Die Auswirkung des Klimawandels auf den Nordatlantikstrom

Die Auswirkung des Klimawandels auf den Nordatlantikstrom Nissen Gleuwitz 13.01.2014 Angefertigt am als Praktikant am Deutschen Klimarechenzentrum DKRZ

Inhalt Einleitung...2 Die Bedeutung der Meeresströme:...2 Globales Förderband...4 Thermohaline Zirkulation der Vergangenheit...6 Die Thermohaline Zirkulation in der Gegenwart...7 Mögliche Abschwächung der Thermohalinen Zirkulation...7 Ist der Nordatlantikstrom schon geschwächt?...8 Die Thermohaline Zirkulation in der Zukunft...8 Die Zukunftsszenarien...8 Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur...9 Niederschlag über den Ozeanen... 11 Auswirkungen des Klimawandels auf den Nordatlantikstrom... 12 Bleibt der Nordatlantikstrom aus?... 13 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms... 13 Kommt der Nordatlantikstrom nach seiner Abschwächung wieder?... 13 Fazit... 13 Quellen... 14 1

Einleitung In meiner Darstellung über den Nordatlantikstrom gehe ich auf die Auswirkungen des Klimawandels auf den Nordatlantikstrom selbst, aber auch auf die Folgen dieser Veränderungen ein. Ich habe mich für dieses Thema entschieden, weil es mir neu war und ich nicht wusste, wie wichtig der Nordatlantikstrom für Europa ist. Ich fand es auch sehr interessant zu sehen, wie viele Veränderungen der Klimawandel mit sich bringt. Da ich auch selbst in Europa lebe, fand ich es auch gut zu erfahren, wie es hier in der Zukunft aussieht und ob es kälter oder wärmer wird. Zuerst werde ich auf die Bedeutung und Funktion des Nordatlantikstroms eingehen, danach über die Vergangenheit und Gegenwart berichten und zuletzt die Zukunftstheorien erklären, bis ich zu einem Fazit komme. Ich versuche dabei die Frage zu beantworten, ob das Klima Auswirkung auf den Nordatlantikstrom hat und ob es Veränderungen im europäischen Klima geben wird. Die Bedeutung der Meeresströme: Die Meeresströmungen bringen Energie aus den strahlungsreichen niederen in die höheren Breiten. Der Hauptteil des Wärmetranssportes im Atlantik kommt von der meridionalen Umwälzbewegung, welche aus den Dichteunterschieden resultiert. Meeresströmungen entstehen aus mehreren Faktoren: Winde, Gezeiten und Druckunterschiede spielen dabei eine wichtige Rolle. Eines der bekanntesten Beispiele ist der Nordatlantikstrom, die nordöstliche Abzweigung des Golfstroms. Er befördert warmes Wasser nach Europa und es kommt dort zu deutlichen Temperaturunterschieden, da das Wasser die Wärme an die Luft abgibt und die Westwinde die warme Luft nach Europa bringen. Zum Beispiel können in Irland oder Wales manche Palmenarten überleben, während in Kanada, obwohl es sich auf den gleichen Breiten befindet, nur Nadelbäume überleben können. Aufgrund dieses Temperatur-Unterschiedes leben auch zehnmal so viele Menschen in Europa als in Kanada oder Sibirien. 2

Abb.1 Der Golfstrom Hier habe ich ein Experiment mit dem einfachen Klimamodel MSCM(mscm.dkrz.de) durchgeführt, aus dem man die Temperaturunterschiede durch den Nordatlantikstrom deutlich erkennen kann. Lufttemperatur in C Experiment A ist mit Ozean Experiment B ohne Ozean Europas Lufttemperatur sinkt bei B von 5 C im Winter auf -20 C, da der Nordatlantikstrom keine Wärme mehr liefert und das maritime milde Klima ausfällt. 3

