanschichtung wurde offenbar unterschätzt. Denn der Dichtekontrast zwischen den beiden obersten Wasserschichten ist inzwischen sechsfach höher als bislang angenommen, wie eine Studie enthüllt. Das bedeutet, dass auch der Gas- und Wärmeaustausch zwischen Meer und Atmosphäre zunehmend behindert wird. Das wiederum könnte die Pufferwirkung der Ozeane künftig deutlich einschränken, berichten Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Die Meere sind wichtige Klimapuffer: Sie nehmen rund 90 Prozent der Wärme auf, die durch den menschengemachten Treibhauseffekt entsteht und absorbieren große Mengen an Kohlendioxid. Das aber hat Folgen: Die Ozeane heizen sich immer stärker auf, durchleben häufigere Hitzewellen und das Wasser wird saurer. Zudem verstärkt sich die Schichtung des Meerwassers, wodurch das sauerstoffreiche Wasser der Oberfläche weniger gut in die Tiefe gelangen kann. Das verstärkt die Bildung sauerstoffarmer „Todeszonen“, vielen Meeresregionen geht buchstäblich die Luft aus.

Schichtung
Schichtenstruktur des Ozeans. © Jean-Baptiste Sallée, LOCEAN (CNRS / MNHN / IRD / Sorbonne Universität)

Blick auf die oberste Schicht

Jetzt zeigt sich, dass vor allem der Effekt auf die Schichtung der Ozeane stärker und in Teilen anders ausfällt als bislang angenommen. Für ihre Studie haben Jean-Baptiste Sallée von der Sorbonne Universität in Paris und sein Team Daten zu Temperaturen und Salzgehalt ausgewertet, die zwischen 1970 und 2018 mit verschiedensten Methoden weltweit erhoben worden sind. Sogar Daten von mit Sensoren bestückten Meeressäugern gingen in die Analysen ein.

Aus diesen Daten ermittelte das Team, wie tief die durchmischte oberste Schicht des Meeres im Sommer hinabreicht und wo die sich anschließende Pycnocline liegt – die Schicht, in der sich die Dichte sprunghaft ändert und die daher wie eine Barriere zu den tiefer liegenden Wasserbereichen wirkt.

Dichtekontrast um neun Prozent erhöht

Das Ergebnis: Der Dichteunterschied zwischen der durchmischten Schicht und der darunter liegenden Pycnocline hat in den letzten 50 Jahren im Schnitt um fast neun Prozent zugenommen. Das ist sechsmal mehr als aufgrund früherer Untersuchungen angenommen, wie die Forscher berichten. Besonders stark ist die Zunahme des Dichtekontrasts in den tropischen Meeresgebieten, weniger stark in hohen Breiten.

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Als Ursache sehen die Wissenschaftler primär die Effekte des Klimawandels: „Das liegt in den tropischen und subtropischen Bereichen vor allem an der Erwärmung des Oberflächenwassers, in den gemäßigten und polaren Breiten an dem Zufluss von Frischwasser, das sich über das Salzwasser legt“, erklärt Koautor Sunke Schmidtko vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel.

Durchmischte Schicht wird dicker

Überraschend war jedoch ein weiterer Befund: Die durchmischte Schicht der Meere ist im Laufe der letzten Jahrzehnte entgegen den Erwartungen dicker geworden. „Während frühere Arbeiten nahelegten, dass eine dünnere vermischte Oberfläche mit einem stärker geschichteten Ozean einhergehen würde, finden wir stattdessen, dass die sommerliche Mischungsschicht mehrere Meter pro Jahrzehnt tiefer wurde“, berichtet Schmidtko.

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Veränderungen der Ozeanschichtung von 1970 bis 2018. © Christoph Kersten/GEOMAR nach Sallée et al. 2021

Wahrscheinlich hängt diese Vertiefung der Oberflächenschicht unter anderem damit zusammen, dass der Klimawandel zu stärkeren Winden führt. Diese haben bereits zu einer Beschleunigung der Meeresströmungen geführt, wie 2020 eine Studie nachgewiesen hat. Gleichzeitig aber sorgen die Winde auch für eine stärkere Durchmischung der oberen Wasserschichten. „An diesem Punkt müssen aber weitere Studien anschließen“, betont Schmidtko.

Undurchlässigere Barriere

Insgesamt bedeuten diese Entwicklungen, dass die obere, gemischte Oberflächenschicht des Ozeans undurchlässiger und dicker wird – mit potenziellen Folgen für die gesamte Meeresumwelt. „Die obere Mischschicht ist wie ein Filter zwischen Atmosphäre und tiefem Ozean“, erklärt Schmidtko. Sauerstoff für die Tiefe müsse diese Schicht genauso passieren wie Nährstoffe oder die Wärme aus der Atmosphäre.

„Wenn dieser Filter dicker und undurchlässiger wird, hat das Auswirkungen auf alle beteiligten Prozesse. Auch die Sauerstoffabnahme im gesamten Ozean, die wir von Kiel aus schon seit Jahren untersuchen, wird durch diese Prozesse verstärkt“, fasst der Wissenschaftler zusammen. (Nature, 2021; doi: 10.1038/s41586-021-03303-x)

Quelle: GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, CNRS

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