Abschalten der thermohalinen Zirkulation - Shutdown of thermohaline circulation

Eine Zusammenfassung des Weges der thermohalinen Zirkulation. Blaue Pfade stellen Tiefwasserströmungen dar, während rote Pfade Oberflächenströmungen darstellen

Die thermohaline Zirkulation ist ein Muster des Wasserflusses durch die Weltmeere. Warmes Wasser fließt an der Oberfläche entlang, bis es einen der wenigen besonderen Punkte in der Nähe von Grönland oder der Antarktis erreicht . Dort wird das Wasser sinkt, und dann über den Boden des kriecht Meeres , Meilen / Kilometer tief, über Hunderte von Jahren, nach und nach in dem steigenden Pazifik und Indischem Ozean.

Kaltes Wasser ist schwerer als warmes Wasser. Salzwasser ist schwerer als Süßwasser. Wasser in Äquatornähe wird wärmer und in Polnähe kälter. Wasser in der Nähe von Flussmündungen wird frischer, aber Wasser, wo es gefriert oder verdunstet, wird salziger, weil das Salz zurückbleibt. Diese und andere Faktoren wie die flache Beringstraße bilden zusammen dieses Wasserströmungsmuster.

Der Golfstrom ist Teil dieser Zirkulation und einer der Gründe, warum Nordeuropa wärmer ist als normalerweise; Edinburgh hat den gleichen Breitengrad wie Moskau . Die Thermohaline Zirkulation beeinflusst das Klima auf der ganzen Welt.

Eine Abschaltung oder Verlangsamung der thermohalinen Zirkulation ist eine hypothetische Wirkung der globalen Erwärmung auf eine große Ozeanzirkulation.

Eine Studie aus dem Jahr 2015 ergab, dass sich die atlantische meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) in 200 Jahren um 15-20% abgeschwächt hat.

Allgemein

Don Chambers vom University of South Florida College of Marine Science sagte: "Die Hauptwirkung einer Verlangsamung der AMOC werden voraussichtlich kühlere Winter und Sommer rund um den Nordatlantik und ein kleiner regionaler Anstieg des Meeresspiegels an der nordamerikanischen Küste sein." James Hansen und Makiko Sato sagten:

Eine AMOC-Verlangsamung, die eine Abkühlung von ~1 °C verursacht und möglicherweise Wettermuster beeinflusst, unterscheidet sich stark von einer AMOC-Abschaltung, die den Nordatlantik um mehrere Grad Celsius abkühlt; Letzteres hätte dramatische Auswirkungen auf Stürme und wäre auf der Zeitskala von Jahrhunderten irreversibel.

Der Rückgang der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation ist mit dem extremen regionalen Anstieg des Meeresspiegels verbunden .

Eine Überprüfung aus dem Jahr 2017 kam zu dem Schluss, dass es starke Beweise für vergangene Veränderungen der Stärke und Struktur des AMOC während abrupter Klimaereignisse wie der Jüngeren Dryas und vieler der Heinrich-Ereignisse gibt .

Langsamer

Siehe auch: Cold Blob (Nordatlantik)

Lohmann und Dima stellten 2010 eine Schwächung des AMOC seit Ende der 1930er Jahre fest. Die Klimaforscher Michael Mann von Penn State und Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung schlugen vor, dass das beobachtete Kältemuster während jahrelanger Temperaturaufzeichnungen ein Zeichen dafür ist, dass die meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) des Atlantischen Ozeans schwächer werden könnte. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse im Jahr 2015 und kamen zu dem Schluss, dass die AMOC-Zirkulation im letzten Jahrhundert eine außergewöhnliche Verlangsamung aufwies und dass die Grönlandschmelze ein möglicher Beitrag dazu ist, wobei die Verlangsamung der AMOC seit den 1970er Jahren im letzten Jahrtausend beispiellos war.

Eine 2016 veröffentlichte Studie fand weitere Hinweise auf erhebliche Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs für die US-Ostküste . Die Studie bestätigt frühere Forschungsergebnisse, die die Region als Hotspot für steigende Meeresspiegel identifizierten, mit dem Potenzial, die Anstiegsrate um das 3- bis 4-fache im Vergleich zum globalen Durchschnitt abzulenken. Die Forscher führen den möglichen Anstieg auf einen Ozeanzirkulationsmechanismus namens Tiefenwasserbildung zurück, der aufgrund der Verlangsamung von AMOC reduziert wird, was zu mehr wärmeren Wassertaschen unter der Oberfläche führt. Darüber hinaus stellte die Studie fest: "Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass höhere Kohlenstoffemissionen auch zu einem erhöhten [Meeresspiegelanstieg] in dieser Region im Vergleich zum globalen Durchschnitt beitragen."

