Die Ozeane speichern große Mengen an Kohlendioxid (CO2) und puffern außerdem den Temperaturanstieg durch den menschengemachten Klimawandel ab. Gewaltige Meeresströmungen sorgen überdies für einen klimatischen Ausgleich zwischen wärmeren und kühleren Regionen. So verdankt Europa sein mildes Klima der nordatlantischen Umwälzzirkulation (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC), zu der unter anderem der Golfstrom zählt. Doch dieses und weitere wichtige Klima-Subsysteme wie die Eisschilde der Antarktis und Grönlands, der Amazonas-Regenwald und der asiatisch-australische Monsun sind durch den fortschreitenden Anstieg von CO2 in der Atmosphäre und die damit einhergehende globale Erwärmung gefährdet. Ist eine bestimmte Schwelle überschritten, könnten sie unwiederbringlich in einen neuen Zustand kippen.
Auch die Geschwindigkeit spielt eine Rolle
Die Klimawissenschaftler Johannes Lohmann und Peter Ditlevsen von der Universität Kopenhagen in Dänemark haben nun in einer Modellstudie gezeigt, dass die AMOC und möglicherweise auch andere Klima-Subsysteme lange vor dem erwarteten Zeitpunkt die kritische Schwelle erreichen könnten. In einer Simulation der weltweiten Ozeane stellten die Forscher nach, wie durch das Abschmelzen der Pole mehr und mehr Süßwasser in den Nordatlantik gelangt. Je nachdem, wie schnell sie dabei den Zustrom an Süßwasser wählten, verschob sich die kritische Schwelle, bei der die AMOC zum Erliegen kommt.
Bei einem langsamen Abschmelzen lag die Schwelle vergleichsweise hoch. Simulierten die Forscher dagegen ein schnelles Abschmelzen der Eisschilde über Zeiträume zwischen zehn und 150 Jahren, stoppte die AMOC bereits bei deutlich niedrigeren absoluten Werten. Strömt das Süßwasser also schnell ein, genügt eine geringere Menge, um das System zum Kippen zu bringen. „Kipppunkte werden oft damit in Verbindung gebracht, dass ein zuvor stabiler Systemzustand seine Stabilität verliert, wenn ein Systemparameter über einen wohldefinierten kritischen Wert erhöht wird“, erläutern die Forscher. „In einigen Fällen können solche Übergänge jedoch schon vor dem Überschreiten einer Parameterschwelle auftreten, vorausgesetzt, die Parameteränderung ist schnell genug.“ Dieses Phänomen ist als rateninduziertes Kippen bekannt.
Das Modell reagierte sehr empfindlich auf kleinste Änderungen der Ausgangsbedingungen. Das macht aus Sicht der Forscher Vorhersagen schwierig. Eine eindeutige Schwelle lässt sich demnach nicht festlegen. Die Modellstudie zeige, dass sich aufgrund des chaotischen Zusammenspiels vieler Faktoren keine scharfe Grenze definieren lasse, so die Forscher. „Das ist eine beunruhigende Nachricht. Denn wenn dies wahr ist, reduziert es unseren sicheren Handlungsspielraum“, sagt Lohmann.