Experiment A B Die Wirkung des Ozeans auf die Lufttemperatur über dem Nordatlantik und Europa. Abb.2 Die Auswirkung des Atlantischen Ozeans auf Europa Aus der Differenz der beiden Experimenten(A-B) kann man die Bedeutung des Nordatlantikstroms ablesen: Er bewirkt ein Temperaturanstieg von ca.25 C in Mitteleuropa, in Westeuropa sogar über 30 C. Globales Förderband Der Nordatlantikstrom und der Golfstrom sind Teil des weltumspannenden Globalen Förderbandes. Das Globale Förderband beschreibt die Zirkulation der Meeresströmungen, die sich wie ein Förderband um die Erde bewegen und Wasser von einem Ozean zum anderen transportieren. Es erstreckt sich über den gesamten Globus und durchfließt alle drei Ozeane, daher auch der Name. Das Globale Förderband wird durch Passat- und Westwinde angetrieben und auch durch die Thermohaline Zirkulation, durch die auch der Nordatlantikstrom nach Europa kommt. Abb.3 Das Globale Förderband 4

Die Thermohaline Zirkulation entsteht durch den hohen Salzgehalt im Atlantischen Ozean, der durch den Süßwasser-Export über die Atmosphäre aus dem Atlantischen in den Pazifischen Ozean entsteht. Dieser Süßwasser-Export kommt folgendermaßen zustande: Durch die starke Sonneneinstrahlung über den Subtropen kommt es dort zur Verdunstung von sehr viel Süßwasser. Das verdunstete Wasser sammelt sich nun als Wasserdampf in der Atmosphäre. Dadurch steigt der Salzgehalt im Ozeanwasser. Der Wasserdampf regnet sich aber meistens nicht über dem Atlantik wieder aus, sondern wird von den Passatwinden über die schmale Landbrücke in Mittelamerika in den Pazifik geweht und fällt dort als Niederschlag. So kommt es zu einem ständigen Süßwasserverlust im Atlantik. Dieser Verlust wird auch nicht an anderen Stellen in der Atmosphäre wieder ausgeglichen, da der Transport von Wasserdampf und Wolken dort von ausgedehnten Landmassen und hohen Gebirgen( Rocky Mountains, Anden) begrenzt wird. Das salzhaltigere und damit auch schwerere Wasser des Atlantiks schiebt sich daher im Südlichen Ozean in der Tiefe unter das Wasser des Indischen-und Pazifischen Ozeans. Von dort strömt das wärmere und leichtere Oberflächenwasser wieder in den Atlantik, um das verlorene Wasser auszugleichen. Abb. 4: Wasserdampfexport vom Atlantik zum Pazifik und die Folgen für die Meeresströmungen Ein weiterer wichtiger Motor des globalen Förderbandes befindet sich im Nordatlantik. Das schwere salzhaltige Wasser aus den Subtropen (Golf von Mexiko) des Atlantischen Ozeans strömt als Golfund dann als Nordatlantikstrom nach Nordosten. Hier sinkt es durch den hohen Salzgehalt und die Kälte, welches zu einer höheren Dichte führt, in die Tiefe(Abb.5). Das wird auch noch dadurch gefördert, dass zu Eis werdendes Wasser das Salz an das andere Wasser abgibt und dadurch der Salzgehalt noch einmal steigt. Im Norden des Atlantischen Ozeans entsteht nun ein starker Sog, da dort das schwere salzhaltige und nun auch kalte Wasser in die Tiefe sinkt. Diese Gebiete nennt man Absinkgebiete. So wird das warme Wasser, das vom Golf vom Mexiko kommt in den Norden gesogen, um das vor der Arktis in die Tiefe sinkende Wasser auszugleichen. Das in die Tiefe gesunkene Wasser (blau) fließt dann wieder aus dem Atlantik in die anderen Ozeane(Abb.3). 5

Abb.5 Die Absinkgebiete im Nordatlantik Die Absinkgebiete des Nordatlantikstroms liegen vor der Arktis. Dort wird der Nordatlantikstrom hin gesogen und man sieht, dass er sich im Norden auf die drei Absinkgebiete verteilt. Es gibt auch noch andere Absinkgebiete nördlich der Antarktis, aber für den Nordatlantikstrom spielen nur diese eine Rolle. Auch zu erkennen ist, dass das schwere Wasser in der Tiefe (blau) wieder aus dem Atlantik verschwindet(abb.3 oder 5) Thermohaline Zirkulation der Vergangenheit Dass der Nordatlantikstrom ausbleiben kann, hat uns die Vergangenheit schon gezeigt. Darum ist der Gedanke an ein Ausbleiben in der Zukunft schon gerechtfertigt. Man nennt dieses Ereignis in der Vergangenheit das jüngere Dyras-Ereignis. 6

