Neue NASA-Studie: Meeresspiegelanstieg an der US-Ostküste wird vom subpolaren Nordatlantik getrieben

Klimaforschende haben über Jahre hinweg die Ursachen des Meeresspiegelanstiegs an der Ostküste der USA bilanziert. Schmelzende Gletscher, die Ausdehnung sich erwärmenden Meerwassers und Veränderungen des Golfstroms – jeder dieser Prozesse trägt seinen Teil bei, und die Rechnung schien lange weitgehend vollständig.

Ein von der NASA geführtes Team hat nun einen Posten identifiziert, der in dieser Bilanz fehlte. Ihre Analyse legt nahe, dass der wichtigste Motor für den langfristigen Anstieg an der Küste in einem kalten, abgelegenen Ozeanabschnitt nahe Grönland liegt – Tausende Kilometer von jeder US-Küstenlinie entfernt.

Ein feines Signal aus dem Ozean

Der Meeresspiegelanstieg an der Ostküste hat zwei Ebenen. Einerseits hebt die globale Erwärmung den Meeresspiegel weltweit, weil Eismassen schmelzen und sich Meerwasser bei höheren Temperaturen ausdehnt. Andererseits sorgt ein regionales Muster dafür, dass manche Küstenabschnitte schneller steigen als andere.

Woher das zusätzliche „Plus“ an der US-Ostküste kommt, blieb jedoch lange unklar. Zwar war bekannt, dass Prozesse an der Oberfläche – etwa Wind, der das Wasser antreibt, oder Wärme, die zwischen Ozean und Atmosphäre ausgetauscht wird – eine Rolle spielen. Wie stark die einzelnen Faktoren jeweils beitragen, liess sich bislang aber nur schwer sauber auseinanderhalten.

Ein Team am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, das zum Kalifornischen Institut für Technologie (Caltech) gehört, nahm diese Frage gezielt in Angriff. Geleitet wurde die Arbeit von dem JPL-Ozeanografen Ou Wang, der die Auswertung auf eine Weise anging, die so zuvor kaum umgesetzt worden war.

Zwei Küstenabschnitte, ein gemeinsamer Auslöser

Als Referenzpunkte wählten die Forschenden zwei Orte: Nantucket in Massachusetts als Stellvertreter für den Nordosten und Charleston in South Carolina für den Südosten. Beide Standorte verfügen über lange Pegelreihen und stehen zugleich für sehr unterschiedliche Küstenabschnitte.

Aus Klimamodellen nutzte das Team Ergebnisse für den Zeitraum von 2000 bis 2100 und konzentrierte sich darauf, wie sich die Meeresoberfläche unter anhaltender Erwärmung verhält. Die Modellläufe lieferten Karten über ein ganzes Jahrhundert hinweg, darunter Felder zu Winddruck und zum Wärmeaustausch an der Meeresoberfläche.

Das Ergebnis fiel eindeutig aus: Ein einzelner Treiber erklärte die Entwicklung an beiden Küstenabschnitten. Das entscheidende Signal kam weder aus lokalen Windmustern noch aus Strömungen in Küstennähe, sondern aus einer deutlich weiter nördlich gelegenen Wärmequelle.

Wo sich Ozeanwärme staut

Im Zentrum steht der Wärmefluss im subpolaren Atlantik – jenem kalten, stark durchmischten Meeresgebiet südlich von Grönland, in dem warme Strömungen aus südlichen Breiten absinken und in einem Kreislauf zurückgeführt werden. In dieser Region wird in sehr grossen Grössenordnungen Wärme zwischen Himmel und Meer ausgetauscht.

Im Verlauf des über ein Jahrhundert reichenden Modellzeitraums verschob sich diese Bilanz: Ein grösserer Anteil der Wärme verblieb im Ozean, statt an die Atmosphäre abgegeben zu werden. Diese zusätzliche Erwärmung veränderte, wie sich Wasser „aufschichtet“, und beeinflusste zugleich seine Dichte.

Das Signal blieb nicht auf den subpolaren Atlantik begrenzt. Unterschiede im Ozeandruck und langsame Wellen entlang der Küste transportierten den Effekt nach Süden, bis er sich schliesslich als höherer Wasserstand in Nantucket und Charleston bemerkbar machte.

