KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Wanderalbatrosse haben ihre Nahrungssuche in den letzten Jahrzehnten den veränderten Windverhältnissen auf der Südhalbkugel angepasst.

Wanderalbatros wird mit Sender bestückt – Foto: David Gremillet/CNRS

Die Luftströmungen dort haben an Intensität zugenommen und sich nach Süden verlagert. Dadurch ist das Futter für die Albatrosse schneller von den Brutkolonien aus erreichbar. Die Vögel verbringen somit jetzt weniger Zeit mit der Nahrungssuche. Zudem habe sich der Bruterfolg verbessert und die Tiere hätten in den letzten Jahrzehnten um durchschnittlich ein Kilogramm an Gewicht zugelegt, schreibt ein internationales Forscherteam in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins SCIENCE.

Diese positiven Folgen des Klimawandels könnten jedoch von kurzer Dauer sein, wenn die prognostizierten Klimaszenarien eintreten und sich die Windmuster der Antarktis weiter verschieben, warnen die Forscher.

Für ihre Studie hatten die Biologen Daten zur Dauer der Nahrungssuche und zum Bruterfolg der letzten 40 Jahre sowie zur Ernährung und Gewicht der letzten 20 Jahre von Wanderalbatrossen (Diomedea exulans) auf den Crozetinseln ausgewertet. Die Inselgruppe liegt zentral im südlichen Indischen Ozean – etwa in der Mitte zwischen Madagaskar und der Antarktis. Sie gehört zu den Französischen Antarktisgebieten und befindet sich im stürmischsten Teil des Südpolarmeeres. Die neuen Erkenntnisse sind Ergebnis einer Zusammenarbeit des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CEBC-CNRS) und des deutschen Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ).

Dank miniaturisierter Tracking-Geräte konnten die Forscher die Nahrungssuche der Albatrosse im Umkreis von bis zu 3500 Kilometern um die Brutkolonie verfolgen. Dabei zeigte sich, dass sich die Nahrungssuche mit den Windverhältnissen in den letzten zwei Jahrzehnten verändert hat. Im Durchschnitt fliegen die Wanderalbatrosse jetzt schneller als in den 1990er Jahren in weiter südwärts. „Das führt dazu, dass sie schneller Nahrung aufnehmen können, kürzer in der Luft sind und damit eher am Nest zurück sind. Dadurch hat sich der Bruterfolg verbessert“, erklärt Dr. Henri Weimerskirch vom französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CEBC-CNRS). Überrascht waren die Forscher, dass die Weibchen und Männchen in den letzten zwei Jahrzehnten durchschnittlich ein Kilo zugenommen haben, was rund einem Zehntel des Körpergewichts entspricht. Dies könnte nicht nur ein Resultat des häufigeren Wechselns beim Brüten und Füttern sein, sondern auch eine Anpassung an den Klimawandel: Mit zunehmenden Gewicht können die Vögel besser mit Sturm umgehen.

“Die Population der Wanderalbatrosse ist auf den Crozetinseln durch die Langleinenfischerei in den nördlicheren Gewässern zurückgegangen. Früher sind viele Weibchen an den kilometerlange Leinen mit Fischköder umgekommen”, berichtet Dr. Maite Louzao Arsuaga, die vom 2009 bis 2011 am UFZ an der Modellierung der Albatrossflugbewegungen geforscht hat. “Durch die veränderten Windverhältnisse suchen die Weibchen jetzt aber zunehmend im Süden nach Nahrung, wo diese Art der Fischerei bisher nicht so verbreitet ist. Dadurch hat sich die Population leicht erholt.” Allerdings rechnen Klimaszenarien für 2080 damit, dass sich die Westwinde noch weiter in Richtung Südpol verschieben werden. Dann müssten die Wanderalbatrosse wieder weiter fliegen, um optimale Segelbedingungen zu finden. Ob die Erholung der Population lange anhält, ist daher fraglich.

Die Gesamtpopulation des Wanderalbatros wird weltweit auf rund 8.000 Brutpaare geschätzt. Bei allen Populationen wurde in den letzten 25 Jahre ein teilweiser Rückgang registriert. Die Art ist hauptsächlich durch Beifang bei der Langleinenfischerei gefährdet. Aber auch das Einschleppen fremder Arten wie Ratten oder Katzen bedrohen die Brutkolonien. Daher ist es wichtig, die Monitoringprogramme zur Bestandsentwicklung auf dem Meer fortzusetzen sowie wirksame Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Dass sich der Lebensraum der Wanderalbatrosse über den Zuständigkeitsbereich mehrerer regionaler Fischerei-Managementorganisationen erstreckt, erschwert den Schutz der bedrohten Art zusätzlich.

Der Wanderalbatros fasziniert die Menschen seit Jahrhunderten: Mit einer Flügelspannweite von über drei Metern ist er der größte Seevogel der Welt und übertrifft in der Spannweite knapp den Andenkondor (Vultur gryphus). Die eleganten Segler, die die meiste Zeit ihres Lebens in der Luft verbringen, brüten auf Inseln im antarktischen Ozean. Auf der Suche nach Fischen und Kopffüßern wie Tintenfischen legen sie tausende Kilometer zurück. Oft folgen sie dabei Schiffen und ernähren sich auch vom Abfall. Das Gefieder der Wanderalbatrosse wird mit zunehmendem Alter schneeweiß. Bis zu 55 Jahre wurden die ältesten bekannten Wanderalbatrosse. Da die Aufzucht der Jungen ein ganzes Jahr dauert, brüten sie nur jedes zweite Jahr.

