Neue Studie: AMOC treibt die North Atlantic Salinity Oscillation im Nordatlantik

Seit Langem gilt der Salzgehalt im Nordatlantik in der Klimaforschung eher als Begleiterscheinung. Er zeigt zwar, wie sich Wassermassen verlagern – die eigentliche treibende Kraft sah man jedoch vor allem in der Wärme.

Eine neue Studie stellt diese Annahme infrage. Während die atlantische Umwälzzirkulation nachlässt, könnte die Salzbilanz der Region stärker ausschlagen als jemals in den Aufzeichnungen erkennbar. Nicht die Temperatur, sondern die Salinität rückt damit als grösseres Risiko in den Vordergrund.

Ein langsamer werdender Atlantik-Kreislauf

Fachleute sprechen von der Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Sie transportiert an der Oberfläche warmes, salzreiches Wasser nach Norden. Dort kühlt es ab, wird dichter, sinkt ab und strömt in der Tiefe wieder nach Süden zurück.

Geleitet wurde die Studie von dem Klimawissenschaftler Tomoki Iwakiri von der University of Hawaii at Mānoa. Er und sein Team liessen acht führende Klimamodelle bis ins Jahr 2300 laufen – unter der Annahme, dass die Nutzung fossiler Energieträger ungebremst weitergeht.

Ein Teil dieser Entwicklung ist bereits messbar: Beobachtungsreihen zeigen seit Jahrzehnten eine Abschwächung der AMOC, und eine Arbeit brachte damit auch einen kalten Fleck im Nordatlantik in Verbindung. In den Simulationen fällt die Umwälzzirkulation auf ein Viertel der heutigen Stärke.

Verschiebungen beim Salzgehalt im Atlantik

Die eigentliche Überraschung betrifft nicht die Wärme, sondern das Salz. Die Salinität beschreibt, wie viel Salz im Meerwasser gelöst ist. Gegenwärtig treten die stärksten Schwankungen im Westen auf, in der Nähe des Golfstroms, wo die Strömung besonders turbulent ist.

Mit zunehmender Erwärmung und einer nachlassenden Strömung kehrt sich dieses Muster jedoch um. Dann zeigen ausgerechnet der sonst ruhigere zentrale und östliche Atlantik die grössten Ausschläge, während der frühere Schwerpunkt im Westen deutlich an Dynamik verliert – eine vollständige Umkehr.

Bis 2300 nehmen diese Schwankungen laut Modellen um mehr als das Fünffache zu und übertreffen damit alles, was in den Ozean-Aufzeichnungen zu finden ist. Extreme Ausschläge treten drei- bis viermal häufiger auf. Dass die Umwälzzirkulation schwächer wird, war bekannt – Schwankungen in dieser Grössenordnung nicht.

Eine wandernde Salz-Welle

Ein Blick auf einzelne Extremereignisse zeigt, wie sich die Ausschläge aufbauen. Zunächst entsteht am westlichen Rand des Beckens ein besonders salziger Bereich. Dieser verlagert sich über sechs bis acht Jahre nach Osten und gewinnt dabei an Stärke.

Der Nordatlantik hat bereits früher abrupt reagiert: Eine Studie dokumentierte in den 2010er-Jahren die stärkste „Entsalzung“ seit über einem Jahrhundert. Die hier beschriebenen neuen Schwankungen unterscheiden sich jedoch: Sie pendeln – erst salziger, dann frischer – und werden unterwegs stärker.

Angetrieben wird dieses Wachstum in den Modellen durch das Zusammenspiel von Salz und Wärme. Ein salziger Bereich zieht demnach warmes Wasser in seine Nähe; diese Wärme wiederum begünstigt zusätzlichen Salznachschub – ein sich selbst verstärkender Prozess.

Wird diese Kopplung in der Analyse abgeschaltet, verschwindet auch das Wachstum: ein Mechanismus, der in dieser Region so bislang nicht beschrieben war.

Verbindung zur AMOC

Unter den Schwankungen liegen zwei langsame Veränderungen im Hintergrundzustand des Ozeans. Zum einen verliert der Golfstrom an Geschwindigkeit und bringt weniger warmes, salzreiches Wasser nach Norden.

