In einer wegweisenden Studie des Alfred-Wegener-Instituts Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) wird eine unerwartete Erklärung für die anhaltende Stärke des Südlichen Ozeans als globaler CO?-Senke geliefert. Trotz zunehmender Klimawandel-Effekte wie stärkeren Westwinden, die nach Modellvorhersagen die CO?-Aufnahmekapazität schwächen sollten, hat die Region um die Antarktis in den letzten Jahrzehnten weiterhin rund 40 Prozent des anthropogenen CO? aus der Atmosphäre gebunden. Der Schlüssel: Eine langfristige Süßung (Freshening) der Oberflächenwasser durch Schmelze und erhöhte Niederschläge, die eine dichtere Schichtung der Wassermassen schafft und CO?-reiches Tiefenwasser vorerst unter Verschluss hält. Die Ergebnisse, veröffentlicht in Nature Climate Change , versöhnen Beobachtungsdaten mit Modellprognosen – mahnen jedoch vor einer potenziellen Kehrtwende, die globale Erwärmung beschleunigen und Europa besonders hart treffen könnte. Experten warnen: Dieser „Puffer“ ist temporär und unterstreicht die Dringlichkeit europäischer Klimastrategien.
Die Studie im Detail: Mechanismen der CO?-Speicherung und ihre Störung durch den Klimawandel
Die Forschung, geleitet von Dr. Léa Olivier vom AWI, basiert auf umfangreichen biogeochemischen Daten aus dem Global Ocean Data Analysis Project (GLODAP)-Datensatz, der Messungen von über 1.100 Forschungsreisen zwischen 1972 und 2021 umfasst. Sie konzentriert sich auf sieben wiederholte hydrographische Schnitte südlich von 55° S, hauptsächlich aus den 1980er bis 2000er Jahren als Baseline und aktuellen Kampagnen ab 2013. Durch Interpolation auf 33 Tiefenlevel und Anomalien-Berechnungen (neu minus Klimatologie) isolierten die Wissenschaftler zirkulationsbedingte Veränderungen im gelösten anorganischen Kohlenstoff (DIC) und der CO?-Flüchtigkeit (fCO?), unter Ausschluss biologischer Prozesse oder direkter anthropogener Einträge. Die Analyse nutzte das MATLAB-Tool CO2SYS zur Berechnung potenzieller Oberflächen-fCO?-Werte, als ob sub-surface CO?-reiches Wasser aufsteigen würde.
Schlüsselfund: Seit den 1990er Jahren hat sich das Potenzial für CO?-Freisetzung aus dem Tiefenwasser um durchschnittlich 10 µatm (Mikroatmosphären) in der Schicht zwischen 100 und 200 Metern erhöht – regional von 2,4 bis 17 µatm. Dies geht einher mit einer Aufwärtsverschiebung des oberen Circumpolaren Tiefenwassers (uCDW) um rund 40 Meter (17,6 bis 83,3 m), das salziger, wärmer (+0,2 °C) und CO?-reicher ist (DIC ~2.260 µmol/kg, fCO? ~570 µatm, Sauerstoff <220 µmol/kg). Ursache: Verstärkte Westwinde, getrieben durch anthropogenen Klimawandel, Ozonabbau und natürliche Variabilität (positive Southern Annular Mode), fördern eine intensivere Überströmungszirkulation, die altes, CO?-beladenes Wasser aus Tiefen von Hunderten bis Tausenden Jahren an die Oberfläche drückt.
Doch entgegen Modellvorhersagen – die eine Abschwächung der Senke prognostizieren – bleibt diese CO?-Last sub-surface isoliert. Grund: Eine circumpolare Süßung des Winterwassers (WW) um bis zu -0,3 Salzgehalt (Anomalien -0,17 bis -0,37), verursacht durch verstärkte Süßwasserzuflüsse aus Niederschlägen, Gletscher- und Meereisschmelze seit den 1980er Jahren. Dieses kältere, weniger dichte Oberflächenwasser verstärkt die Dichteschichtung (Stratifikation), blockiert vertikale Mischung und verhindert, dass CO?-reiches uCDW die Oberfläche erreicht. Oberflächen-fCO?-Anomalien bleiben damit entkoppelt und variabel, beeinflusst durch Saisonalität und Biologie, was die Beobachtung einer „Reinvigoration“ der Senke seit den 2000er Jahren erklärt: Der Südliche Ozean hat weiterhin ~40 Prozent des globalen ozeanischen CO?-Uptakes übernommen, was rund 10 Prozent der gesamten anthropogenen Emissionen entspricht.
Die Studie betont, dass dieser Effekt vorübergehend ist. Seit 2016 deuten Beobachtungen auf eine Salztrend-Umkehrung hin (von Süßung zu Versalzung), möglicherweise durch veränderte Meereisregime, die die Stratifikation schwächen und eine verstärkte Mischung begünstigen könnte. Dies würde CO?-Freisetzungen ermöglichen, die Senke kollabieren lassen und die atmosphärische CO?-Konzentration (aktuell ~420 µatm) weiter anheizen. „Wir müssen über die Oberfläche hinausblicken, sonst verpassen wir Teile der Geschichte“, warnt Co-Autor Prof. Alexander Haumann. Das AWI plant im Rahmen des internationalen Antarctica InSync-Programms Wintermessungen, um Übergänge zu tracken.