Abb.6: Das jüngere Dyras-Ereignis Das jüngere Dyras-Ereignis fand vor 13000 bis 11500 Jahren statt. Es kam dabei zu einem starken Absinken der Temperatur, die zu einer neuen kurzen Eiszeit in Europa führte. Der Grund für diese erneute Eiszeit war, dass die Eismassen aus Nordamerika schmolzen und es zu einer gewaltigen Süßwasser-Zufuhr in den Nordatlantik kam, die die Absinkgebiete der Thermohalinen Zirkulation abschwächten. Der Nordatlantikstrom fiel aus und so kam es zu einer erneuten Eiszeit in Europa. Die Thermohaline Zirkulation in der Gegenwart Mögliche Abschwächung der Thermohalinen Zirkulation Die Thermohaline Zirkulation ist in der Vergangenheit schon einmal abgebrochen. Ist es möglich, dass sie durch den Klimawandel abgeschwächt werden kann? Tatsächlich gibt es drei Faktoren, die die Thermohaline Zirkulation abschwächen können. Einmal, wenn das Meereis der Arktis und auf Grönland schmilzt und dadurch mehr Wasser mit einer geringeren Dichte in die Absinkgebiete kommt (es besitzt nur eine geringe Dichte, da es über kein Salz verfügt). Zum anderen wird durch die Erwärmung der Atmosphäre auch die Oberflächentemperatur des Wassers erhöht, wodurch die Dichte des vorher kalten Wassers erniedrigt wird, weil es erwärmt wird. Und zuletzt dadurch, dass die warme Luft, aufgrund der höheren Verdunstung in den Subtropen die mehr Feuchtigkeit enthält, in die höheren Breiten geweht wird und es dann über den Absinkgebieten zu mehr Niederschlägen kommt, wodurch ebenfalls Süßwasser in diese Gebiete gelangt. Das alles führt zur Verringerung der Dichte. Dadurch wird das Absinken geschwächt. Deshalb würde der Nordatlantikstrom weniger warmes Wasser nach Norden bringen, da der Sog von den Absinkgebieten schwächer sein würde. Daraufhin würde sich das Klima in Europa verändern und es würde kälter werden. 7

Ist der Nordatlantikstrom schon geschwächt? Gegenwärtig ist noch keine Veränderung des Nordatlantikstroms gemessen worden und da die Werte auch ohne Klimaeinwirkungen nicht immer gleich sind, muss man auch noch ein paar Jahre warten um dann das Mittel zu messen. Erst danach kann man sehen, ob sich der Nordatlantikstrom durch den Klimawandel ändert. Doch wie schon gesagt, Veränderungen hat es bisher noch nicht gegeben. Die Thermohaline Zirkulation in der Zukunft Die Zukunftsszenarien In der Zukunft soll es aber nach Klimamodellen Veränderungen durch den Klimawandel geben und der Nordatlantikstrom soll geschwächt werden. Da man aber die Zukunft nicht vorhersagen kann, entwerfen Wissenschaftler verschiedene Zukunftsszenarien, die alle von einem anderen Verhalten des Menschen ausgehen. Abb.7 Die Zukunftsszenarien Die neuesten Szenarien sind die RCP-Szenarien, die jeweils nach ihren W/m² Wert benannt werden. Es gibt vier verschiedene Szenarien, wobei das Szenario RCP 8.5 davon ausgeht, dass der Mensch genauso weiter macht wie jetzt. Dieses Szenario ist auch das schlimmste berechnete Szenario. Das Szenario RCP 2.6 ist das optimistischste Szenario, um das aber zu erreichen, müssten wir sofort den Verbrauch von CO2 stoppen und der Welt auch noch auf eine andere Weise helfen, also z.b Bäume pflanzen. Das Szenario 2.6 ist für einige Experten aber schon unerreichbar. Ein mittleres Szenario ist RCP 4.5. W/m² W/m² benutzt man um Strahlungen zu messen. Die Strahlungen, die auf der Abbildung gemessen worden sind langwellige Strahlungen. Das ist die Wärmestrahlung, die von der Erde kommt. Sie kommt durch den Treibhauseffekt zustande. 8

Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur Mit Klimamodellen lassen sich diese Szenarien berechnen. So wird auch die mögliche Meeresoberflächentemperatur berechnet. Die dabei entstehenden Daten können mit einem Graphik-Programm visualisiert werden. Die folgenden Graphiken habe ich mit dem Visualisierungsprogramm Panoply, das die NASA (http://www.giss.nasa.gov/tools/panoply/) anbietet, erzeugt. Die Daten kommen vom Max-Plank-Institut für Meteorologie aus Hamburg. 1 Abb.8 Meeresoberflächentemperatur RCP-Szenario 4.5 Diese Abbildung zeigt die Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur im Vergleich zu heute. Sie zeigt das Szenario RCP 4.5. Nach dem Zukunft Szenario RCP 4.5 wird der Atlantik ganz im Norden auf der Höhe von Großbritannien nur schwach erwärmt, da der Nordatlantikstrom in diese Gebiete weniger warmes Wasser mit sich bringt, weil er vom Klimawandel geschwächt wird. Man sieht auch, dass der Atlantische Ozean auf der Höhe von Spanien deutlich erwärmt wird. Um Szenario RCP 4.5 zu erreichen, müssen wir mehr für das Klima tun. Es reicht nicht einfach nur so weiter zu machen. 1 CMIP5 simulations of the Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) based on the MPI-ESM-MR model: The rcp45 experiment, served by ESGF http://dx.doi.org/10.1594/wdcc/cmip5.mxelr4 9

Abb.9 Meeresoberflächentemperatur RCP- Szenario 8.5 Nach dem Zukunft Szenario 8.5 wird die Welt stark erwärmt und das Wasser östlich von Nordamerika wird nach diesem Szenario schon über 4 C wärmer als heute, trotzdem bleibt es im nördlichen Bereich vom Atlantik kalt, auch das liegt an der Abschwächung des Nordatlantikstroms. In beiden Szenarien blieb das Wasser westlich von Großbritannien kühl. Man sieht also, dass die Abschwächung des Nordatlantikstroms zu kälteren Temperaturen führt. 10

Niederschlag über den Ozeanen In beiden Szenarien kommt es in Sibirien und über Grönland zu mehr Niederschlag. Wenn es im Norden Russlands zu Niederschlägen kommt, sorgen Strömungen dafür, dass auch dieses Süßwasser in die Absinkgebiete kommt (siehe Pfeil). Man kann also die Süßwasser-Zufuhr in die Absinkgebiete durch den Niederschlag erkennen. Abb.10-11 Globaler Niederschlag(oben RCP-Szenario 4.5, unten RCP-Szenario 8.5) 11

Auswirkungen des Klimawandels auf den Nordatlantikstrom Ich habe jetzt sehr viel über die Auswirkung auf das Wasser und über die Auswirkungen auf die Absinkgebiete geschrieben, aber um meine eigentliche Frage zu beantworten, gehe ich nun auf die Auswirkungen der ganzen Veränderungen des Klimas auf den Nordatlantikstrom selbst ein. Die große und wichtige Veränderung ist, dass der Strom nicht mehr so viel warmes Wasser mit sich nimmt. Abb.13 Die Abschwächung des Nordatlantikstroms (Die Farben stehen für drei verschiedene Modelsimulation: rot für MPI-M Hamburg, lila für Hadley Centre Großbritannien und grün für die NASA/GISS USA) Sverdrup Die Maßeinheit Sverdrup wird von Ozeanographen für Meeresströmungen genutzt. Sie zeigt das Volumen transportierten Wassers pro Zeit: Eine Folge dieses Ausbleibens ist die deutlich niedrigere Luft- und Wassertemperatur in Europa. Wie sich der Strom allerdings abschwächen wird, ist noch nicht sicher. Es ist auch noch offen, wie groß die Auswirkungen in Europa sein werden. Aus den Modellen sieht man aber eine Abschwächung um mindestens 20 %. 12