Zum anderen wird der Unterschied zwischen salzigerem Wasser im Süden und frischerem Wasser im Norden grösser.

Beide Entwicklungen lassen sich direkt auf die nachlassende AMOC zurückführen. In jenen Modellen, in denen die Umwälzzirkulation am stärksten abnimmt, bremst auch der Golfstrom am deutlichsten, und zugleich verschärft sich der Salzgegensatz am stärksten. Dass alle acht Modelle hierin übereinstimmen, stärkt die Aussage.

Gerade von einem ausgeprägteren Salzgegensatz lebt die wandernde Welle. Ein schwächerer Strom und eine kräftigere Welle treten gemeinsam auf. Da die meisten Modelle zu Beginn einen zu grossen Salinitäts-Kontrast ansetzen, könnten sie die kommende Entwicklung eher unterschätzen.

Emissionen senken reicht nicht aus

Naheliegend ist die Hoffnung, dass geringere Emissionen diese Entwicklung verhindern könnten. Das Team prüfte genau diese Möglichkeit, indem es Kohlendioxid zunächst bis zu einem Höchststand ansteigen und danach wieder in Richtung des heutigen Niveaus sinken liess.

Die Erde kühlte sich zwar ab, die Salinitätsschwankungen jedoch nicht. Weil der Ozean träge reagiert, schwächte sich die AMOC noch rund 50 Jahre nach dem CO2-Höchststand weiter ab. Das extreme Verhalten blieb trotz Abkühlung bestehen.

Ist die Verlangsamung weit genug fortgeschritten, drehen die Schwankungen auch dann nicht mehr um, wenn die Erwärmung nachlässt. Sie können über Jahrhunderte bestehen bleiben – festgesetzt in einem Ozean, der sich nur langsam neu einpendelt. Emissionen zu reduzieren mindert die Folgen, macht sie aber nicht ungeschehen.

Risiken entlang Europas Küsten

Diese Veränderungen bleiben nicht in der Tiefe. Salzreicheres Wasser ist dichter und liegt niedriger, süsseres Wasser ist leichter und liegt höher. Dadurch schwankt der lokale Meeresspiegel, besonders stark an Europas Atlantikküste.

Problematisch wird es, wenn ein Salinitäts-Extrem und ein hoher Meeresspiegel zeitgleich auftreten. Was heute selten ist, wird in den Modellen zu einem häufigen „Doppelschlag“. Das Risiko für Küstenüberflutungen steigt von Spanien und Portugal bis nach Norwegen und Island.

Die nachlassende Strömung würde die Region zudem auf andere Weise verändern. Separate Forschungsergebnisse zeigen, dass dadurch Hitzewellen in Europa schärfer ausfallen können. Die Salinitäts-Extreme bringen eine weniger auffällige Gefahr mit sich: Sie destabilisieren Küstenmarschen, die als natürlicher Schutz für die Ufer dienen.

Ein neuer Rhythmus erhält einen Namen

Weil die Forschenden das Muster als belastbar ansehen, gaben sie ihm einen Namen: North Atlantic Salinity Oscillation. Der Zyklus liegt bei ungefähr zehn Jahren. Offen ist weiterhin, ob die Strömung diesen Rhythmus antreibt oder ob der Ozean ihn auch ohne sie erzeugen kann.

Möglich ist zudem, dass das Phänomen nicht nur eine Zukunftserscheinung ist. Ähnliche Salinitätsschwankungen begleiteten in der Vergangenheit abrupte Umbrüche, als Schmelzwasser den Nordatlantik flutete und die Zirkulation ins Stocken geriet. Das deutet auf eine grundlegende Neigung des Ozeans hin.

Was die Studie jedoch klar festhält, ist robust: Eine schwächer werdende AMOC treibt Salinitätsschwankungen im Nordatlantik an, wie sie in den Aufzeichnungen ohne Beispiel sind – verstärkt durch die gemeinsame Wirkung von Salz und Wärme. Und sie sind hartnäckig genug, um die Erwärmung, die sie auslöst, zu überdauern.

Für Europas Küsten ist die Verlangsamung damit ein konkretes Risiko, das sich kartieren lässt – ein Hinweis darauf, dass der Ozean sich auf eine Weise verändert, die über das hinausgeht, was viele allein von der Erwärmung erwartet hätten.