Ist die Atlantische Umwälzströmung stabiler als angenommen?

„Die Studie ist sehr interessant. Der Aspekt, dass Upwelling (Aufstieg von Tiefenwasser; Anm. d. Red.) und Overturning (Umwälzbewegung, bei der warmes Wasser aus den Tropen an der Meeresoberfläche in Richtung Norden strömt und kaltes, salzreiches Tiefenwasser in der Tiefe in Richtung Süden fließt; Anm. d.  Red.) gekoppelt sind, wurde bislang nicht so gut ausgearbeitet. In der Tat ist es ein globales Problem, und die Studie schlägt vor, auch ein Augenmerk auf den Südlichen Ozean und den Indischen Ozean zu lenken.“

„Schwachpunkte der Studie und in der Argumentation der Autoren sind zweierlei: Erstens ist AMOC nur ein Index und in vielerlei Hinsicht muss man eigentlich die ‚regionalen Äste’ der Umwälzbewegung verstehen [1]. Die regionalen Äste sind viel anfälliger und dynamischer als der gemittelte Strom. Der andere ist der Punkt – und den machen viele –, dass die AMOC auch stabilisierende Effekte aufweist. Diese sieht man allerdings zufälligerweise erst nach 2100 [2].“

„Es ist etwas erstaunlich, dass alle immer nur diese Simulationen bis 2100 ansehen und nicht weiter in die Zukunft rechnen. Der Atlantik wird salzhaltiger und er stabilisiert sich wieder, allerdings auf einem anderen Niveau. In meinen Augen klingt es deshalb etwas dramatisierend, da doch viele Sachen in den untersuchten Läufen gar nicht gemacht wurden.“

„Es ist interessant und neu, zu sehen, wie die Modelle auf extreme Ausprägungen von Parametern, wie einen sehr hohen Gehalt an atmosphärischem CO₂ und starken Süßwassereintrag reagieren. In den Modellen kollabiert die atlantische Zirkulation AMOC nicht komplett. Jedoch reduziert sie sich trotzdem sehr stark, was einem Zusammenbruch in einigen Modellen sehr nah kommt.“

„Diese Studie argumentiert auch anders als viele andere Studien. Statt sich auf die Region im Nordatlantik zu konzentrieren, in der Tiefenwasser gebildet wird, schauen sich die Autoren an, wieviel Tiefenwasser im Südlichen Ozean wieder an die Oberfläche kommt. Solange Wasser dort an die Oberfläche kommt, muss woanders Tiefenwasser gebildet werden. In den meisten Modellen ist dies nur im Nordatlantik möglich. Dadurch muss die AMOC bestehen bleiben. Die Argumentation scheint an sich sehr intuitiv und daher auch robust. Auch wenn es intuitiv ist, ist es äußerst wichtig zu sehen, dass dies in den Modellen entsprechend wiedergegeben wird. Daher ist diese Studie ein sehr wichtiger Beitrag zur Debatte über die weitere Entwicklung der AMOC.“

„Die Methodik erscheint sehr robust. Die CMIP6-Modelle unter extremen Parametern zeigen eine erwartete AMOC-Abschwächung, aber keinen Kollaps. Das legt nahe, dass die AMOC nicht ganz kollabieren kann. Die Autoren erklären dies mit der Massenerhaltung – wenn Wasser wieder an die Oberfläche kommt, muss es vorher woanders sinken. Es ist daher ein wichtiger Beitrag zur Debatte. Manchmal wird jedoch schon eine Minderung um 80 Prozent als Kollaps bezeichnet. Ob es einen Kollaps gibt oder nicht, hängt am Ende von der Definition von Kollaps ab. Die Definition ist in dieser Studie aber klar definiert. Die Frage wurde früher aufgeworfen, ob die AMOC in CMIP6-Modellen zu stabil sei [3]. Da es hier aber auch fundamentale Argumente gibt, denke ich nicht, dass dies wirklich ein Schwachpunkt ist.“

„Ich denke, der Ansatz mit einer plötzlichen Vervierfachung der CO₂-Konzentration wurde gewählt, um den absoluten Extremfall zu testen. Dies ist ein wichtiger Ansatz, der erlaubt zu testen, wo die Grenzen eines Systems sind. In diesem Fall wurde gezeigt, dass die AMOC nicht komplett kollabieren, aber extrem schwach werden kann.“

„Studien, die sich auf kleinere Regionen und Salzgehalt, Temperatur oder Wärmeflüsse beziehen, interessieren sich meist für die AMOC in der Vergangenheit. In der aktuellen Arbeit geht es um die Zukunft. Ich halte daher den Ansatz, die Upwelling-Regionen (Aufstiegsregionen von Tiefenwasser; Anm. d. Red.) anzuschauen, für sehr interessant und konstruktiv. Es bildet einen komplementären Ansatz, der weitere Informationen liefert.“