Zusätzlich zu den Ergebnissen, die jetzt in SCIENCE publiziert wurden, hat das internationale Forscherteam in einem Artikel im Journal of Applied Ecology besonders wichtige Gebiete für den Schutz dieser Art identifiziert. Diese Studie stellt Karten zur Verfügung, die zur Entwicklung eines künftigen Netzwerkes von Schutzzonen genutzt werden können und auf statistischen Modellen für die geeigneten Lebensräume dieser Indikatorart beruhen. “Weil die Art keine natürlichen Feinde hat und an der Spitze der Nahrungskette steht, eignet sie sich besonders gut als Indikator für den Zustand der marinen Ökosysteme“, sagt Dr. Thorsten Wiegand vom UFZ, der die Arbeit von Maite Louzao betreut hat. „Das könnte nicht nur helfen, eine einzelne Art, sondern das ganze Ökosystem Südpolarmeer zu schützen. Außerdem zeigt das Beispiel, dass die von uns entwickelten Methoden zur Modellierung von Lebensräumen breit anwendbar sind und auch für Szenarien des globalen Wandels genutzt werden können.“
Tilo Arnhold

Publikationen:

Henri Weimerskirch, Maite Louzao, Sophie de Grissac, Karine Delord (2012): Changes in Wind Pattern Alter Albatross Distribution and Life-History Traits. SCIENCE. 335: 221. 13 January 2012

Louzao, M., Pinaud, D., Péron, C., Delord, K., Wiegand, T., Weimerskirch, H. (2011): Conserving pelagic habitats: seascape modelling of an oceanic top predator. J. Appl. Ecol. 48 (1), 121 – 132

Das meteorologische Observatorium an der antarktischen Neumayer-Station III gilt von nun an ganz offiziell als Klimabeobachtungsstation.

Messungen an Neumayer-Station – Foto: Karolina Weber / AWI

Seit 30 Jahren messen die Meteorologen des Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft täglich die Lufttemperatur in der Antarktis. Ein Ergebnis der Langzeitforschung: An der Neumayer-Station ist es in den vergangenen drei Jahrzehnten nicht wärmer geworden.

Klima wird von der Welt-Meteorologie-Organisation der Vereinten Nationen (WMO) als Mittel über einen Zeitraum von 30 Jahren definiert. Diese Jahresmarke hat das meteorologische Observatorium an der antarktischen Forschungsstation Neumayer III jetzt erreicht. Es gilt von nun an auch ganz offiziell als WMO-Klimabeobachtungsstation. „Im Jahr 1982 ist es uns zum ersten Mal gelungen, an allen Tagen des Jahres die Lufttemperatur zu messen. Heute, 30 Jahre später, erfasst unser Observatorium automatisch alle drei Stunden die Lufttemperatur, den Luftdruck, die Windgeschwindigkeit und andere Wetterdaten. Sie werden nach jeder Messung kodiert und per Email an andere Forschungsstationen in der Antarktis sowie an das globale Datennetz der Wetterdienste übertragen. Auf diese Weise helfen unsere Messwerte zum Beispiel, die Wettervorhersagen zu verbessern“, sagt der Meteorologe und wissenschaftliche Leiter des Observatoriums Dr. Gert König-Langlo.

Um verlässliche Temperaturdaten erheben zu können, setzen die Meteorologen des Alfred-Wegener-Institutes auf ein Thermometer der besonderen Art. Dabei handelt es sich um einen vor Sonnenstrahlung geschützten, temperatur-empfindlichen Platindraht. Er ist in zwei Metern Höhe am Observatoriumsturm angebracht, wird bei jeder Messung mit Umgebungsluft umwirbelt und von einem Computer ausgelesen. „Die Stabilität dieses Messsystems überprüfen wir regelmäßig mit Eichthermometern“, erklärt Gert König-Langlo.

Auf diese Weise ist im Laufe der Zeit ein aussagekräftiger Datensatz entstanden. „An der Station war es in den vergangenen 30 Jahren im Jahresmittel minus 16,0 Grad Celsius kalt. Das Jahr 1996 gilt mit einer Durchschnittstemperatur von minus 14,3 Grad Celsius als das wärmste Jahr der vergangenen drei Jahrzehnte, das Jahr 2000 mit minus 17,8 Grad Celsius als das kälteste“, sagt Gert König-Langlo.

Gleichzeitig belegen die Messungen, dass es an der Forschungsstation auf dem Ekström-Schelfeis nicht wärmer geworden ist – ganz im Gegensatz zur Antarktischen Halbinsel. Dafür haben jedoch die Sonnenscheindauer und der Luftdruck an der Neumayer-Station deutlich zugenommen. „Unsere Wetterdaten zeigen, dass jener Teil der Antarktis, in dem unsere Station steht, häufiger unter Hochdruckeinfluss gerät. Wir haben also immer häufiger einen wolkenfreien Himmel. Und wo in polaren Regionen die Wolkendecke fehlt, wird Wärme ungehindert abgestrahlt und die unteren Luftschichten kühlen aus“, erläutert Gert König-Langlo.

Diese Entwicklung sei jedoch eine regionale Veränderung und die Messwerte von der Neumayer-Station III keinesfalls repräsentativ für die globalen Klimaveränderungen. „Nur im Zentrum der Antarktis ist es nicht wärmer geworden. An der Antarktischen Halbinsel dagegen ist die Durchschnittstemperatur um bis zu drei Grad Celsius angestiegen. Eine ähnliche Erwärmung beobachten wir auch in der Arktis“, sagt Gert König-Langlo.

Warum sich die Temperaturkurve von der Neumayer-Station so deutlich von jenen der Forschungsstationen auf der Antarktischen Halbinsel unterscheidet, sei noch Gegenstand aktueller Forschung. „Weitere Messungen und Forschungsanstrengungen sind notwendig, um diesen Sachverhalt zu klären“, sagt Gert König-Langlo.

Hohe Methankonzentrationen in sibirischen Küstengewässern, die auf tauende Permafrostböden zurückgeführt wurden, machten 2010 weltweit Schlagzeilen.