Abschalten

Siehe auch: Abrupter Klimawandel

Die globale Erwärmung könnte über eine Abschaltung der thermohalinen Zirkulation eine Abkühlung im Nordatlantik , in Europa und Nordamerika auslösen . Dies würde insbesondere Gebiete wie die Britischen Inseln , Frankreich und die nordischen Länder betreffen , die durch die Nordatlantikdrift erwärmt werden . Zu den wichtigsten Folgen könnten neben der regionalen Abkühlung auch eine Zunahme größerer Überschwemmungen und Stürme, ein Zusammenbruch der Planktonvorräte , Erwärmung oder Niederschlagsänderungen in den Tropen oder in Alaska und der Antarktis , häufigere und intensivere El-Niño- Ereignisse aufgrund der damit verbundenen Stilllegungen der Kuroshio- , Leeuwin- und Ostaustralische Strömungen , die mit derselben thermohalinen Zirkulation wie der Golfstrom verbunden sind, oder ein ozeanisches anoxisches Ereignis – Sauerstoff ( O
2) unter der Oberfläche der stehenden Ozeane ist vollständig erschöpft – eine wahrscheinliche Ursache für vergangene Massensterben .

Mögliche Wirkungen: Anoxie und Euxinie

Siehe auch: Euxinia
Siehe auch: Anoxie

Licht durchdringt nur etwa 100 Meter bis 200 Meter der obersten Meeresschicht, also ist dies die Schicht, in der die Sauerstoffproduktion durch Phytoplankton stattfinden kann. Der thermohaline Kreislauf bewirkt eine Vermischung des tiefen Ozeanwassers (das sauerstofffrei wäre) mit dem sauerstoffreichen Wasser von der Oberfläche. Somit ist die thermohaline Zyklus bringt Sauerstoff in die tiefen Schichten des Ozeans und ermöglicht Unterwasserwelt zu atmen und Abbau passieren aerob . Wenn der thermohaline Kreislauf geschlossen wird, wurde vorgeschlagen, dass das Meeresleben abstirbt und auf den Meeresboden absinkt. Es wurde festgestellt, dass der Klimawandel für den Sauerstoffverlust im Ozean verantwortlich ist, sowohl weil sich Sauerstoff in warmem Wasser schlechter auflöst, als auch aufgrund der Schwächung der thermohalinen Zirkulationen.

Bei zu wenig Sauerstoff würde eine anaerobe Vergärung durch Bakterien Methan und Schwefelwasserstoff aus der Biomasse erzeugen . Das giftige Schwefelwasserstoffgas könnte dann, wenn der Ozean zu viel enthält, in einer sogenannten Chemokline-Aufwärtsbewegung in die Atmosphäre freigesetzt werden. Die Vergiftung der Atmosphäre durch Schwefelwasserstoff ist eine der möglichen Ursachen, die zum Aussterben der Perm-Trias geführt haben könnten .

Auswirkungen auf das Wetter

Hansenet al. Im Jahr 2015 wurde festgestellt, dass die Abschaltung oder erhebliche Verlangsamung des AMOC, abgesehen davon, dass sie möglicherweise zu extremen Ereignissen am Ende des Eims beiträgt , zu einer allgemeineren Zunahme von Unwettern führen wird. Zusätzliche Oberfläche von Eiskühlung Schmelze erhöht die Oberfläche und troposphärische Temperaturgradienten senken, und die Ursachen in Modellsimulationen eine starke Zunahme der mittleren Breiten Wirbelenergie in der gesamten midlatitude Troposphäre. Dies wiederum führt zu einer Zunahme der Baroklinizität durch stärkere Temperaturgradienten, die Energie für schwerere Wetterereignisse liefert.

Viele der denkwürdigsten und verheerendsten Stürme im Osten Nordamerikas und Westeuropas, die im Volksmund als Superstürme bekannt sind, waren zyklonische Winterstürme, die manchmal im späten Herbst oder frühen Frühling auftreten und Winde in der Nähe von Hurrikanen und oft große Mengen an Schneefall. Die anhaltende Erwärmung der Ozeane niedriger Breiten in den kommenden Jahrzehnten wird mehr Wasserdampf liefern, um solche Stürme zu verstärken. Wenn diese tropische Erwärmung mit einem kühleren Nordatlantik durch die AMOC-Verlangsamung und einem Anstieg der Wirbelenergie in den mittleren Breiten kombiniert wird, können wir schwerere barokline Stürme erwarten.