„Die Studie hat gezeigt, dass die AMOC nicht komplett verschwinden kann. Jedoch ist eine extreme Abschwächung möglich. Ob es dann am Ende ein Kollaps oder eine sehr starke Abschwächung ist, macht für die Auswirkungen dieser Veränderung am Ende kaum keinen Unterschied. Beides wäre mit extremen Folgen verbunden und man sollte alles unternehmen, um dies zu vermeiden.“

„Für die Zukunft heißt dies weiterhin, dass sich die AMOC stark abschwächen kann. Ich denke, es sind sich alle einig, dass sich die AMOC substanziell abschwächen wird, auch wenn die Emissionen stark vermindert werden [4]. Nur wenn die Temperatur stabilisiert wird, kommt die AMOC in Modellen wieder zu ihrer alten Stärke zurück [5]. Wichtig ist aber, dass in den genutzten Modellen kein Schmelzwasserabfluss der Grönland-Gletscher repräsentiert wird. Dieser könnte eine Wiedererstarkung der AMOC unmöglich machen.“

„Alles in allem würde ich sagen, dass eine Abschwächung der AMOC in diesem Jahrhundert sicher ist und eine äußerst starke Abschwächung sehr wahrscheinlich ist. Aber die Unsicherheiten in diesem hochkomplexen System bleiben weiterhin sehr groß.“

„Die Autoren vergleichen in ihrer methodisch und technisch sehr guten Studie das Verhalten der Atlantischen Umwälzzirkulation (AMOC) unter starken globalen Emissions- beziehungsweise Erwärmungsszenarien in 34 etablierten Klimamodellen. Obgleich die AMOC quantitativ in den verschiedenen Modellen sehr unterschiedlich auf die starke Erwärmung reagiert, haben die Modelle zwei Dinge gemeinsam: Erstens wird die AMOC mit fortschreitender Erwärmung schwächer, was zu verheerenden Folgen beispielsweise für den Niederschlag in den Tropen führen würde. Zweitens aberkollabiert die AMOC in den Modellen im 21. Jahrhundert selbst in extremen Emissionsszenarien nicht. Der Kollaps wird durch ‚Upwelling‘ von Wassermassen im Südlichen Ozean, die aus den Tiefen des Nordatlantiks stammen, verhindert. Dieser Mechanismus wird in allen untersuchten Modellen beobachtet. Die Studie berücksichtigt eine große Anzahl von Modellen, wodurch die Ergebnisse sehr verlässlich sind.“

„Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass sich die AMOC selbst beim Verhindern eines Kollapses (‚Tipping‘) um bis zu über 80 Prozent abschwächen könnte, was global verheerende Folgen hätte und zur Abkühlung in Europa, zur Veränderung tropischer Niederschlagsmuster und ganz besonders zur Verschiebung der Monsunsysteme in Südamerika, Afrika, und Asien führen könnte.“

„Auch würde ein Kollaps im Sinne eines ‚Kippens‘ 50 bis 100 Jahre dauern, praktisch – also aus Perspektive der Folgen – wäre eine starke Abschwächung ähnlich schlimm. Ein Unterschied ist jedoch, dass ein tatsächlicher Kollaps im Sinne eines ‚Kippens‘ wegen der sogenannten Hysterese (Systemverhalten, bei dem die Ausgangsgröße nicht nur von den aktuell einwirkenden Parametern, sondern auch von seinem vorherigen Zustand abhängt. Dadurch kann das System bei identischen äußeren Bedingungen unterschiedliche Werte annehmen. Dies kann dazu führen, dass ein Kollaps praktisch nicht oder nur schwer umkehrbar ist, da sich das System erst bei einem deutlich anderen Wert des einwirkenden Parameters wieder erholen würde – verglichen mit dem Wert, bei dem der Kollaps eingetreten ist; Anm. d. Red.) sehr viel schwerer umzukehren wäre. Das heißt, man müsste die globalen Temperaturen möglicherweise viel weiter reduzieren, um die AMOC wieder zu ihrer ursprünglichen Starke zurückzubringen, als das bei einer bloßen Abschwächung der Fall ist.“

„Im Vergleich zu anderen kürzlich in den Medien diskutierten Studien betont diese neue Studie die Komplexität der Prozesse, die für die AMOC relevant sind, und zeigt in diesem komplexen System stabilisierende Mechanismen auf, denen in anderen Studien nicht Rechnung getragen wurde. Insbesondere zeigt die Studie, dass Versuche, einen Kippzeitpunkt unter stark vereinfachenden Annahmen vorherzusagen, mit großer Vorsicht zu genießen sind.“

„Um Verwirrung zu vermeiden, möchte ich zunächst darauf hinweisen, dass die neue Studie nicht im Widerspruch zu anderen Modellierungsstudien über künftige AMOC-Veränderungen und ihre klimatischen Auswirkungen steht und dies auch nicht behauptet [6]. Dabei werden dieselben Modelle wie bei der letztgenannten Studie verwendet, nämlich das CMIP6-Modell-Ensemble. Allerdings mit idealisierteren Antriebsszenarien als den Standard-IPCC-Szenarien für zukünftige Emissionen, die wir analysiert haben.“