Hohe Methan-Konzentration in Laptev-See – Foto: T. Klagge / IFM-GEOMAR

Eine Studie deutscher, kanadischer und russischer Wissenschaftler unter Leitung des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) zeigt jedoch, dass in diesem Fall nicht der aktuelle Klimawandel schuld ist. Die Studie ist in der internationalen Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research – Oceans“ erschienen.

Die globale Erwärmung birgt viele Gefahren. Dazu gehört auch das mögliche Auftauen von Permafrostböden in der Arktis. Methan, das bisher im Permafrost gebunden war, könnte in die Atmosphäre gelangen und als effektives Treibhausgas die Erwärmung der Atmosphäre weiter beschleunigen, so die Befürchtung. Tatsächlich belegten wissenschaftliche Studien in den vergangenen Jahren hohe Methankonzentrationen in den flachen Küstenmeeren Ostsibiriens. Der Schluss lag nahe, dass der Permafrost im Meeresboden bereits abtaut und Methan ins Wasser entlässt. Wissenschaftler des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) haben zusammen mit Kollegen aus Russland und Kanada diese Vermutung überprüft. Ihr Ergebnis: „Die Methankonzentrationen vor den sibirischen Küsten sind keine Folge der aktuellen Klimaerwärmung, sondern Spätfolgen einer Klimaveränderung, die vor etwa 10.000 Jahren begann“, erklärt Dr. Igor Dmitrenko vom IFM-GEOMAR. Er ist Erstautor der Studie, die in der internationalen Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research – Oceans“ erschienen ist.

Für ihre Studie nutzten die Wissenschaftler unter anderem hydrographische und meteorologische Daten des Staatlichen Instituts für Arktis und Antarktisforschung (AARI) Russlands, die bis ins Jahr 1920 zurückreichen. Sie ergänzten diesen umfangreichen Datensatz mit neueren Messungen, die zwischen 1993 und 2009 im Rahmen des deutsch-russischen Projektes „System Laptev-See“ in den ostsibirischen Schelfgebieten gewonnen wurden. „Tatsächlich zeigen diese Daten eine deutliche Erwärmung der unteren bodennahen Wasserschichten von 2,1 Grad Celsius seit Mitte der 1980er Jahre“, sagt Dr. Dmitrenko. Diese Ergebnisse verbanden die Forscher mit Modellrechnungen zur Entwicklung des Permafrostbodens. Dabei fanden sie heraus, dass der angenommene Tauprozess im unterseeischen Permafrost nicht mit dem aktuellen Temperaturanstieg erklärt werden kann.

Gebildet haben sich die Permafrostböden während der Eiszeiten, als der heutige Meeresboden der sibirischen Schelfgebiete noch Land war. Erst vor rund 8500 Jahren wurden sie am Ende der jüngsten Eiszeit überschwemmt. Damals stieg die Temperatur im Boden von durchschnittlich minus 13,5 Grad Celsius auf nur noch minus 1,5 Grad Celsius „Das war der radikalste Temperaturwechsel seitdem“, betont Dr. Dmitrenko. Die Modellrechnungen zeigen, dass damals ein sehr langsamer Tauprozess begonnen hat, der bis heute anhält. „Die hohen Methankonzentrationen im Wasser der sibirischen Schelfgebiete sind also wahrscheinlich keine Folge des jüngsten Temperaturanstieges in der Arktis, sondern Spätfolgen der Erwärmung am Ende der Eiszeit“, so Dmitrenko.

Bis der aktuelle, von Menschen verursachte Klimawandel die unterseeischen Permafrostböden erreicht, kann noch viel Zeit vergehen. „Die dicken Sedimentschichten, die sich in den vergangenen Jahrtausenden auf dem Meeresboden abgelagert haben, sind eine gute Isolierschicht“, erklärt der Meereswissenschaftler. Wie lange sie hält, ist schwer zu ermitteln. „Das hängt von sehr vielen Faktoren ab, deshalb sind das eher spekulative Werte.“ Entwarnung in Sachen Klimawandel will Dmitrenko trotzdem nicht geben: „Erstens gelten unsere Ergebnisse nicht für Permafrostböden an Land. Und zweitens haben die von uns nachgewiesenen Temperaturerhöhungen im arktischen Ozean andere gravierende Auswirkungen auf das Klimasystem und die Ökologie der Arktis.“

Originalpublikation
Dmitrenko, I. A., S. A. Kirillov, L. B. Tremblay, H. Kassens, O. A. Anisimov, S. A. Lavrov, S. O. Razumov, M. N. Grigoriev. (2011:), Recent changes in shelf hydrography in the Siberian Arctic: Potential for subsea permafrost instability. J. Geophys. Res., 116, C10027, http://dx.doi.org/10.1029/2011JC007218

In Wolken auf der Nordhalbkugel der Erde bildet sich Eis bei viel höheren Temperaturen als in Wolken auf der Südhalbkugel.

Vulkan Eyjafjallajökull brachte nach Ausbruch 2010 den europäischen Luftverkehr zum Stillstand – Foto: Tilo Arnhold / IfT

Das geht aus Laser-gestützten Untersuchungen am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (IfT), an der Magellan-Universität in Chile, der Stellenbosch-Universität in Südafrika und während transatlantischer Überfahrten des Forschungsschiffs Polarstern hervor. Die Studie dokumentiere die Bedeutung von Partikeln bei der Eisbildung in flachen Wolkenschichten der nördlichen Hemisphäre, schreiben die Forscher im Fachblatt Geophysical Research Letters. Auch die höhere Luftverschmutzung auf der Nordhalbkugel steht im Verdacht, zu dem gefundenen Effekt beigetragen zu haben. Partikel aus Vulkanasche haben ebenfalls starken Einfluss auf die Eisbildung in Wolken. Das konnten die IfT-Forscher zusammen mit der Ludwig-Maximilians-Universität München in einer zweiten Studie nachweisen, für die Daten vom Ausbruch des Eyjafjallajökull-Vulkans auf Island im April 2010 ausgewertet wurden und die nun im Fachblatt Journal of Geophysical Research veröffentlicht wurde.

