Die weltweit größte Ozeanströmung umkreist die Antarktis und gestaltet den Transport von Wärme, Salz und Nährstoffen im Rest der globalen Ozeane entscheidend mit. Eine aktuelle Untersuchung brachte nun ans Licht, dass während der letzten Warmzeit das Wasser um den Südpol schneller strömte als heute. Das ist keine gute Nachricht, denn es bedeutet, dass mit den aktuell steigenden Temperaturen die Aufnahmekapazität des Südlichen Ozeans für CO2 aus der Atmosphäre sinken könnte, was wiederum den Klimawandel verstärkt.

Weil keine Landmasse den Weg versperrt, treiben die Stürme der Westwinddrift die Wassermassen ungehindert nach Osten, immer im Uhrzeigersinn um die Antarktis herum. So entsteht ein gigantischer Strömungsring, der Antarktische Zirkumpolarstrom (Antarctic Circumpolar Current, ACC), der den Pazifik, den Atlantik und den Indischen Ozean im Süden miteinander verbindet. Die Meeresregion wurde kürzlich offiziell zum fünften Ozean der Erde ernannt, dem Südlichen Ozean.

Zentrale Verteiler von großer Bedeutung

Damit ist der ACC der zentrale Verteiler in der globalen Ozeanzirkulation – auch bekannt als "Globales Förderband" – und beeinflusst so den ozeanischen Wärmetransport und die marinen Stoffkreisläufe auf der ganzen Welt. Große Veränderungen im ACC haben deshalb naturgemäß auch globale Folgen.

"Obwohl der ACC eine wichtige Rolle für das Klima von morgen spielt, ist das Wissen über sein Verhalten immer noch sehr begrenzt", sagt Shuzhuang Wu vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Erstautor der nun im Fachjournal "Nature Communications" erschienenen Studie. "Um die damit verbundenen Unsicherheiten in den Klimamodellen auszuräumen und die Vorhersagen zu verbessern, brauchen wir deshalb dringend Paläodaten, aus denen wir die Zustände und das Verhalten des ACC in der Vergangenheit rekonstruieren können."

Wassermassen durch ein Nadelöhr

Die einzige Engstelle auf dem ringförmigen Weg des ACC ist die Drake-Passage zwischen der Südspitze Südamerikas und der Nordspitze der antarktischen Halbinsel. Hier pressen sich gewaltige 150 Millionen Kubikmeter Ozeanwasser pro Sekunde hindurch – das entspricht der 150-fachen Wassermenge aller Flüsse der Erde. In diesem Nadelöhr lassen sich Veränderungen des gesamten Stroms besonders gut ablesen. Deshalb fuhren die AWI-Forscher 2016 an Bord des Forschungseisbrechers Polarstern in die Drake-Passage, um die Sedimentablagerungen der vergangenen Jahrtausende zu untersuchen.

"Die Bodenströmung ist hier so stark, dass die Sedimente an vielen Stellen einfach fortgespült werden", sagt der damalige Fahrtleiter und Koautor Frank Lamy. "Trotzdem konnten wir mit dem Sedimentecholot der Polarstern Sedimenttaschen aufspüren und unter anderem einen mehr als 14 Meter langen Bohrkern aus 3.100 Metern Tiefe bergen. Das war ein großer Erfolg, weil die letzten vergleichbaren Kerne aus dem Bereich der Drake-Passage aus den 1960er Jahren stammen."

Daten aus Kalt- und Warmzeiten

Die Sedimente des geborgenen Kerns haben sich innerhalb der letzten 140.000 Jahre bis heute abgelagert. Damit decken sie einen kompletten Glazial-Interglazial-Zyklus ab, enthalten also Informationen aus der letzten Eiszeit, die vor 115.000 Jahren begann und vor 11.700 Jahren endete, und der vorhergehenden Eem-Warmzeit, die vor 126.000 Jahren begann.

Durch eine Analyse der Korngröße der abgelagerten Sedimente konnte das Studienteam die Strömungsgeschwindigkeit und das transportierte Wasservolumen des ACC in der Drake-Passage rekonstruieren. Aufgrund vieler kleiner Partikel auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit berechneten die Forschenden eine niedrige Geschwindigkeit und ein im Vergleich zu heute deutlich geringeres Wasservolumen.

Grund dafür sind schwächere Westwinde und ausgedehnteres Meereis im Süden der Passage. Während der Kaltzeit blies der Hauptantrieb des ACC also schwächer und hatte weniger Angriffsfläche auf dem Wasser. Aus den sehr großen Partikeln auf dem Höhepunkt der Warmzeit ergaben sich dagegen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und ein im Vergleich zu heute zehn bis 15 Prozent größerer Durchstrom.

Weitere Beschleunigung mit problematischen Folgen

"Auf dem Höhepunkt der letzten Warmzeit von 115.000 bis 130.000 Jahren vor heute war es weltweit im Schnitt 1,5 Grad Celsius bis 2 Grad Celsius wärmer als heute. Der Zirkumpolarstrom könnte sich also im Zuge der globalen Erwärmung in Zukunft beschleunigen", sagt Lamy. "Das hätte weitreichende Auswirkungen auf das Klima. Zum einen prägt der ACC andere Ozeanströmungen wie den Golfstrom, der unser Klima in Nordwesteuropa mitbestimmt. Zum anderen nehmen die Ozeane etwa ein Drittel des zusätzlichen CO2 aus der Atmosphäre auf."

Ein schnellerer ACC würde jedoch den Auftrieb von CO2-reichem Tiefenwasser an die Oberfläche fördern. Die Forscher befürchten daher, dass sich die Aufnahmekapazität der Ozeane für atmosphärisches CO2 reduzieren und die Konzentration in der Luft schneller steigen könnte. Langfristig könnten demnach sogar große Teile des Südlichen Ozeans zu einer CO2-Quelle werden. (red, 24.7.2021)