1974, nur ein paar Jahre nach dem Start des ersten Landsat-Satelliten, bemerkten Wissenschaftler im Weddellmeer in der Nähe der Antarktis etwas Merkwürdiges. In der Mitte des Eisspeichers befand sich ein großer eisfreier Bereich, der als Polynya bezeichnet wurde. Die Polynya, die ein Gebiet von der Größe Neuseelands umfasste, tauchte in den Wintern 1975 und 1976 wieder auf, wurde jedoch seitdem nicht mehr gesehen.
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Wissenschaftler interpretierten das Verschwinden des Polynyas als ein Zeichen dafür, dass seine Bildung ein natürlich seltenes Ereignis war. Forscher, die in Nature Climate Change berichtet haben, sind sich jedoch nicht einig, dass das Erscheinungsbild der Polynya früher weitaus häufiger war und dass der Klimawandel nun ihre Entstehung unterdrückt.
Darüber hinaus könnte die Abwesenheit der Polynya Auswirkungen auf das riesige Förderband der Meeresströmungen haben, die die Wärme rund um den Globus bewegen.
Mithilfe von Satellitenbildern konnten Wissenschaftler in den antarktischen Wintern von 1974 bis 1976 ein eisfreies Gebiet im Weddellmeer (oberer linker Quadrant) finden. (Bildnachweis: Claire Parkinson (NASA GSFC)) Oberflächenmeerwasser um die Pole herum ist aufgrund von Niederschlägen und der Tatsache, dass Meereis darin schmilzt, relativ frisch, was es sehr kalt macht. Infolgedessen befindet sich unter der Oberfläche eine Schicht aus etwas wärmerem und stärker salzhaltigem Wasser, das nicht durch Eisschmelze und Niederschlag infiltriert ist. Dieser höhere Salzgehalt macht es an der Oberfläche dichter als Wasser.
Wissenschaftler glauben, dass sich die Weddell-Polynya bilden kann, wenn Meeresströmungen diese dichteren unterirdischen Gewässer gegen eine Unterwasser-Gebirgskette drücken, die als Maud Rise bekannt ist. Dadurch wird das Wasser an die Oberfläche gedrückt, wo es sich mit kälterem Oberflächenwasser mischt und es erwärmt. Während es die obere Wasserschicht nicht genug erwärmt, damit eine Person bequem darin baden kann, ist es genug, um die Bildung von Eis zu verhindern. Aber auf Kosten - die Wärme des aufsteigenden Untergrundwassers wird unmittelbar nach Erreichen der Oberfläche an die Atmosphäre abgegeben. Dieser Wärmeverlust zwingt das jetzt kühle, aber immer noch dichte Wasser dazu, etwa 3.000 Meter tief abzusinken, um einen riesigen, superkalten Unterwasserozean zu versorgen Strom als antarktisches Grundwasser bekannt.
Das antarktische Grundwasser breitet sich in 3.000 Metern und mehr über die Weltmeere aus und liefert Sauerstoff in diese Tiefen. Es ist auch einer der Treiber der globalen thermohalinen Zirkulation, dem großen Ozeanförderband, das Wärme vom Äquator zu den Polen transportiert.
Ein Netz aus Oberflächen- und Tiefseeströmen bewegt Wasser und Wärme um die Welt. (Credit: NASA / Map von Robert Simmon, adaptiert vom IPCC 2001 und Rahmstorf 2002) Damit sich das Wasser jedoch im Weddellmeer vermischen kann, muss die oberste Schicht des Meerwassers dichter als die darunter liegende sein, damit das Wasser sinken kann.
Um herauszufinden, was in der Weddellsee vor sich geht, analysierten Casimir de Lavergne von der McGill University in Montreal und seine Kollegen zunächst Temperatur- und Salzgehaltmessungen, die seit 1956 von Schiffen und Schwimmrobotern in dieser Region gesammelt wurden - Zehntausende von Datenpunkten. Die Forscher konnten feststellen, dass die Wasserschicht an der Stelle der Weddell-Polynya seit den 1950er-Jahren weniger salzig geworden ist. Süßwasser ist weniger dicht als Salzwasser, und es wirkt wie ein Deckel auf dem Weddell-System, der das unterirdische warme Wasser einfängt und verhindert, dass es die Oberfläche erreicht. Dies wiederum stoppt das Mischen, das an dieser Stelle antarktisches Grundwasser erzeugt.
Diese Zunahme des Süßwassers hat zwei Ursachen: Der Klimawandel hat den globalen Wasserkreislauf verstärkt und sowohl die Verdunstung als auch die Niederschläge erhöht. Und die Gletscher der Antarktis haben sich schneller abgekalbt und sind geschmolzen. Beide Quellen tragen letztendlich mehr Süßwasser zum Weddellmeer bei als in der Vergangenheit, so die Forscher.
Um herauszufinden, wie die Zukunft dieses Systems aussehen könnte, haben sich de Lavergne und seine Kollegen an 36 Klimamodellen orientiert. Jene Modelle, die vorhersagen, dass trockene Orte der Welt im Allgemeinen trockener und nasser werden, zeigen, dass in diesem Gebiet des Südlichen Ozeans in Zukunft noch mehr Niederschläge fallen sollten. Die Modelle enthalten keine schmelzenden Gletscher, aber es wird erwartet, dass diese mehr Süßwasser hinzufügen, was den Deckel des Systems nach Ansicht der Forscher noch fester machen könnte.
Eine Abschwächung der Wassermischung im Weddellmeer könnte zumindest teilweise eine Verringerung des antarktischen Grundwassers erklären, die im Jahr 2012 gemeldet wurde. „Eine verringerte Konvektion würde die Geschwindigkeit der Bildung des antarktischen Grundwassers verringern“, sagt de Lavergne. Das "könnte zu einer Schwächung des unteren Zweigs des thermohalinen Kreislaufs führen."
Dieser untere Zweig ist der Cousin eines ähnlichen Konvektionsprozesses im Labradormeer des Nordatlantiks, wo kaltes Wasser aus der Arktis sinkt und tiefe Strömungen nach Süden treibt. Wenn diese Quelle von tiefem Wasser abgeschaltet würde, möglicherweise aufgrund eines Süßwasserzuflusses, hätten Wissenschaftler gesagt, dass die Ergebnisse katastrophal sein könnten, insbesondere für Europa, das durch diese Wärme- und Wasserbewegung warm gehalten wird. Klimaforscher halten dieses Szenario für sehr unwahrscheinlich, aber nicht für unmöglich. Und selbst ein geschwächtes System kann Auswirkungen auf Klima und Wetter auf der ganzen Welt haben.
Sofort könnte eine Abschwächung der Vermischung im Weddellmeer zu einigen der in der Antarktis und im Südpolarmeer beobachteten Klimatrends beitragen. Die Abschwächung könnte eine Verlangsamung der Oberflächenerwärmung und -ausdehnung im Meereis erklären, indem sie wärmeres Meerwasser gefangen hält, so die Forscher.
Die Abschwächung der Weddell-See-Mischung hat auch die gesamte Wärme und den Kohlenstoff, die in diesen tieferen Schichten des Meerwassers gespeichert sind, gefangen gehalten. Wenn sich eine andere Riesenpolynie bildet, was unwahrscheinlich, aber möglich ist, warnen die Forscher, könnte dies einen Wärmepuls auf dem Planeten auslösen.