Um die hemisphärischen Unterschiede in den Wolkeneigenschaften zwischen Nord- und Südhalbkugel der Erde zu untersuchen, nutzten die Leipziger Wissenschaftler 2009 und 2010 die An- und Abreise des Forschungsschiffs Polarstern in die Antarktis, um die auf die in dieser Zeit gesammelten Daten mit einem bestehenden Wolkendatensatz aus Leipzig zu vergleichen. Auf den Fahrten nach Punta Arenas in Chile und Kapstadt in Südafrika konnten sie dabei die Wolkenbildung mittels Laser beobachten. Ein am IfT entwickeltes LIDAR-System sendet dazu Laserimpulse mit Wellenlängen von 355, 532 und 1064 Nanometern aus, die von in der Atmosphäre schwebenden Partikeln reflektiert werden. Durch die Drehung der Schwingungsrichtung des Laserlichts, der sogenannten Depolarisation, lässt sich der Aggregatszustand der Wolken bestimmen. Beim Vergleich mit den Messungen über Leipzig zeigte sich ein starker Unterschied in der Häufigkeit Eis enthaltender Wolken.

In Mitteleuropa bilden bereits rund 70 Prozent der Wolken bei Temperaturen um -18 Grad Celsius Eis. Im Süden Chiles und in Südafrika sind es hingegen nur 20 bzw. 35 Prozent. Ursache für einen derartigen Kontrast ist höchstwahrscheinlich die größere Anzahl und größere Vielfalt an in der Luft schwebenden Aerosolpartikeln, sogenannten Eiskeimen, auf der Nordhalbkugel, die Voraussetzung sind, dass sich Eis in Wassertropfen zwischen -40 und 0 Grad Celsius bilden kann. Die Partikel bestehen hauptsächlich aus Mineralstaub, Ruß und feiner Asche, deren Quellen die zahlreichen Wüsten und Waldbrände sind, aber auch die stärkere Luftverschmutzung durch den Menschen kann eine mögliche Ursache sein. “Verglichen mit der verschmutzten Atmosphäre auf der Nordhalbkugel ist die Luft über Punta Arenas am Rande der Antarktis regelrecht sauber. Die größte Stadt an der Südspitze Amerikas liegt mitten im antarktischen Tiefdruckgürtel. Die meiste Zeit des Jahres kommt die Luft daher aus Westen direkt vom Pazifik”, erklärt Thomas Kanitz, Doktorand am IfT.

Dass kleinste Aersolpartikel als Keime für die Wolkentropfenkondensation und die Eisbildung dienen und damit die Wolkenentstehung stark beeinflussen, ist schon lange bekannt. Reine, partikelfreie Wolkentropfen würden normalerweise erst bei etwa -40 Grad Celsius gefrieren. Diese Temperatur kann durch Kontakt mit wasserunlöslichen Partikeln und zum Teil auch durch bestimmte Bakterienarten wesentlich erhöht werden. Unklar ist jedoch immer noch, wie groß dieser Partikeleinfluss im Vergleich zu meterologischen Faktoren ist und ob die globalen Modelle, die Aussagen über künftige Klimaveränderungen machen, diesen Einfluss korrekt wiedergeben. Verbunden damit ist auch die Frage, ob sich die Wolken- und somit die Niederschlagsbildung in Regionen mit starker Luftverschmutzung von Regionen mit geringerer Luftverschmutzung unterscheidet. In den mittleren Breiten der Nordhalbkugel ist die freie Troposphäre zwischen zwei und zwölf Kilometern Höhe durch Aerosolpartikel aus vom Menschen verursachter Luftverschmutzung, Wüstenstaub und Biomasseverbrennung geprägt. In den mittleren Breiten der Südhalbkugel fehlen diese Partikel größtenteils, weil dort mehr Ozeane und wesentlich weniger Industrie, Waldgebiete und Wüsten zu finden sind.

Auch Vulkanausbrüche haben einen Einfluss auf die Eisbildung in Wolken. Mit Hilfe von zwei LIDAR-Systemen untersuchten Forscher vom IfT Leipzig und der Ludwig-Maximilians-Universität München während des Ausbruchs des Eyjafjallajökull-Vulkans auf Island im April 2010 die Wirkung der Aschepartikel auf die Wolkenvereisung über Leipzig und Maisach bei München. Dabei zeigte sich, dass es in allen von der Vulkanasche beeinflussten Wolken bereits zur Eisbildung gekommen ist, sobald deren Temperatur unter -15 Grad Celsius betragen hat. „Befindet sich Vulkanasche in der Atmosphäre, dann kann sich offenbar in jeder Höhe bei relativ hohen Temperaturen Eis bilden sobald ausreichend Feuchtigkeit verfügbar ist“, berichtet Dr. Patric Seifert, Wissenschaftler am IfT. Ohne Vulkanasche entsteht Eis an der Wolkenoberkante jedoch oft erst bei -25 Grad Celsius.

Originalpublikationen

Kanitz, T., P. Seifert, A. Ansmann, R. Engelmann, D. Althausen, C. Casiccia, and E. G. Rohwer (2011), Contrasting the impact of aerosols at northern and southern midlatitudes on heterogeneous ice formation, Geophys. Res. Lett., 38, L17802, doi:10.1029/2011GL048532.

Seifert, P., et al. (2011), Ice formation in ash-influenced clouds after the eruption of the Eyjafjallajökull volcano in April 2010, J. Geophys. Res., Vol. 116, D00U04, 14 PP., doi:10.1029/2011JD015702.

Trotz internationaler Abkommen zum Schutz der Ozonschicht schließt sich das Ozonloch erwartungsgemäß nur sehr langsam.