Ein weiterer Fachartikel bringt dasselbe Zirkulationssystem zudem mit dem Überschwemmungsrisiko im Südosten in Verbindung.

Wind gegen Wärme

Damit ist Wind keineswegs unwichtig. Die Auswertung zeigte, dass die Windschubspannung – also die Reibung zwischen bewegter Luft und der Meeresoberfläche – die Schwankungen von Jahr zu Jahr und auch über Jahrzehnte hinweg dominierte.

Eine Phase mit vielen stürmischen Jahren, gefolgt von einer ruhigeren Zeit, kann die Messwerte der Pegel deutlich prägen. Über einen Zeitraum von hundert Jahren gleichen sich diese Böen und Flauten jedoch im Mittel aus.

Der langsame Anstieg des durchschnittlichen Meeresspiegels lässt sich dagegen auf das nördliche Wärmesignal zurückführen – nicht auf Prozesse unmittelbar vor der US-Küste. Beide Einflussarten waren zwar bereits als mögliche Faktoren im Gespräch, doch erst jetzt wurden sie über ein volles Jahrhundert hinweg direkt nebeneinander quantifiziert.

Die Ursache rückwärts verfolgen

Dazu nutzte das Team eine Methode namens adjungierte Sensitivität – ein Verfahren, bei dem ein physikalisches Problem gewissermassen rückwärts gerechnet wird. Man setzt an der Küste an und verfolgt dann zurück, wo der auslösende Impuls seinen Ursprung hat.

Mit dieser Herangehensweise liess sich der gesamte Nordatlantik systematisch „abscannen“ und jeder Ort danach gewichten, wie stark er den Meeresspiegel in Nantucket und Charleston beeinflusst. Besonders einflussreiche Bereiche lagen weit weg von der US-Küste – am deutlichsten im subpolaren Atlantik.

Frühere Arbeiten hatten bereits angedeutet, dass es eine solche Fernsteuerung geben könnte, stützten sich aber häufig auf Korrelationen statt auf Ursache-Wirkung. Die adjungierte Methode bildet den Kausalpfad direkt ab: Sie zeigt, wo das Signal physikalisch entsteht, nicht nur, wo es sich im Gleichschritt mit den Küstenpegeln verändert.

Meeresspiegelanstieg an der Ostküste

Die US-Ostküste befindet sich in einer besonders empfindlichen Lage. Ihr Kontinentalschelf ist breit und flach, sodass Wasser, das sich weiter draussen ansammelt, gegen den Schelf gedrückt werden kann und landeinwärts Auswirkungen hat, wie es viele andere Küsten so nicht erleben.

Diese Geometrie – zusammen mit der langsamen südwärtigen Ausbreitung der Signale aus dem subpolaren Atlantik – koppelt Städte von Boston bis Miami an Ozeanprozesse weit im Norden. Sie teilen denselben zugrunde liegenden Treiber.

Andere Forschungsarbeiten haben bereits gezeigt, dass regionale Meeresspiegel stark vom globalen Mittelwert abweichen können. Entlang der US-Küsten ist der Anstieg schneller als dieser Durchschnitt verlaufen, und die vorliegende Studie benennt dafür einen konkreten Mechanismus.

Was sich dadurch ändern könnte

Für Klimamodellierende liefert die Arbeit ein klareres Ziel. Sollen Projektionen für den Meeresspiegelanstieg an der Ostküste präziser werden, dann ist der subpolare Nordatlantik der Bereich, in dem eine höhere Auflösung besonders viel bringen dürfte.

Zugleich verschiebt sich der Blickwinkel für die Küstenplanung, etwa in Norfolk oder Wilmington in North Carolina. Ein ungewöhnlich milder Winter in der Labradorsee könnte Informationen darüber enthalten, wie hoch das Wasser dort in etwa zehn Jahren stehen wird.

Bis zu dieser Studie wurde der Meeresspiegelanstieg an der Ostküste häufig als Summe vieler überlagerter Einflüsse betrachtet. Nun ist der dominierende Faktor klar benannt und verortet: der subpolare Nordatlantik – und die Wärme, die er zurückhält.