Klimawandel schwächt tropische Windsysteme - Daten aus der Eiszeit bestätigen Prognose

Überschwemmungen durch Starkregen auf der einen und Dürren auf der anderen Seite beeinflussen das Leben von Millionen von Menschen in tropischen Regionen. Eine Gruppe von Wissenschaftlern um Dr. Mahyar Mohtadi vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen hat untersucht, wie sich der atmosphärische Wasserkreislauf künftig entwickeln könnte. Die Ergebnisse hat die Zeitschrift Nature Communications jetzt veröffentlicht.
Ein Messgerät wird von einem Schiff aus ins Ozean heruntergelassen (MARUM – Zen­trum für Ma­ri­ne Um­welt­wis­sen­schaf­ten, Uni­ver­si­tät Bre­men)
Mit­hil­fe ei­ner so ge­nann­ten CTD-Ro­set­te kön­nen Wis­sen­schaft­ler die Was­ser­säu­le be­pro­ben und Pa­ra­me­ter wie Salz­ge­halt, Tem­pe­ra­tur, Sau­er­stoff und Par­ti­kel­dich­te in der Was­ser­säu­le mes­sen. Sie wird von Bord des For­schungs­schiffs SON­NE ins Was­ser ge­las­sen.
Foto: MARUM – Zen­trum für Ma­ri­ne Um­welt­wis­sen­schaf­ten, Uni­ver­si­tät Bre­men

Ein globales System aus Winden und Ozeanströmungen beeinflusst das Klima. Eine wichtige Rolle dabei spielt die Walker-Zirkulation entlang des Äquators, benannt nach ihrem Entdecker, dem englischen Physiker Sir Gilbert Thomas Walker (1868-1958). Sie stellt einen atmosphärischen Wasserkreislauf dar. Über dem indonesischen Archipel steigen aufgrund der hohen Wassertemperaturen von durchschnittlich 28,5 Grad Celsius feuchte Luftmassen auf. Diese spalten sich in der oberen Atmosphäre und speisen zwei verschiedene Kreisläufe: Ein Teil strömt in Richtung Osten nach Südamerika, ein anderer Teil nach Westen in Richtung Afrika. Durch den Auftrieb der Luftmassen bildet sich über Indonesien ein Tiefdruckgebiet, welches für feuchtes Klima verantwortlich ist. Vor Afrika und Südamerika bilden sich wiederum Hochdruckgebiete, da die Luftmassen hier nach unten drücken und so Wolkenbildung vermeiden. Diese Gebiete sind also für gewöhnlich arm an Regen.

Wie wirkt Klimaveränderung auf Windsysteme?

Die Wissenschaftler Mahyar Mohtadi, Matthias Prange, Enno Schefuß und Tim C. Jennerjahn vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und dem Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung Bremen haben in ihrer aktuellen Studie die Auswirkungen des globalen Temperaturanstiegs auf die Walker-Zirkulation ausgewertet. Um diese Veränderungen zu verstehen, muss ein durchschnittlich kälterer Zeitabschnitt der Erdgeschichte betrachtet werden. „Daher haben wir den Zustand während der letzten Eiszeit vor rund 20.000 Jahren mit den vergangenen wärmeren 3.000 Jahren verglichen", erklärt Mohtadi. Wissenschaftler nutzen Wetteraufzeichnungen, um mit Modellen Abschätzungen zum Klima in künftigen Jahrzehnten zu machen. Oft genügt es nicht, Daten zum Wetter aus dem 20. Jahrhundert zu analysieren, da sie die Veränderungen nicht umfassend genug abbilden. Aus diesem Grund blicken Paläoklimatologen weiter zurück. Dazu nutzen sie Meeresbodenablagerungen, die wie Ringe eines Baumstamms Klimabedingungen wie in einem Archiv aufzeichnen.

Neue Erkenntnisse dank Kombination verschiedener Daten und Modelle

„Die bisherigen Zukunftsprognosen besagen, dass die Intensität der Walker-Zirkulation abnimmt, wenn sich die Erde erwärmt. Eine abgeschwächte Zirkulation bedeutet mehr Regen über Ostafrika und weniger Regen über Südostasien", erklärt Mohtadi. Der Regen habe aber verheerende Folgen, denn er sorge etwa in Ostafrika nicht für ein fruchtbares Klima, sondern für Überschwemmungen. Ein Blick in die Vergangenheit, in der sich Kalt- und Warmzeiten mit mehr beziehungsweise weniger Zirkulation abgewechselt haben, soll den Klimaforschern zeigen, ob ihre Theorie korrekt ist. „Was die Walker-Zirkulation angeht, stimmt sie", bilanziert Mohtadi.

Mahyar Mohtadi, Matthias Prange, Enno Schefuß und Tim C. Jennerjahn haben verschiedene Daten und Klimamodelle kombiniert. Dazu gehören Sedimentkerne von vor der Küste Indonesiens, Satellitendaten und Messreihen sowie mehrere Klimamodelle, in denen die Wassertemperatur an der Meeresoberfläche mit der in größerer Tiefe verglichen wurde. Weitere Hinweise lieferten Pflanzenreste aus Sedimenten, die Niederschlagsänderungen in der Vergangenheit aufzeichnen. Die Qualität dieser kombinierten Daten schätzt Mahyar Mohtadi als hoch ein. „Wir haben verschiedene Indikatoren aus der Eiszeit gemittelt und mit denen von heute verglichen, das ist ein robustes Signal.

Die Daten wurden unter anderem auf den Expeditionen SO184/1 und SO189 mit dem Forschungsschiff SONNE erhoben. Die SONNE wird den Meeresforschern im Forschungsrahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung (FONA)" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung zur Verfügung gestellt.

Originalpublikation:
Mahyar Mohtadi, Matthias Prange, Enno Schefuß, Tim C. Jennerjahn: Late Holocene slowdown of the Indian Ocean Walker circulation. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-017-00855-3