Forschungsschiff SONNE sucht nach Quellen für ozonabbauende Gase im Meer – Foto: B. Grundmann / IFM-GEOMAR

Vorhersagen über die weitere Entwicklung sind unter anderem deshalb sehr schwierig, weil die Rolle von Spurengasen natürlichen Ursprungs beim Ozonabbau noch unbekannt ist. Mit einer umfangreichen Messkampagne im Südchinesischen Meer wollen Wissenschaftler aus Europa und Malaysia diese Prozesse genauer untersuchen. Ein zentraler Teil der Kampagne sind Messungen am Übergang von Meer und Atmosphäre. Ausgeführt werden sie mit dem deutschen Forschungsschiff SONNE unter Fahrtleitung des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR).

Ozon kommt in der Erdatmosphäre nur in winzigen Konzentrationen vor. Doch ohne dieses Spurengas wäre Leben auf der Erde wie wir es kennen kaum möglich, da die Ozonschicht in der Stratosphäre uns vor der extrem schädlichen ultravioletten Strahlung aus dem Weltraum schützt. Als 1985 erstmals ein „Ozonloch“ über der Antarktis entdeckt wurde, handelte die Politik rasch: Das 1989 in Kraft getretene Protokoll von Montreal begrenzt die Emission von ozonschädlichen Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW). Erholt hat sich die Ozonschicht allerdings noch lange nicht. Ein Grund ist die Langlebigkeit vieler ozonabbauender Substanzen, die die Menschheit schon vor langer Zeit frei gesetzt hat. Doch es gibt auch natürliche Quellen für halogenhaltige Verbindungen, die Ozon in der Atmosphäre abbauen. Dazu gehören vor allem Brom- und Jodverbindungen, die Mikroorganismen und Pflanzen im Meer produzieren und die bei Austauschprozessen zwischen Wasser und Luft in die untere Atmosphäre gelangen. Starke Aufwärtsströmungen warmer Luft (hoch reichende Konvektion) transportieren sie weiter in die Stratosphäre und damit bis in die Ozonschicht. „Wir müssen die Menge dieser ozonschädlichen Substanzen kennen und die Chemie- sowie Transportprozesse besser verstehen, um zuverlässige Aussagen über die Entwicklung der Ozonschicht treffen zu können“, sagt die chemische Ozeanographin Dr. Birgit Quack vom Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR). Sie leitet zusammen mit der Meteorologin Dr. Kirstin Krüger die Expedition SO218 mit dem deutschen Forschungsschiff SONNE, die vom 15. bis 29. November 2011 diese Prozesse im Südchinesischen Meer und in der Sulu See vor Malaysia und den Philippinen erforschen wird.

Die Expedition ist Teil des EU Forschungsprojekts SHIVA (Stratospheric Ozone: Halogen Impacts in a Varying Atmosphere), in dem Wissenschaftler aus fünf europäischen Staaten und aus Malaysia die natürlichen Ursachen für Ozonabbau erforschen. „In den Küstengewässern vor Borneo und Malaysia gibt es bisher überhaupt keine Messungen halogenhaltiger Gase, obwohl dort starke Quellen für die Atmosphäre vermutet werden“, erklärt Dr. Krüger. Außerdem ist die hoch reichende Konvektion, die als effektiver Transportweg der Spurengase in die Stratosphäre gilt, vor allem im tropischen Westpazifik stark ausgeprägt. „Deshalb ist diese Region besonders interessant für uns“, ergänzt Dr. Quack.

Um ein möglichst umfassendes Bild der Transportwege dieser Gase zu erlangen, ist im Rahmen der SHIVA-Messkampagne auch das Forschungsflugzeug FALCON des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) auf Borneo stationiert. Es wird in Abstimmung mit den Wissenschaftlern auf der SONNE eine Vielzahl atmosphärischer Parameter untersuchen. Weiterhin werden Beobachtungen des Umweltsatelliten ENVISAT genutzt, die mit Schiffs- und landgestützten Messungen verglichen werden. So wird der Weg der relevanten Spurengase von den südost-asiatischen Küstengewässern bis an die Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre in rund 15 Kilometern Höhe verfolgt.

„Im Rahmen der Expedition wollen wir einen möglichst umfangreichen Beobachtungsdatensatz gewinnen, um qualitative und quantitative Abschätzungen über die Mengen des transportierten Materials und deren Wege sowie deren chemischen Umwandlungen zu erhalten“, so Dr. Krüger. „Am IFM-GEOMAR verfügen wir über langjährige Erfahrung bei der Messung des Austauschs von Spurengasen zwischen Ozean und Atmosphäre.“ Dank der engen Zusammenarbeit der Forschungseinrichtungen und der Verknüpfung so unterschiedlicher Messplattformen wie Schiff, Flugzeug und Satellit besteht nun die Chance, das Problem des globalen Ozonabbaus besser zu verstehen. „Wir sind sehr gespannt auf die Ergebnisse“, sagt SONNE-Fahrtleiterin Dr. Quack.

Hintergrundinformationen:

Die Messkampagne im Südchinesischen Meer ist Teil des im 7. Rahmenprogramm der EU finanzierten Projekts SHIVA (Stratospheric Ozone: Halogen Impacts in a Varying Atmosphere). Wissenschaftler aus Belgien, Deutschland, Frankreich Großbritannien, Norwegen und Malaysia erforschen darin gemeinsam die Entstehung und den Weg von ozonschädigenden Gasen. Die Koordination des Gesamtprojekts liegt bei Prof. Dr. Klaus Pfeilsticker von der Universität Heidelberg.

Weitere Infos

• Das Projekt SHIVA
• Übersicht über die Expedition SO218 und aktuelle Berichte von Bord

Eine Strecke von rund 14.000 Kilometer trennt Grönland von der Antarktis.

