Der Golfstrom bewegte sich während eines uralten Kälteeinbruchs plötzlich nach Norden – und das ist eine Warnung für unsere Zukunft
Vor etwa 13.000 Jahren, als sich die Welt aus dem Griff der letzten Eiszeit erholte, verfielen weite Teile der Nordatlantikregion wieder in nahezu eiszeitliche Bedingungen.
Das Meereis breitete sich über den Nordatlantik aus und reichte bis zu den Shetlandinseln im Süden. In den schottischen Highlands begannen die Gletscher nachzuwachsen, während die Wintertemperaturen in ganz Europa und Nordamerika sanken. Doch vor der Atlantikküste Kanadas bewirkte der Ozean das Gegenteil.
In unserer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, fanden wir Hinweise darauf, dass sich die Gewässer vor Nova Scotia, Kanada, erwärmten, als sich der Golfstrom Hunderte von Kilometern nach Norden verlagerte, während sich auch die Tiefenzirkulation veränderte.
Es ist der erste direkte Beweis dafür, dass diese lebenswichtige Strömung während einer Zeit abrupten Klimawandels, der die Zirkulation im Atlantischen Ozean neu ordnete, auf diese Weise reagierte.
Der Befund stützt die Klimamodelle, die eine ähnliche Verschiebung nach Norden in der Zukunft vorhersagen, wenn die atlantische meridionale Umwälzzirkulation (Amoc) schwächer wird – ein Trend, der wahrscheinlich bereits begonnen hat.
Warum der Golfstrom wichtig ist
Der Golfstrom transportiert warmes tropisches Wasser entlang der Ostküste Nordamerikas nach Norden, bevor er sich nach Nordosten in Richtung Europa wendet. Damit ist es Teil des Amoc, einem riesigen System von Meeresströmungen, das Wärme, Nährstoffe und Kohlenstoff im Atlantischen Ozean umverteilt. Folglich spielt der Amoc eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Klimas. Insbesondere der nördliche Arm des Golfstroms trägt dazu bei, dass Westeuropa viel milder bleibt als andere Regionen auf ähnlichen Breitengraden.
Wissenschaftler machen sich zunehmend Sorgen um die Zukunft dieses Kreislaufsystems. Wenn sich das Klima erwärmt und mehr Süßwasser (aus schmelzendem Eis) in den Nordatlantik gelangt, wird das Oberflächenwasser weniger dicht und kann daher weniger absinken. Die meisten Klimamodelle gehen davon aus, dass diese Veränderungen den Amoc schwächen. Beobachtungen deuten darauf hin, dass diese Abschwächung bereits begonnen hat, es wird jedoch vorhergesagt, dass sie sich im Laufe des 21. Jahrhunderts noch weiter abschwächen wird. Direkte Beweise dafür, wie das System auf derart große Störungen reagiert, sind jedoch noch relativ begrenzt.
Um diese Frage zu beantworten, wenden sich Paläozeanographen wie wir der Vergangenheit zu.
Ein Naturexperiment vom Ende der letzten Eiszeit
Die jüngere Dryas war eine der dramatischsten Episoden eines abrupten Klimawandels in der jüngeren Geschichte der Erde. Als der Planet die letzte Eiszeit hinter sich ließ, kehrten sich die Erwärmungstrends in weiten Teilen der Nordatlantikregion abrupt um. In Europa sanken die Sommertemperaturen in weniger als einem Jahrhundert um etwa 4–8 °C, während sich in Grönland innerhalb weniger Jahrzehnte eine Abkühlung um bis zu 10 °C abzeichnete. Die Auswirkungen reichten weit über den Nordatlantik hinaus und schwächten die Monsunsysteme in ganz Afrika und Asien.
Um zu verstehen, wie der Ozean reagierte, analysierten wir Sedimente, die aus dem Meeresboden vor Nova Scotia entnommen wurden. Mikroskopisch kleine Fossilienschalen und Sedimentkörner, die in diesem Meeresschlamm konserviert sind, können Aufschluss darüber geben, wie das Meer zur Zeit seiner Entstehung aussah. Anschließend rekonstruierten wir Veränderungen sowohl in der Oberflächen- als auch in der Tiefatlantikzirkulation vor, während und nach der jüngeren Dryaszeit.
