Geowissenschaftler der Universitäten Heidelberg und Bern rekonstruieren das Strömungsverhalten im Holozän

Mithilfe geochemischer Analysen mariner Sedimente ist es gelungen, die Atlantische Meridionale Umwälzströmung über die vergangenen 12.000 Jahre quantitativ zu rekonstruieren. Das großskalige Strömungsverhalten im Holozän wurde von einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Heidelberg und der Universität Bern (Schweiz) erstmals berechnet. Ihre Rekonstruktion zeigt, dass die Umwälzströmung im Laufe der Jahrtausende zwar natürlichen Schwankungen unterlag, dabei aber über lange Zeiträume stabil blieb.

Die Atlantische Meridionale Umwälzströmung (AMOC) gehört zu einem globalen ozeanischen Tiefenwassersystem, das Wärme und Süßwasser aus dem Süden in den Norden umverteilt und damit großen Einfluss auf Wetter, Meere und Klima hat. Sie ist eine der zentralen Komponenten des Klimasystems der Erde. Dazu gehört auch das für Europa wichtige Golfstromsystem, das als Teil des ozeanischen „Förderbands“ große Wärmemengen aus tropischen Regionen in höhere Breitengrade transportiert und damit maßgeblich zum Temperaturausgleich zwischen Nord- und Südhalbkugel beiträgt. Veränderungen in der Stärke dieser Strömung können weitreichende Auswirkungen auf Wettergeschehen, Meeresökosysteme und langfristige globale Klimamuster haben, wie Lukas Gerber, Doktorand am Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg, erläutert. Während die Variabilität der AMOC über die letzte Eiszeit hinweg gut dokumentiert ist, rückt das Strömungsverhalten im Holozän – die seit etwa 12.000 Jahren bis heute andauernde, vergleichsweise milde Periode der Erdgeschichte – zunehmend in den Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen.

Grundlage für die Rekonstruktion der atlantischen Ozeanströmung waren geochemische Messungen der radioaktiven Elemente Thorium und Protactinium, die an Sedimenten aus dem nordatlantischen Meeresboden durchgeführt wurden. Das Verhältnis dieser sehr seltenen Radioisotope dokumentiert die Strömungsstärke der vergangenen 12.000 Jahre und ermöglicht Einblicke in die Umweltbedingungen, die seit dem Ende der letzten Eiszeit herrschten. Mit den so gewonnenen Daten speisten die Wissenschaftler ein numerisches Erdsystemmodell, um die AMOC unter verschiedenen klimatischen Szenarien zu simulieren. So war es möglich, das Strömungsverhalten von Tiefenwasser im Nordatlantik für die aktuelle geologische Epoche, das Holozän, zu berechnen.

Die Rekonstruktion der Forscherinnen und Forscher zeigt, dass es nach einer Phase der Erholung zum Ende der letzten Eiszeit zwischen 9.200 und 8.000 Jahren vor heute erneut zu einer markanten Abschwächung der Atlantischen Meridionalen Umwälzströmung kam. „Diese Phase fällt zeitlich zusammen mit Schmelzwasserimpulsen im Nordatlantik, bei denen große Mengen an Schmelzwasser in kurzer Zeit freigesetzt wurden, vermutlich durch den Zusammenbruch des Nordamerikanischen Eisschilds“, erläutert Lukas Gerber. Vor etwa 6.500 Jahren begann sich die Umwälzströmung nach Angaben der Wissenschaftler zu stabilisieren und erreichte ihre heutige Stärke. Diese liegt bei rund 18 Sverdrup, wobei ein Sverdrup einem Volumenstrom von einer Milliarde Litern pro Sekunde entspricht.

„Unsere Ergebnisse verdeutlichen, dass die AMOC im Holozän über lange Zeiträume hinweg stabil war“, betont Projektleiter Dr. Jörg Lippold, der mit seinem Team am Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg zur Ozeandynamik forscht. Projektionen für die Zukunft zeigen jedoch deutlich, dass der menschengemachte Klimawandel zu einer so starken Abschwächung der atlantischen Ozeanströmung führen könnte, wie sie in der gesamten bisherigen Warmzeit des Holozäns noch nicht dagewesen ist. Der Heidelberger Wissenschaftler verweist dabei auf aktuelle Klimamodelle, die eine Verlangsamung von fünf bis acht Sverdrup annehmen – je nach tatsächlicher globaler Erwärmung bis zum Jahr 2.100. Dies könnte sich, so Dr. Lippold, fatal und in beispielloser Weise auf die Stabilität von Temperaturen und die globale Niederschlagsverteilung auswirken.

An den Forschungsarbeiten beteiligt waren neben den Wissenschaftlern aus Heidelberg und Bern Forscherinnen und Forscher des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften in Bremen, der Universität Erlangen-Nürnberg sowie der Universität São Paulo (Brasilien). Gefördert wurden die Arbeiten von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Europäischen Union und der brasilianischen Forschungsförderung. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.