„Der falsche Eindruck, dass die neue Studie unseren und anderen früheren Ergebnissen widerspricht, kann jedoch leicht durch die unterschiedliche Verwendung des Begriffs ‚AMOC-Kollaps‘ entstehen. In der neuen Studie bedeutet dieser Begriff, dass es im Nordatlantik nördlich des Äquators unterhalb von 500 Meter Tiefe keine oder negative Umwälzungen gibt, während in früheren Studien dieser Begriff für Zustände mit stark geschwächter AMOC verwendet wurde. In unserer Studie betrachten wir beispielsweise die AMOC bei 26 Grad nördlicher Breite, da wir uns für die klimatischen Auswirkungen und damit für den Wärmetransport nach Norden interessieren, und wir stellen fest, dass die ‚kollabierten‘ Modellzustände noch zwischen 1 und 5 Sv  AMOC aufweisen, im Vergleich zu 13 bis 25 Sv vor der Abschwächung (Sverdrup ist eine bei Meeresströmungen gebräuchliche Maßeinheit für den Volumenstrom, in Millionen Kubikmetern Wasser pro Sekunde; Anm. d. Red.). Die Klimaauswirkungen hängen stark davon ab, wie weit nördlich und wie tief die AMOC reicht.“

„In der neuen Studie wird dagegen die verbleibende, windgetriebene, schwache und flache Umwälzung analysiert, die verbleibt, nachdem die thermohaline – also durch Temperatur- und Salzgehaltunterschiede angetriebene – Strömung und damit der Wärmetransport der AMOC in die hohen nördlichen Breiten im Wesentlichen aufgehört hat, was die dortigen Klimaauswirkungen verursacht. In ihrer Definition von AMOC ist die verbleibende Umwälzung in der vorliegenden Studie etwas größer, da sie den maximalen Stromfunktionswert betrachten, auch wenn dieser weiter südlich und flacher ist. Das ist eine rein technische Wahl, je nachdem, an welchem Aspekt man interessiert ist.“

„In der neuen Studie wird der verbleibende windgetriebene Anteil der AMOC genauer untersucht, was einen wertvollen Beitrag zur wissenschaftlichen Literatur darstellt. Sie ändert jedoch nichts an der Einschätzung des Risikos und der Auswirkungen künftiger AMOC-Veränderungen als Reaktion auf die vom Menschen verursachte globale Erwärmung, denn diese resultieren aus dem Kipppunkt des klimatisch wichtigeren thermohalinen Anteils der AMOC.“

„Seit den 1990er Jahren ist bekannt, dass die AMOC zum Teil windgetrieben ist, so dass ein Teil verbleibt, wenn die dichtegetriebene beziehungsweise thermohaline Umwälzung zum Stillstand gekommen ist [7] [8].“

„Diese Studie stellt einen wohltuenden Kontrast zu den häufig unterkomplexen Katastrophenmeldungen zur AMOC dar. Einerseits betrachtet sie extreme Szenarien – eine schlagartige Vervierfachung der CO₂-Konzentration oder einen starken Süßwassereintrag in den Nordatlantik –, die beide die AMOC deutlich schwächen. Andererseits betrachtet die Studie angemessen das komplexe Wechselspiel zwischen der AMOC, dem Auftrieb von Tiefenwasser im Südlichen Ozean sowie der Umwälzzelle im kombinierten Indischen und Pazifischen Ozean. Dieses Wechselspiel macht Diagnose und Prognose der AMOC viel komplizierter als wir es kürzlich gesehen haben, etwa in [9]. Robust ist vermutlich insbesondere die Aussage, dass der fortgesetzte windgetriebene Auftrieb im Südlichen Ozean eine AMOC-Stabilisierung unterstützt, wenn auch nicht garantiert.“

„Natürlich hat auch eine Abschwächung der AMOC potenzielle klimatische Auswirkungen, selbst wenn es nicht zu einem vollständigen Kollaps kommt. Auf die Auswirkungen geht die Arbeit nicht explizit ein, aber für eine Risikoabschätzung müssten diese untersucht werden. Ich vermute, dass es in den extremen Erwärmungsszenarien nicht zu einer Netto-Abkühlung im europäischen Raum kommt, kann aber hier nur spekulieren. Ob Meeresspiegel und Küstenströme negativ beeinflusst werden, kann ich nicht sagen, aber auch diese Dinge sollten betrachtet werden.“

„Für die breitere Diskussion ist noch festzuhalten, dass noch überhaupt nicht klar ist, ob die derzeitige AMOC abrupt kollabieren kann – eine Frage, die vor der nach dem Zeitpunkt zu stellen ist. Die heute in den Klimamodellen verwendeten Ozeankomponenten weisen einige klare Widersprüche zu den Beobachtungen auf, daher sind die heutigen Modelle hier nicht zuverlässig in ihren Prognosen. Ungeachtet der Schwächen der Modelle zeigt aber die aktuelle Studie, auf welche Weise man die Szenarienrechnungen untersuchen könnte und auch sollte.“