M1 Thermohaline Zirkulation (Thc)

Thema

Die thermohaline Zirkulation ist das großräumige System von Meeresströmungen, das Dichtegradienten antreibt, die durch Temperatur- und Salzgehaltsunterschiede zwischen verschiedenen Regionen des Weltozeans entstehen. Sie bildet das sogenannte Förderband der Ozeane und verbindet alle Ozeane der Erde: Kaltes, salziges Wasser sinkt im Nordatlantik und im Weddellmeer nahe der Antarktis ab und bildet dort das Nordatlantische Tiefenwasser bzw. das Antarktische Bodenwasser. Von dort fließt dieses Wasser langsam durch die tiefsten Ozeanbecken und kehrt schließlich als warme Oberflächenströmung zurück. Der gesamte Kreislauf schließt sich innerhalb von ein- bis zweitausend Jahren.

Die treibende Kraft dieser thermohalinen Zirkulation ist der Wärmeverlust des Ozeans an die Atmosphäre, insbesondere im subpolaren Nordatlantik und den Randmeeren der Antarktis. Kühlt sich das Oberflächenwasser ab oder wird es durch Verdunstung oder die Abgabe von Salz bei der Eisbildung salziger, steigt seine Dichte, bis sie die des darunter liegenden Tiefenwassers übersteigt. Diese erhöhte Dichte führt dazu, dass das Oberflächenwasser in tiefen Konvektionssäulen absinkt und so das zuvor beschriebene Förderband entsteht.

Stommels Theorie liefert das konzeptionelle Modell zum Verständnis der Bistabilität dieser thermohalinen Zirkulation: Es gibt einen aktiven Zustand mit einer ähnlich starken Zirkulation wie heute und einen inaktiven, nahezu stagnierenden Zustand. Der Auftrieb – die Kombination aus Wärme- und Salzzufuhr bzw. -abfuhr – bewirkt den Wechsel des Systems zwischen den beiden Zuständen, sobald dieser einen bestimmten kritischen Schwellenwert überschreitet.

Im aktiven Zustand transportiert die thermohaline Zirkulation Wärme polwärts über den Atlantik mit einer Leistung von fast 1,3 Billionen Watt, gemessen auf 26 Grad nördlicher Breite. Gleichzeitig sorgt das Absinken von Wasser in tiefen Konvektionssäulen für die Belüftung der Tiefenwasserschichten und verhindert so deren Stagnation und Sauerstoffverlust. Diese Zirkulation ist zudem einer der Hauptregulatoren des europäischen Klimas. Die globale Erwärmung schwächt die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) vor allem durch den Zufluss von Süßwasser aus dem schmelzenden Grönlandeis. Dieses zusätzliche Süßwasser verringert die Dichte des subpolaren Oberflächenwassers und bringt das System näher an den kritischen Schwellenwert, den Stommels Theorie beschreibt. Diese Schwächung zählt zu den am besten untersuchten Kipppunkten im gesamten Klimasystem.

Vom Absinken kalten, salzigen Wassers, mit dem dieses Dokument beginnt, bis zur Schwächung durch Süßwasser, mit der es endet, und über die von Stommels Theorie beschriebene Bistabilität hinaus, bedeutet die thermohaline Zirkulation, dass das Schicksal des Wärmetransports, die Belüftung der Tiefen und das europäische Klima selbst von einem Dichtegleichgewicht abhängen, das heute zunehmend nahe an seinem Zusammenbruchpunkt liegt.

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