Ein unerwartetes Erwärmungssignal
Was wir fanden, überraschte uns. Während sich Grönland und ein Großteil des subpolaren Nordatlantiks rasch abkühlten, erwärmten sich die Gewässer vor der atlantischen Küste Kanadas stattdessen um bis zu 4–5 °C.
Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass der Golfstrom nach Norden wanderte und warme subtropische Gewässer näher an die kanadische Küste brachte.
Frühere Klimamodellsimulationen hatten vorhergesagt, dass eine Abschwächung einer der Tiefenströmungen des Amoc genau diese Reaktion auslösen könnte. Bisher gab es jedoch kaum direkte geologische Beweise dafür, dass dies schon einmal geschehen war.
Unsere Studie liefert reale Beweise für einen Prozess, den Klimamodelle seit langem vorschlagen. Das ist wichtig, weil es zeigt, dass große Umgestaltungen der atlantischen Zirkulation nicht nur theoretische Möglichkeiten sind – sie haben es schon einmal gegeben.
Was kann uns die Vergangenheit über die Zukunft sagen?
Kein Klimaereignis der Vergangenheit ist ein perfektes Analogon für den modernen Klimawandel. Die jüngere Dryas ereignete sich unter ganz anderen Bedingungen als heute. Große Teile Kanadas und Skandinaviens waren noch immer von riesigen Eisschilden bedeckt, und der Meeresspiegel war mehrere Dutzend Meter niedriger als heute.
Dennoch dürften die physischen Verbindungen, die die verschiedenen Komponenten des nordatlantischen Zirkulationssystems verbinden, dieselben sein.
Unsere Studie deutet nicht darauf hin, dass der Amoc während der jüngeren Dryaszeit vollständig zusammengebrochen ist, und sagt uns auch nicht, ob ein solcher Zusammenbruch in der Zukunft wahrscheinlich ist. Stattdessen zeigt sich ein differenzierteres Bild, in dem sich verschiedene Komponenten des nordatlantischen Zirkulationssystems auf unterschiedliche Weise veränderten. Anstatt eine einheitliche Reaktion hervorzurufen, führte diese Umstrukturierung zu einem Flickenteppich aus Erwärmung und Abkühlung im gesamten Nordatlantik.
Ähnliche Muster sind auch in den letzten 150 Jahren aufgetreten, wobei sich im Ozean südlich von Grönland ein relatives „Erwärmungsloch“ gebildet hat, während sich Regionen näher am Golfstrom schneller erwärmt haben. Unsere Ergebnisse liefern reale Beweise dafür, dass diese gegensätzlichen Muster eng mit Veränderungen in der Ozeanzirkulation zusammenhängen.
Mit Blick auf die Zukunft befürchten Wissenschaftler, dass eine anhaltende, vom Menschen verursachte Erwärmung große Veränderungen in der Zirkulation im Nordatlantik auslösen könnte, was zu Verschiebungen in den Temperaturmustern der Ozeane führen könnte, was das Wetter und das Klima auf der ganzen Welt stören würde. Wenn wir untersuchen, wie sich der Atlantik vor 13.000 Jahren verhielt, können wir die Warnzeichen großer Veränderungen erkennen, bevor sie erneut auftreten.
Entscheidend ist, dass unsere Studie darauf hinweist, dass sich solche Reorganisationen über einen Zeitraum von etwa einem Jahrhundert vollziehen können, wobei sich einzelne Komponenten des Kreislaufs innerhalb weniger Jahrzehnte – also innerhalb eines Menschenlebens – verändern.
Indem wir zeigen, wie verschiedene Teile der atlantischen Zirkulation während einer vergangenen Episode eines abrupten Klimawandels interagierten, liefern unsere Ergebnisse einen wichtigen Maßstab für die Prüfung von Klimamodellen. Das tiefere Verständnis, das wir über das Verhalten des vernetzten atlantischen Systems gewonnen haben, wird uns auch bei der sehr anspruchsvollen Aufgabe helfen, Frühwarnsysteme für zukünftige Zirkulationsänderungen und mögliche Klimakipppunkte zu entwickeln.
Alice Carter-Champion, Forscherin, Paläozeanographie, Royal Holloway, University of London; Fangjingcheng Zhu, Doktorand, Paläozeanographie, University of Southampton, und Jack Wharton, Postdoktorand für Paläozeanographie, UCL
Hauptfoto: Der Golfstrom transportiert warmes Wasser über den Atlantik nach Europa. NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio, CC BY-SA