Globale Implikationen: Ein Puffer mit Verfallsdatum
Der Südliche Ozean fungiert als „Lunge“ des Planeten: Er verbindet Atmosphäre und Tiefsee, wo bis zu 80 Prozent des globalen Tiefenwassers an die Oberfläche streben und natürliches CO? freisetzen, während anthropogenes CO? absorbiert wird. Ohne diese Senke – die jährlich ~1 Gt C (Gigatonnen Kohlenstoff) bindet – würde die Erwärmung um 0,2–0,3 °C schneller voranschreiten, schätzen IPCC-Modelle. Die AWI-Ergebnisse versöhnen Diskrepanzen: Während CMIP6-Modelle (Coupled Model Intercomparison Project) eine Stagnation prognostizieren, zeigen Satelliten- und Schiffsmessungen (z. B. Argo-Floats 2014–2017) eine Stärkung . Dies unterstreicht die Notwendigkeit, Stratifikationsdynamiken in Modellen besser zu integrieren, da sie – wie paläoklimatische Rekorde andeuten – historisch CO?-Level modulierten.
Credits
Alfred Wegener Institut Mario Hopmmann
Langfristig droht jedoch eine „Kehrtwende“: Verstärkte Winde und Erwärmung könnten die Schichtung durchbrechen, was zu Outgassing führt und die Senke in eine Quelle verwandelt. Eine kürzlich publizierte Studie in Nature Communications deutet auf einen „CO?-Uptake Hole“ im Nordatlantik hin, wo ähnliche Zirkulationsveränderungen die Aufnahme schwächen. Kombiniert mit Südlicher-Ozean-Shift könnte dies die globale CO?-Balance um 20–30 Prozent kippen, mit Kaskadeneffekten auf Extremwetter und Ökosysteme.
Spezifische Folgen für Europa: Von der Atlantik-Pumpe bis zu regionalen Klimarisiken
Für Europa, das stark vom Atlantik abhängt, sind die Implikationen alarmierend und vielschichtig. Der Kontinent profitiert indirekt vom Südlichen Ozean als „Treiber“ der globalen Thermohalinen Zirkulation (THC), einschließlich der Atlantik-Meridionalen Umwälzzirkulation (AMOC), die Wärme aus tropischen Breiten nach Norden transportiert und Europas mildes Klima ermöglicht – ohne AMOC wären Winter in Nordeuropa bis zu 5–10 °C kälter. Die Freshening-Effekte im Süden verstärken Oberflächen-Süßung global, was – wie in einer UW-Studie beschrieben – die Dichte der oberen Ozeane reduziert und die AMOC-Senkbewegung behindert. Eine AMOC-Abschwächung um 20–50 Prozent bis 2100 (IPCC-Szenarien) würde zu ungleichmäßiger Erwärmung führen: Stärkere Abkühlung in Skandinavien und Irland, während Südeuropa Trockenheit und Hitzewellen erleidet.
Zusätzlich bedroht eine geschwächte Südliche-Senke die CO?-Balance: Europa, mit Emissionen von ~3 Gt CO? jährlich (EU-27, 2024), zielt im Green Deal auf Klimaneutralität bis 2050 ab. Eine reduzierte ozeanische Pufferkapazität würde ~0,1–0,2 Gt zusätzliches CO? pro Jahr in die Atmosphäre pumpen, was EU-Erwärmung um 0,5 °C beschleunigen und Ziele wie die 1,5-°C-Grenze vereiteln könnte. Regionale Risiken umfassen: Intensivere Stürme durch veränderte Jetstreams (z. B. mehr „Stuck“-Hochdruck über Mitteleuropa, wie 2022); Arktis-Amplifikation, die Permafrost-Auftauen in Sibirien fördert und Methan freisetzt, was Europa über Jetstreams trifft; sowie ozeanische Säuerung, die Fischbestände im Nordostatlantik dezimiert – relevant für EU-Fischereien (z. B. Hering, Kabeljau), mit wirtschaftlichen Verlusten von bis zu 10 Mrd. € jährlich.
Eine ICM-CSIC-Studie warnt vor sichtbaren Umkehrsignalen: Versalzung treibt Wärmeaufstieg und beschleunigtes Meereisschmelzen, was CO? freisetzt und globale Rückkopplungen verstärkt. Für Europa bedeutet dies: Dringender Bedarf an adaptiven Maßnahmen, wie Küstenschutz (z. B. Niederlande, 30 % Land unter Meeresspiegel) und diversifizierte Energiequellen, da eine Senken-Schwäche Erneuerbare (Wind, Solar) durch volatile Wetter destabilisieren könnte. Die EU-Kommission, in ihrem 2025 Ocean Decade Action Plan, fordert nun verstärkte Südpol-Forschung, um Modelle zu kalibrieren – ein Aufruf, den AWI und ESA (SMOS-Satellit) unterstützen.
Ausblick: Handlungsaufforderung und Forschungsbedarf
Die AWI-Studie unterstreicht: Der Südliche Ozean „versucht“ der Erwärmung entgegenzuwirken, doch der Klimawandel untergräbt diesen Schutz. Für Europa ist dies ein Weckruf – von der AMOC bis zu Emissionsreduktionen. Internationale Kooperationen wie InSync sind essenziell, um Winterdaten zu sichern und Szenarien zu modellieren. Ohne ambitionierte Politik droht nicht nur globale Beschleunigung, sondern eine Kaskade, die Europas Wohlstand und Stabilität bedroht. Die Wissenschaft fordert: Sofortige Dekarbonisierung, um den „Puffer“ nicht zu überfordern.
Quellen: Volltext in Nature Climate Change, DOI: 10.1038/s41558-025-02446-3.