Hansenet al. Die Ergebnisse deuten zumindest darauf hin, dass eine starke Abkühlung im Nordatlantik durch die AMOC-Abschaltung zu einer höheren Windgeschwindigkeit führt. Der Anstieg der saisonalen mittleren Windgeschwindigkeit der Nordostwinde im Vergleich zu vorindustriellen Bedingungen beträgt sogar 10–20%. Eine solche prozentuale Zunahme der Windgeschwindigkeit bei einem Sturm führt zu einer Zunahme der Sturmverlustleistung um einen Faktor ∼1,4–2, da die Windleistungsabgabe proportional zum Kubik der Windgeschwindigkeit ist. Die simulierten Änderungen beziehen sich jedoch auf saisonale mittlere Winde, die über große Gitterboxen gemittelt wurden, nicht auf einzelne Stürme.

Beobachtungen

2010 und früher

Im April 2004 erhielt die Hypothese, dass der Golfstrom abschaltet, Auftrieb, als eine retrospektive Analyse von US-Satellitendaten eine Verlangsamung des Nordatlantischen Wirbels , des nördlichen Wirbels des Golfstroms, zu zeigen schien .

Im Mai 2005 berichtete Peter Wadhams in The Times (London) über die Ergebnisse von Untersuchungen in einem U-Boot unter dem arktischen Eisschild, das die riesigen Schornsteine ​​aus kaltem, dichtem Wasser vermisste, in denen das kalte, dichte Wasser normalerweise auf den Meeresboden sinkt und durch warmes Wasser ersetzt und bildet einen der Motoren der Nordatlantischen Drift. Er und sein Team stellten fest, dass die Schornsteine ​​praktisch verschwunden waren. Normalerweise gibt es sieben bis zwölf Riesensäulen, aber Wadhams fand nur zwei Riesensäulen, beide extrem schwach.

Im Jahr 2005 wurde eine 30%ige Verringerung der warmen Strömungen, die das Wasser vom Golfstrom nach Norden transportieren, seit der letzten Messung im Jahr 1992 beobachtet. Die Autoren stellten Unsicherheiten in den Messungen fest. Nach Mediendiskussionen wies Detlef Quadfasel darauf hin, dass die Unsicherheit der Schätzungen von Bryden et al. ist hoch, sagt aber, dass andere Faktoren und Beobachtungen ihre Ergebnisse stützen, und Implikationen, die auf paläoklimatischen Aufzeichnungen basieren, zeigen, dass die Lufttemperatur innerhalb von Jahrzehnten um bis zu 10 ° C sinkt, was mit abrupten Wechseln der Ozeanzirkulation bei Erreichen einer bestimmten Schwelle verbunden ist. Er kam zu dem Schluss, dass weitere Beobachtungen und Modellierungen entscheidend sind, um frühzeitig vor einem möglichen verheerenden Zusammenbruch des Kreislaufs zu warnen. Als Antwort darauf kam Quirin Schiermeier zu dem Schluss, dass die natürliche Variation der Schuldige für die Beobachtungen sei, hob jedoch mögliche Implikationen hervor.

2008 haben Vage et al. berichteten über "die Rückkehr der tiefen Konvektion in den subpolaren Wirbel sowohl in der Labrador- als auch in der Irmingersee im Winter 2007-2008", wobei sie "Profiling-Float-Daten aus dem Argo-Programm zur Dokumentation der Tiefenmischung" und "eine Vielzahl von in situ, Satelliten- und Reanalysedaten", um den Kontext für das Phänomen zu setzen. Dies könnte viel mit den Beobachtungen von Variationen im Verhalten von Kaltwasserschornsteinen zu tun haben.

Im Januar 2010 verband sich der Golfstrom kurzzeitig mit dem Westgrönlandstrom, nachdem er aufgrund einer extrem negativen Phase der arktischen Oszillation einige Wochen lang schwankte und ihn vorübergehend westlich von Grönland umleitete.

Nach 2020

Eine im August 2021 in Nature Climate Change veröffentlichte Studie stützt sich auf mehr als ein Jahrhundert Daten zu Temperatur und Salzgehalt der Ozeane und zeigt signifikante Veränderungen bei acht indirekten Maßen für die Stärke der Zirkulation.

Es besteht die Möglichkeit, dass das AMOC ein bistabiles System ist (das entweder "ein" oder "aus" ist) und plötzlich zusammenbrechen könnte.

Thermohaline Zirkulation und Frischwasser

Das rote Ende des Spektrums weist auf eine Verlangsamung in dieser Darstellung des Geschwindigkeitstrends hin, der aus den Höhenmesserdaten des NASA Pathfinder von Mai 1992 bis Juni 2002 abgeleitet wurde. Quelle: NASA .