Bleibt der Nordatlantikstrom aus? In der Vergangenheit ist es schon einmal zu solch einem Ausbleiben gekommen, daraufhin begann eine neue Eiszeit. Das allerdings wird nach Aussagen von Klimaforschern in Zukunft nicht passieren, denn die Einwirkungen des Klimawandels sind zu gering um den Nordatlantikstrom plötzlich ausfallen zu lassen wie es z.b im Film The Day After Tomorrow gezeigt würde. Trotzdem sollte man dieses Problem ernstnehmen, da es über längere Zeit schon Folgen auf die Lufttemperatur in Europa hat. Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms Dass der Nordatlantikstrom bei einer Abschwächung weniger warmes Wasser mit sich bringt, hat zur Folge, dass in Europa die Lufttemperatur niedriger wird. Das könnte sich im Klimawandel durchaus positive auf Europa auswirken, da man die Erderwärmung damit ausgleichen könnte. Man weiß allerdings nicht, wie genau die Abschwächung sein wird oder wie stark die Temperatur fällt. Es könnte sein, dass man in Mitteleuropa die Abschwächung erst gar nicht bemerkt. Man könnte aber meinen, dass das Ausbleiben des Nordatlantikstroms gut für Europa ist, da es die Globale Erwärmung ausgleichen bzw. abmildern könnte. Kommt der Nordatlantikstrom nach seiner Abschwächung wieder? Wenn der Mensch nichts für das Klima tut und das RCP-Szenario 8.5 eintritt, wird der Nordatlantikstrom trotzdem wieder zurückkehren? Man hat zwei Faktoren, die führ die Rückkehr des Nordatlantikstroms sprechen. Einmal wird es im Norden durch das Ausbleiben des Nordatlantikstroms kälter, wodurch das Wasser wieder schwerer wird. Ein anderer Punkt ist die höhere Verdunstung in den Subtropen des Atlantischen Ozeans. Das führt zu einem höheren Salzgehalt im Atlantik. Auch das erhöht die Dichte des Wassers. Es kann also sein, dass sich der Nordatlantikstrom für kurze Zeit erholt. Das würde aber nur für kurze Zeit so sein, da es danach wieder wärmer wird und der Sog wieder nachlässt. Dagegen spricht die Erwärmung der Meeresoberfläche, die immer weiter voran schreitet und das Wasser immer leichter macht. Außerdem werden durch das Abschmelzen der Arktis, die Absinkgebiete geschwächt. Und auch der zunehmende Niederschlag schwächt diese Gebiete. Die Frage ist, ob die Absinkgebiete ohne Eis und mit höherer Süßwasser-Zufuhr überhaupt noch entstehen können. Dieselbe Menge an warmem Wasser wird der Strom allerdings nie wieder mit sich bringen, wenn das Szenario RCP 8.5 eintritt. Fazit Dass das Klima Auswirkung auf den Nordatlantikstrom haben wird, ist nach den Modellen nicht zu vermeiden. Wie groß diese Auswirkungen sein werden, ist aber noch nicht klar, weil man weder weiß, welches Szenario eintritt, noch ob die Modelle die Zukunft genau richtig treffen. Einen richtigen messbaren Beweis für gegenwärtige Veränderungen hat man noch nicht, da sich noch nichts verändert hat. Trotzdem würde ich diese Ergebnisse ernst nehmen. Mich haben diese Ergebnisse überrascht. Ich habe nicht mit solchen Änderungen des Klimas gerechnet. Offen bleibt noch, ob Europa den Klimawandel überhaupt spürt. Das müsste man herausfinden, wenn man die 13

