Das Wasser der Meere ist vertikal nicht gleichmäßig durchmischt, sondern bildet typischerweise geschichtete Zonen. Nahe der Wasseroberfläche sammelt sich dabei wärmeres, salzärmeres Wasser, weil es eine geringere Dichte besitzt. In tieferen Schichten findet sich dagegen meist kaltes, salzigeres Tiefenwasser. Zwischen diesen Schichten findet nur ein begrenzter Wasseraustausch statt – meist geschieht dies bei starkem Wind oder im Winter, wenn die Oberflächentemperatur geringer ist. “Diese Schichtung wirkt wie eine Barriere für die Durchmischung des Wassers und das hemmt auch den vertikalen Austausch von Wärme, Kohlenstoff, Sauerstoff und anderen Bestandteilen”, erklären Guancheng Li von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking und seine Kollegen. “Das Ausmaß dieser Schichtung ist daher ein zentrales Element im irdischen Klimasystem.”
Marine Wasserschichtung im Visier
Doch wie sich die Schichtung der Ozeane durch den Klimawandel verändert, war bislang nur in groben Zügen bekannt. Zwar legt die zunehmende Erwärmung der Wasseroberfläche nahe, dass sich diese auch auf die Wasserschichtung auswirkt und sie verstärkt. Aber auch der vermehrte Einstrom von süßem Schmelzwasser aus den tauenden Gletschern der Arktis und Antarktis könnte dazu beitragen. Denn das Süßwasser ist weniger dicht und bildet daher eine relativ stabile Schicht auf dem salzigeren Meerwasser. Doch bislang gab es nur ungenügende Daten dazu, wie stark sich diese Prozesse bereits auf die Wasserschichtung der Meere ausgewirkt haben. Der Grund: “Beobachtungen zu Ozeantemperaturen und Salzgehalt sind teilweise spärlich und räumlich ungleich verteilt”, erklären Li und sein Team. Oft wurden bislang nur Daten zu den oberen 200 Metern der Meere berücksichtigt und Lücken durch grobe Schätzungen überbrückt.
Um Abhilfe zu schaffen, haben die Forscher nun neue Messdaten zu Wassertemperaturen und Salzgehalten herangezogen, die bis in 2000 Meter Tiefe reichen. Außerdem nutzten sie Messungen des im Wasser gelösten Stickstoffs, um indirekt Aufschluss über die Schichtung zu erhalten. Denn seine Menge ist von der Dichte des Wassers abhängig. Zusätzlich verwendeten die Wissenschaftler ein Computermodell, das etwaige Datenlücken auf Basis von physikalischen Gesetzmäßigkeiten schließen kann.
Erwärmung ist die Haupttriebkraft
Die Auswertungen bestätigen den Trend zu einer stabileren Schichtung des Ozeanwassers. “Wir haben festgestellt, dass die Stabilität dieser Schichten schneller zunimmt, als wir dachten und auch schneller als es gängige Modelle vorhersagen – das sind beunruhigende Aussichten”, berichtet Co-Autor Michael Mann von der Pennsylvania State University. Den Daten zufolge hat sich die Schichtung in den oberen 2000 Metern seit 1960 im Schnitt um 5,3 Prozent verstärkt – das entspricht etwa 0,9 Prozent pro Dekade. In den oberen 150 Metern haben sich die Unterschiede zwischen den Wasserschichten sogar um 18 Prozent erhöht. Diese Veränderungen seien in allen vier großen Meeresbecken zu beobachten, wie die Forscher erklären. “Am höchsten ist die Rate im Südlichen Ozean, gefolgt vom Pazifik, Atlantik und dann dem Indischen Ozean”, so Li und seine Kollegen. Geographische Unterschiede gibt es jedoch in Bezug auf die am stärksten betroffenen Wassertiefen: In den Tropen haben sich die obersten 200 Meter der Meere am deutlichsten verändert, in den mittleren und höheren Breiten sind dagegen Wassertiefen unterhalb von 500 Metern am meisten betroffen.