Wärme wird vom Äquator hauptsächlich durch die Atmosphäre, aber auch durch Meeresströmungen polwärts transportiert , mit warmem Wasser in der Nähe der Oberfläche und kaltem Wasser in tieferen Schichten. Das bekannteste Segment dieser Zirkulation ist der Golfstrom, ein windgetriebener Wirbel , der warmes Wasser aus der Karibik nach Norden transportiert. Ein nördlicher Zweig des Golfstroms, die Nordatlantische Drift, ist Teil der thermohalinen Zirkulation (THC) und transportiert Wärme weiter nach Norden in den Nordatlantik, wo seine atmosphärenerwärmende Wirkung zur Erwärmung Europas beiträgt.

Die Verdunstung von Meerwasser im Nordatlantik erhöht den Salzgehalt des Wassers und kühlt es ab, beides erhöht die Dichte des Wassers an der Oberfläche. Die Bildung von Meereis erhöht den Salzgehalt und die Dichte weiter, da bei der Meereisbildung Salz in den Ozean ausgeworfen wird. Dieses dichte Wasser sinkt dann ab und der Zirkulationsstrom setzt sich in südlicher Richtung fort. Die atlantische Meridional Overturning Circulation (AMOC) wird jedoch von den Unterschieden der Ozeantemperatur und des Salzgehalts angetrieben. Süßwasser verringert jedoch den Salzgehalt des Meerwassers und verhindert durch diesen Prozess das Absinken kälterer Gewässer. Dieser Mechanismus verursacht möglicherweise die Anomalie der kalten Ozeanoberflächentemperatur, die derzeit in der Nähe von Grönland beobachtet wird ( Cold Blob (North Atlantic) ).

Die globale Erwärmung könnte zu einem Anstieg des Süßwassers in den nördlichen Ozeanen, durch schmelzende Gletscher in Grönland und durch zunehmende Niederschläge , insbesondere durch sibirische Flüsse, führen.

Eine AMOC-Abschaltung kann möglicherweise die Art von abrupten massiven Temperaturverschiebungen auslösen, die während der letzten Eiszeit aufgetreten sind : Eine Reihe von Dansgaard-Oeschger-Ereignissen – schnelle Klimaschwankungen – können auf Süßwasserantrieb in hohen Breiten zurückgeführt werden, der das THC unterbricht. Modellläufe von 2002, bei denen das THC zwangsweise abgeschaltet werden muss, zeigen eine Abkühlung – lokal bis zu 8 °C (14 °F).

Studien des Florida Current legen nahe, dass der Golfstrom mit der Abkühlung schwächer wird und während der Kleinen Eiszeit (um ~10 %) am schwächsten ist .

Subpolarer Wirbel

Jüngste Studien (2017) weisen auf einen möglichen Konvektionskollaps (Wärmetransport) des subpolaren Wirbels im Nordatlantik hin, der zu einer schnellen Abkühlung mit Auswirkungen auf Wirtschaftssektoren, Landwirtschaft, Wasserressourcen und Energiemanagement in Westeuropa und der Ostküste der USA führt Vereinigte Staaten. Frajka-Williamset al. 2017 wies darauf hin, dass jüngste Veränderungen der Abkühlung des subpolaren Wirbels, warme Temperaturen in den Subtropen und kühle Anomalien über den Tropen die räumliche Verteilung des Meridionalgradienten der Meeresoberflächentemperaturen erhöht haben, die nicht vom AMO-Index erfasst wird .

IPCC-Modelle

Basierend auf gekoppelten Atmosphären-Ozean-Gesamtzirkulationsmodellen aus dem Jahr 2001 tendiert das THC eher dazu, etwas abzuschwächen als zu stoppen, und die wärmenden Effekte überwiegen die Abkühlung, sogar über Europa. Im fünften Sachstandsbericht des IPCC wurde berichtet, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass die AMOC einen schnellen Übergang durchmachen wird ( hohes Vertrauen ).

In der Populärkultur

Der Film The Day After Tomorrow übertreibt ein Szenario im Zusammenhang mit der Abschaltung von AMOC.

Kim Stanley Robinsons Science-Fiction-Roman Fifty Degrees Below , ein Band in seiner Science in the Capital- Reihe, schildert eine Stilllegung der thermohalinen Zirkulation und die Bemühungen der Menschheit, ihr durch die Zugabe großer Mengen Salz in den Ozean entgegenzuwirken.

In den Star Corpsman-Romanen von Ian Douglas löste eine AMOC-Abschaltung ein frühes Gletschermaximum aus, das Mitte des 22. Jahrhunderts den größten Teil Kanadas und Nordeuropas mit Eisschilden bedeckte.

Siehe auch

Verweise

Externe Links