Zukunft besser eingrenzen kann. Im Moment haben wir noch viele Möglichkeiten und das finde ich auch gut so. Wir können noch immer vieles ändern und vielleicht eine bemerkbare Abschwächung des Nordatlantikstroms verhindern. Das Problem sehe ich darin, die neuen Industrieländer oder Entwicklungsländer davon zu überzeugen, das Klima zu schonen, denn gerade wir in Europa sind noch am meisten Schuld am Klimawandel und noch wachsende Länder brauchen die Industrie, trotzdem müssen wir zu einem Schluss kommen und weniger CO2 in die Atmosphäre emittieren. Doch das ist den Politikern überlassen, die auch schon versuchen eine Lösung zu finden. Das soll allerdings nicht heißen, dass man selbst nicht in der Lage ist das Klima zu schützen. Man kann durch das Umsteigen auf erneuerbare Energien, durch Fahrrad fahren oder durch das Vermeiden der sinnlosen Energieverschwendung selbst das Klima schützen. Quellen Bilder: Abb.1 Wikimedia: der Golfstrom, http://commons.wikimedia.org/wiki/file:golfstrom_karte_2.png Abb.2 DKRZ : MSCM-Klimamodel, http://mscm.dkrz.de Abb.3 Klimawiki: Das Globale Förderband http://klimawiki.org/klimawandel/index.php/datei:stroemungssystem.jpg Abb.4 Klimawiki: Der Wasserexport http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/datei:wasserexport_atlantik_pazif.jpg Abb.5 Klimawiki: Die Nordatlantikzirkulation http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/datei:nordatlantikzirkulation.jpg Abb.6 Klimawiki: Thermohaline Zirkulation der Vergangenheit http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/datei:laurentischer_eisschild.gif Abb.7 Klimawiki: RCP-Szenarios http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/datei:sres_rcp_rf_2100.jpg Abb.8-11 sind von mir über Panoply erstellt worden hier einmal Panoply und die Datensätze für die Abbildungen. Panoply: http://www.giss.nasa.gov/tools/panoply/ Abb.8 Die Meeresoberflächentemperatur nach dem RCP-Szenario 4.5: CMIP5 simulations of the Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) based on the MPIESM-MR model: The rcp45 experiment, served by ESGF http://dx.doi.org/10.1594/wdcc/cmip5.mxelr4 Abb.9 Die Meeresoberflächentemperatur nach dem RCP-Szenario 8.5: CMIP5 simulations of the Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) based on the MPIESM-MR model: The rcp85 experiment, served by ESGF 14

http://dx.doi.org/10.1594/wdcc/cmip5.mxelr8 Abb.10 Der Niederschlag nach dem RCP-Szenario 4.5: CMIP5 simulations of the Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) based on the MPIESM-MR model: The rcp45 experiment, served by ESGF http://dx.doi.org/10.1594/wdcc/cmip5.mxelr4 Abb.11 Der Niederschlag nach dem RCP-Szenario 8.5: CMIP5 simulations of the Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) based on the MPIESM- MR model: The rcp85 experiment, served by ESGF http://dx.doi.org/10.1594/wdcc/cmip5.mxelr8 Abb.12 Die Verdunstung nach dem Szenario A1B: Roeckner, Erich; Lautenschlager, Michael; Schneider, Heiko 2006; IPCC-AR4 MPI-ECHAM5_T63L31; MPImet/MaD Germany. World Data Center for Climate. Abb.13 Klimawiki: Die Abschwächung der Thermohalinen Zirkulation: http://klimawiki.org/klimawandel/index.php/datei:moc2200.jpg Literaturverzeichnis: Klimawiki: Abschwächung der Thermohalinen Zirkulation: http://klimawiki.org/klimawandel/index.php/abschw%c3%a4chung_der_thermohalinen_zirk ulation Das Globale Förderband: http://klimawiki.org/klimawandel/index.php/globales_f%c3%b6rderband Der Golfstrom: http://klimawiki.org/klimawandel/index.php/golfstrom Die Meeresströmung: http://klimawiki.org/klimawandel/index.php/meeresstr%c3%b6mungen Thermohaline Zirkulation der Vergangenheit: http://klimawiki.org/klimawandel/index.php/thermohaline_zirkulation_der_vergangenheit 15