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Der Sauerstoffverlust und die Erwärmung im Südlichen Ozean rund um die antarktische Küste ist viel größer als vorhergesagt, was auf den erhöhten Süßwassereintrag aus schmelzenden Eisschilden und den verstärkten Wind zurückzuführen ist.
Der durch das Schmelzen der antarktischen Eisschilde gestiegene Süßwassereintrag und die Zunahme des Windes haben die Sauerstoffmenge im Südlichen Ozean reduziert und ihn damit saurer und wärmer gemacht, wie Wissenschaftler der University of Arizona und anderen Institutionen in neuen Untersuchungen herausfanden.
Die Forscher stellten die Veränderungen im Südlichen Ozean fest, indem sie Messungen, die zwischen 1990 und 2004 von Schiffen aus gemacht wurden, mit Messungen einer Flotte von mit Mikrosensoren ausgestatteten Schwimm-Robotern im Zeitraum von 2012 bis 2019 verglichen. Der beobachtete Sauerstoffverlust und die Erwärmung rund um die antarktische Küste ist viel größer als von einem Klimamodell vorhergesagt, was Auswirkungen auf die Vorhersage der Eisschmelze haben könnte.
Die Entdeckung veranlasste das Forscherteam, die aktuellen Computermodelle zum Klimawandel zu verbessern, um die Umweltveränderungen um die Antarktis herum besser widerzuspiegeln.
„Es ist das erste Mal, dass wir die neuen Veränderungen im Südlichen Ozean mit einem Erdsystemmodell reproduzieren können“, sagte Co-Autor Joellen Russell, eine Professorin der Geowissenschaften.
Ihre Forschung bezieht erstmalig die erhöhte Süßwassermenge des Südlichen Ozeans und den zusätzlichen Wind in ein Klimamodell ein, sagte sie. Das Team verwendete das Modell ESM2M der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Zuvor sagten die Modelle für den globalen Klimawandel die aktuellen physikalischen und chemischen Veränderungen im Südlichen Ozean nicht voraus, so Russell, die seit 25 Jahren den Ozean um die Antarktis untersucht.
„Wir haben unterschätzt, wie viel Einfluss der zusätzliche Eintrag von Süßwasser und die Zunahme des Windes haben würde. Wenn wir diese beiden Komponenten zum Modell hinzufügen, können wir direkt und sehr gut reproduzieren, was in den letzten 30 Jahren geschehen ist“, sagte sie.
Jetzt werden die Modelle in der Lage sein, zukünftige Umweltveränderungen in der Antarktis und rundum den Kontinent besser vorherzusagen, sagte sie und fügte hinzu, dass der Südliche Ozean den größten Teil der durch die anthropogene globale Erwärmung erzeugten Wärme aufnimmt.
„Jedes achte Kohlenstoffmolekül, das aus Ihrem Auspuffrohr austritt, gelangt in den Südlichen Ozean“, erklärt Russell. „Unser Modell sagt, dass wir in Zukunft vielleicht nicht so große Kohlenstoffsenken haben werden, wie wir gehofft hatten.”
Der Erstautor Ben Bronselaer leitete die Forschung zur Verbesserung der Klimamodelle, als er als Postdoc in Russells Arbeitsgruppe tätig war. Heute arbeitet er als meteorologischer und ozeanographischer Ingenieur bei dem britischen Öl- und Gaskonzern BP in London.
Die Arbeit des Teams mit dem Titel „Bedeutung von Wind und Schmelzwasser für die beobachteten chemischen und physikalischen Veränderungen im Südlichen Ozean“ wurde am 6. Januar in dem Fachmagazin Nature Geoscience veröffentlicht.
Um ein besseres Verständnis des Klimasystems der Erde zu entwickeln, verfeinern die Wissenschaftler ständig ihre Klimawandel-Modelle. Als Teil dieser Bemühungen untersucht das Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling Project (SOCCOM) den Südlichen Ozean und seinen Einfluss auf das Klima, das von Prof. Russell geleitet wird.
„Meine erste Forschungsreise im Südlichen Ozean war 1994. Es war im Winter im tiefen Südpazifik. Ich war in Alaska aufgewachsen, und ich wusste, wie sich ein Schneesturm anfühlt – und ich hatte noch nie zuvor solche Winde gespürt“, beschreibt Russell. Seitdem sei sie „besessen“ von den extremen antarktischen Winterwinden, sagte sie.
Russell und andere Wissenschaftler führen seit Jahrzehnten Messungen in den Gewässern um die Antarktis von Forschungsschiffen aus durch, aber die winterlichen Bedingungen machen das extrem schwierig. Außerdem mache die Ausdehnung des winterlichen Meereises die Durchführung von Messungen in Küstennähe von Schiffen aus unmöglich, sagte sie.
Die Schwimm-Roboter, mit deren Einsatz SOCCOM 2014 begonnen hat, haben dieses Problem gelöst. „Sie können unter das winterliche Eis tauchen und den ganzen Winter lang arbeiten und Daten sammeln. Die Roboter sind die Revolution, die uns ermöglicht, die Entwicklung des Eises und des Ozeans zu beobachten“, sagte sie. „Wir hatten noch nie die Chemie des Wassers unter dem Eis im Winter gesehen.“
Die Roboter zeigten, wie sehr sich die antarktischen Gewässer in den letzten Jahrzehnten verändert haben – eine Entwicklung, die globale Klimamodelle nicht vorhergesagt hatten.
Bronselaer, Russell und ihre Kollegen hatten den Klimamodellen zuvor zusätzliches Süßwasser aus schmelzenden Eisschilden hinzugefügt, aber diese Revision gab die jüngsten Veränderungen in der Chemie des Südlichen Ozeans nicht wieder. Die weitere Erhöhung des Süßwassereintrags und des antarktischen Windes im Modell löste das Problem – jetzt stellt das Modell den aktuellen Zustand der antarktischen Gewässer korrekt dar.
Das Team verwendete das verbesserte Modell auch zur Vorhersage der Bedingungen im Südlichen Ozean. Die Vorhersage deutet darauf hin, dass der Südliche Ozean in Zukunft möglicherweise nicht mehr so viel Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen wird wie zuvor vorhergesagt.
Russell plant, die Winterwinde der Antarktis weiter zu verfolgen. „Wir haben sie nicht beobachtet – aber das Modell sagt, dass wir sie brauchen“, sagte sie. „Ich schlage der NASA einen Satelliten vor, der auf die Jagd nach den Winden geht.”
Weitere Co-Autoren der Studie sind Michael Winton und John P. Dunne vom NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory in Princeton, New Jersey; Richard A. Feely vom NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory in Seattle, Washington; Nancy L. Williams vom University of South Florida College of Marine Science in St. Petersburg, Florida; Robert M. Key und Jorge L. Sarmiento von der Princeton University; und Kenneth S. Johnson vom Monterey Bay Aquarium Research Institute in Moss Landing, California.
SOCCOM wird von der National Science Foundation finanziert mit zusätzlicher Unterstützung durch NOAA und der NASA.
Quelle: University of Arizona