Eisbohrkern auf Dome Concordia – Foto: S. Kipfstuhl, AWI

Trotzdem ist es einem internationalen Forscherteam gelungen, mithilfe von Klimadaten aus antarktischen Eisbohrkernen eine Kurve für Temperaturänderungen in Grönland zu rekonstruieren, die 800 000 Jahre weit in die Vergangenheit zurückreicht und damit völlig neue Einblicke in die Klimageschichte Grönlands und des Nordatlantiks ermöglicht.
Die Ergebnisse sind unter dem Titel „800,000 Years of Abrupt Climate Variability“ im Wissenschaftsmagazin Science erschienen.

Bei ihren Untersuchungen und Berechnungen bauten die Experten auf das so genannte „Seesaw“ oder „Klimawippen“-Modell der Ozeanzirkulation. Es besagt, dass Warmphasen im Norden des Atlantischen Ozeans mit Kaltphasen im Süden einhergehen – und umgekehrt.

„Auf Grönland gab es während der letzten Eiszeit abrupte Klima-Umschwünge. Diese führten innerhalb weniger Jahrzehnte zu Temperaturschwankungen von bis zu zehn Grad Celsius. Hervorgerufen wurden diese Sprünge durch Änderungen in der Stärke der atlantischen Umwälzbewegung, die Wärme in hohe nördliche Breiten transportiert. Verstärkte sich diese Wärmepumpe plötzlich, kam es zu einer stärkeren Umverteilung von Wärme aus dem Südozean in den Nordatlantik“, sagt Mitautor Dr. Gregor Knorr vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft. Die Forscher gingen deshalb bei ihren theoretischen Vorüberlegungen davon aus, dass sich Anzeichen für diese schnellen Klimaveränderungen sowohl in Grönland als auch in der Antarktis finden lassen müssten.

Informationen darüber, welche Temperaturen damals in beiden Regionen vorherrschten, gewinnen Wissenschaftler heute aus Eisbohrkernen. Diese Bohrkerne werden aus Eisschilden entnommen und zählen aufgrund ihrer zeitlich feinen Auflösung und relativ langen Messreihen zu den aussagekräftigsten Klimaarchiven. Die Eisschilde entstehen, indem Schnee auf ihre oberste Schicht fällt, dort verdichtet wird und im Laufe der Zeit eine neue Eisschicht bildet. Diese Schicht enthält dann nicht nur Luftbläschen und Spurengase aus jener Zeit, sondern archiviert auch die Wasser-Isotopen-Zusammensetzung des Niederschlags, mithilfe derer die Wissenschaftler weit in die Klimageschichte zurückblicken können. „Die längsten Bohrkerne aus dem grönländischen Eisschild reichen bis in die letzte Warmphase, also etwa 120.000 Jahre zurück. Das Eisarchiv der Antarktis dagegen umfasst die vergangenen 800.000 Jahre“, so Knorr.

Die Forscher verglichen in einem ersten Schritt Temperaturdaten aus grönländischen und antarktischen Eisbohrkernen der letzten 100.000 Jahre miteinander. Der grönländische Bohrkern stammte vom Eisschild im Zentrum der Insel. Die antarktischen Bohrkerne hatten Wissenschaftler im Jahr 2004 am so genannten Dome C auf dem ost-antarktischen Plateau geborgen.

Beide Eisbohrkerne bestätigten für diesen Zeitraum die theoretischen Annahmen der Wissenschaftler. „Die Daten aus den ersten 100.000 Jahren haben so überzeugend zusammengepasst, dass wir beschlossen, noch weiter in die Vergangenheit zu schauen“, berichtet Knorr. Anhand der real existierenden Daten aus der Antarktis berechneten die Forscher nun eine „künstliche“ Temperatur-Zeitreihe für Grönland, die bis zu 800.000 Jahre zurückgeht.

Deren Verlauf verglichen sie im Anschluss mit Klimadaten aus Höhlen in der zentral-chinesischen Provinz Hubei. „Heute weiß man, dass sich während besonders kalter Phasen im Nordatlantik die atmosphärische Zirkulation so stark veränderte, dass der Sommermonsun in China schwächer ausfiel. Diese Niederschlagsmuster finden sich noch heute in den Stalagmiten, die in diesen Höhlen wachsen und deren Klimaarchiv bis zu 400.000 Jahre zurückreicht“, sagt Knorr.

Die künstliche Temperaturkurve für Grönland bestand nicht nur den Höhlenvergleichstest. Sie lässt zudem den Rückschluss zu, dass die schnellen Klima-Umschwünge auf Grönland während der letzten Eiszeit keine Ausnahmeerscheinung waren. Sie sind in der Klimageschichte der letzten 800 000 Jahre offenbar in jeder Eiszeit aufgetreten. „Wir können mit unserer künstlichen Zeitreihe zeigen, dass im Laufe der letzten 800.000 Jahre plötzliche Klimaveränderungen anscheinend ein fester Bestandteil von Eiszeiten und beim Vergehen dieser waren. Das ist ein Resultat, dass definitiv Anlass zu weiterer Forschung gibt, da schnelle Klimaänderungen somit möglicherweise nicht nur eine passive Begleiterscheinung sind, sondern auch eine aktive Rolle beim Vergehen der Kaltzeiten gespielt haben könnten“, sagt Knorr. Diese neuen Erkenntnisse könnten helfen, besser zu verstehen, wie es zum Wechsel von einer Eiszeit zur anschließenden Warmzeit kommt. Bisher stellt diese Übergangsphase die Wissenschaftler noch immer vor Rätsel.

Zunächst einmal aber wollen die Forscher jetzt herausfinden, welche speziellen Prozesse diese Klima-Umschwünge initiieren und steuern. Zudem stehen sie vor der Aufgabe, diese Phänomene mit Klimamodellen zu simulieren und die bestimmenden Mechanismen zu identifizieren. „Die künstliche Temperaturkurve für Grönland könnte in Zukunft außerdem als gute Vergleichsgröße dienen“, sagt Knorr. Wissenschaftlern dürfte es mit ihrer Hilfe leichter fallen, das genaue Alter anderer Eis- und Sedimentproben besser einzugrenzen.

Die Erderwärmung wird vermutlich nicht zu einem dauerhaften El Niño-Zustand im südpazifischen Ozean führen.

Cucullaea raea-Schale aus dem Eozän Foto: Devin Buick / Department of Earth Science, Syracuse University, New York, USA

Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forscherteam, nachdem es 50 Millionen Jahre alte Muschenschalen und Holz aus der Antarktis untersucht hat. In den Wachstumsringen dieser Fossilien finden sich Hinweise darauf, dass es auch in der letzten großen Warmphase der Erdgeschichte einen Klimarhythmus über dem Südpazifik gab, der dem heutigen El Niño-La Niña-Wechselspiel ähnelte.

Überschwemmungen in Peru, Dürre in Australien: Wenn sich der südpazifische Ozean alle drei bis sechs Jahre überdurchschnittlich erwärmt und „El Niño“ die Wetterabläufe bestimmt, verkehrt sich die Welt in den Anrainerstaaten. Fischer holen leere Netze ein, Ernten fallen aus, die Preise steigen und nahezu jedermann hofft, die Warmphase des Klimaphänomens El Niño Southern Oscillation (ENSO) möge so schnell wie möglich wieder abflauen.

Noch wechselt das ENSO-Phänomen regelmäßig von seiner Kaltphase (La Niña) in die Warmphase (El Niño) und zurück. Doch wie sieht die Zukunft aus? Wie wird der weltweite Temperaturanstieg ENSO beeinflussen? Wird es wohlmöglich zu einem dauerhaften El Niño kommen? Um diese wichtige Frage zu beantworten, schauen Wissenschaftler in die Vergangenheit – vor allem in das Eozän vor 60 bis 37 Millionen Jahren. „Das Eozän gilt als die letzte richtig große Warmzeit. Die Antarktis war damals eisfrei und grün. Es wuchsen sogar Bäume und von der Wassertemperatur des Meeres wissen wir, dass sie über das Jahr zwischen zehn und 16 Grad Celsius schwankte“, sagt Thomas Brey, Biologe am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft.

Ihm und Kollegen aus den USA und Deutschland ist es nun zum ersten Mal gelungen, in den Wachstumsmustern von Muschelschalen und Holz aus dem frühen Eozän  einen Rhythmus nach dem Muster des ENSO-Phänomen nachzuweisen.

Brey und Kollegen untersuchten 50 Millionen Jahre alte Schalen der Muschelarten Cucullaea Raea und Eurhomalea antarctica sowie ein Stück Holz von der Antarktisinsel Seymour Island. “Muscheln bilden wie Bäume Wachstumsringe. Deren Breite haben wir vermessen und auf Wachstumsrhythmen untersucht“, sagt Brey.

Ob Muscheln wachsen, hängt vom Futteraufkommen und der Wärme ab. „Das bedeutet, der damalige Wechsel von “guten” und “schlechten” Umweltbedingungen spiegelt sich noch heute in der Breite der Wachstumsringe wieder. Und wie wir zeigen konnten, erfolgte dieser Wechsel im gleichen Drei-bis-sechs-Jahres-Rhythmus, wie wir ihn vom heutigen ENSO kennen“, sagt Brey.

Die Muscheln sind für ihn ein echter Glücksfall. Brey: „Um ENSO nachzuweisen, brauchen wir Klimaarchive, die eine möglichst große Zeitspanne Jahr für Jahr abbilden. Die Muscheln lebten damals bis zu 100 Jahre lang. Das ist eine gute Basis für unsere Arbeit.“

Um ihre Deutung der Wachstumsmuster von Muschelschalen und Holz zu überprüfen, verglichen die Forscher ihre Messergebnisse sowohl mit aktuellen ENSO-Daten als auch mit den ENSO-ähnlichen Schwankungen, die ein Klimamodell des Eozäns produziert. Das Resultat: Alle Muster stimmen überein. „Unsere Ergebnisse sind ein starkes Indiz dafür, dass es auch im warmen Eozän ein ENSO-Phänomen gab, das zwischen warmen und kalten Phasen schwankte“, sagt Brey.

Eine gute Nachricht! Sollten die Wissenschaftler Recht behalten, bedeutet diese Erkenntnis für die Zukunft, dass der weltweite Temperaturanstieg den ENSO-Klimarhythmus über dem südpazifischen Ozean nicht aus dem Takt bringen dürfte.

Das Eisschild der West-Antarktis ist ein mögliches Kipp-Element im Klimasystem, das teils bereits gekippt sein könnte.

Eisschild der West-Antarktis kippt – Foto: NASA / Jane Peterson

Wissenschaftler können nicht ausschließen, dass die Eismassen nahe der antarktischen Amundsen See bereits instabil zu werden beginnen. Dies ist eines der Ergebnisse einer jetzt in der Fachzeitschrift Climatic Change erschienenen neuen Einschätzung des gegenwärtigen Zustands von sechs potenziell instabilen Regionen im Klimasystem mit großen direkten Auswirkungen auf Europa. Die Wahrscheinlichkeit des Kippens dieser Elemente steigt im Allgemeinen mit dem Anstieg der globalen Mitteltemperatur, als Folge des von Menschen verursachten Ausstoßes von Treibhausgasen.
„Wir zeigen hier nur eine Momentaufnahme des Wissensstands, aber sie ist in mancher Hinsicht schärfer als die zuvor gemachten“, sagt Anders Levermann vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. Zum ersten Mal hätten sich Experten für die verschiedenen möglichen Kipp-Elemente als Ko-Autoren zusammen getan, um gemeinsam einen Überblick zum Stand des Wissens über sogenannte klimatische Übergänge zu geben. Derartige Einschätzungen, das legt der Begriff schon nahe, entwickeln sich ständig weiter, wie Levermann betont. Allerdings werden die betreffenden Systeme immer besser begriffen. „Diese Vorgänge zu verstehen ist von entscheidender Bedeutung als Grundlage künftiger gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Entscheidungen“, sagt Levermann. „Aus dem Blickwinkel der Risiko-Abschätzung muss die Wissenschaft – natürlich immer unter Hinweis auf Unsicherheiten – Betroffene und Entscheider mit Informationen über Wahrscheinlichkeiten und mögliche Wirkungen von klimatischen Übergängen unterstützen. Einfach Abwarten ist keine Alternative.“

Solch ein teilweiser Abbruch des westantarktischen Inlandeises wäre zum Beispiel gleichbedeutend mit einem zusätzlichen Meeresspiegelanstieg von 1,5 Meter, wie frühere Forschung zeigt. Die meisten Deiche in Europa können um nicht mehr als einen Meter erhöht werden, so die Studie. Danach muss das Hinterland verändert werden. Selbst wenn der vollständige Zerfall des Eisschildes der Westantarktis hunderte von Jahren dauern würde, wären die Auswirkungen erheblich. Zusätzlich zum globalen Meeresspiegelanstieg durch das Schmelzwasser würde auch die Anziehungskraft in Richtung des Südpols verringert – wo die Masse schrumpft, wird auch die Gravitation weniger. Hierdurch könnte der Meeresspiegelanstieg in Europa sogar noch verstärkt werden. All dies fließt in die Schlussfolgerungen der Forscher mit ein.

Das arktische Meer-Eis und die Gebirgsgletscher der Alpen werden unter den in der Studie aufgelisteten Elementen als diejenigen eingeschätzt, die am empfindlichsten auf die Erderwärmung reagieren. Geht das arktische Meer-Eis zurück, so kann dies Auswirkungen auf das System von Hoch- und Tiefdruckgebieten in der Atomsphäre über dem Nordatlantik haben – und hiermit auch auf die vom Atlantik kommenden Stürme in Europa. Ein Schrumpfen der Gletscher in den Alpen hat Auswirkungen auf die Verfügbarkeit von Wasser in der Region, weil sich je nach Jahreszeit der Abfluss von Schmelzwasser in die Flüsse verändert. Mit einer Erwärmung von zwei Grad Celsius würden von den Gletschern nur kleine Reste bleiben. Ob es bei diesen zwei Kipp-Elementen eine Selbstverstärkung der Effekte gibt, ist unsicher. So könnte sich etwa der Rückgang beim arktischen Meer-Eis wieder umkehren, wenn die globale Mitteltemperatur sinkt – auch wenn ein solches Szenario nicht sehr wahrscheinlich ist.

Das Risiko, bei der Abnahme der Ozonschicht über der Arktis einen Kipp-Punkt zu erreichen, werde unbedeutend, wenn die Menge von Chlor in der Stratosphäre unter das Niveau von 1980 sinkt, so die Einschätzung der Experten. Dies werde voraussichtlich 2060 der Fall sein. Hohe Unsicherheit gibt es bei der großen Umwälzströmung im Atlantik, der sogenannten thermohalinen Zirkulation. Ihr möglicher Zusammenbruch könnte durch den Zustrom von Süßwasser geschehen, der seine Ursache im Schmelzen der Eisdecke auf Grönland und in veränderten Niederschlagsmustern hat. Die Unsicherheit in der zukünftigen Veränderung dieser Größen spiegelt sich in einer starken Unsicherheit über das Kippen der Ozeanströmung. Entsprechend bleibt, im Gegensatz zu den anderen Kippelementen, die Unsicherheit auch bei starker Erwärmung hoch.

Andere Kipp-Elemente wie die Gletscher des Himalaya, der indische Monsun oder das Tauen der sibirischen Permafrostböden werden in der Studie nicht im Detail untersucht, da sie keine direkten Auswirkungen auf Europa haben, so die Autoren. Allerdings sind indirekte Auswirkungen durchaus wahrscheinlich.

Der Begriff ‚Kipp-Elemente’ ist dadurch definiert, dass hier kleine äußere Störungen eine starke Reaktion auslösen. Dies könnte bei manchen so missverstanden werden, dass die Veränderung dieser Elemente immer selbstverstärkend und unumkehrbar sei. Zwar gehören zu den meisten Kipp-Elementen solche dynamischen Prozesse mit Selbstverstärkung, aber nicht zu allen. „Der entscheidende Punkt ist die hohe Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen im globalen Klima”, erklärt Levermann. „Diese stellt ein Risiko dar, dessen sich die Gesellschaft bewusst sein muss.“

Artikel: Levermann, A., Bamber, J., Drijfhout, S., Ganopolski, A., Haeberli, W., Harris, N., Huss, M., Krüger, K., Lenton, T., Lindsay, R., Notz, D., Wadhams. P., Weber, S.: Potential climatic transitions with profound impact on Europe, Review of the current state of six ‘tipping elements of the climate system’. Climatic Change (2011) [DOI 10.1007/s10584-011-0126-5]
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Weitere Informationen

Lenton, Timothy: Early warning of climate tipping points. Nature Climate Change (2011) [DOI: 10.1038/nclimate1143]

Weblink zum Artikel

E. Kriegler. J. Hall, H. Held, R. Dawson, H.-J. Schellnhuber (2009) Imprecise probability assessment of tipping points in the climate system. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 106(13): 5041-5046, Weblink zum Artikel

T. Lenton, H. Held, E. Kriegler, J.W. Hall, H. Held, R. Dawson, H.-J. Schellnhuber (2008) Tipping element’s in the earth’s climate system. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 105: 1786-1793,

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