Die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation

Was ist die AMOC?

Die Zirkulation im Atlantik ist Teil eines globalen Strömungssystems von Oberflächen- und Tiefenströmungen, der Meridionalen Umwälzzirkulation (engl. Meridional Overturning Circulation – MOC). Dieses globale “Fließband” verteilt riesige Mengen Wärme, Salz, Nährstoffe und Gase in allen Ozeanen um. Die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) transportiert warmes, salzreiches Wasser mit dem Golfstrom, übergehend in den Nordatlantikstrom als Oberflächenströmung von den Tropen in den Nordatlantik, ins Europäische Nordmeer und den Arktischen Ozean. Dort wird Wärme an die Atmosphäre abgegeben und dadurch das milde Klima in Nordeuropa bedingt. Durch die Wärmeabgabe erhöht sich die Dichte des Wassers und es wird schwerer. In der Labradorsee zwischen Kanada und Grönland und im Europäischen Nordmeer wird das Wasser durch starke winterliche Abkühlung schwerer als die darunter liegenden Schichten, sinkt ab und fließt als kalter Tiefer Westlicher Randstrom zurück Richtung Süden.

Der Antrieb der AMOC

Der Antrieb für die AMOC sind zum einen die Unterschiede in Temperatur und Salzgehalt, die das Absinken (Tiefenwasserbildung) bedingen, der sogenannte thermohaline Antrieb, zum anderen Winde an der Oberfläche. Damit die Umwälzung des Ozeans auf Dauer weitergehen kann, müssen sich die schweren Wassermassen der Tiefsee an anderer geografischer Stelle mit leichteren, darüber liegenden Wassermassen vermischen. Den Antrieb für diese vertikale Vermischung liefern Gezeiten und Winde in den hohen Breiten nahe der Antarktis sowie in den tiefen Breiten.

Stark vereinfachte Darstellung der Atlantischen Meridionalen Umwälzzirkulation. Rot: warme, oberflächennahe Strömungen, blau: kalte Tiefenströmungen, gelbe Kreise: Tiefenwasserbildungsgebiete in der Labradorsee, im Europäischen Nordmeer, sowie in der Antarktischen Weddelsee. SPW: Subpolarwirbel, STW: Subtropenwirbel. (Bild: L. Sanguineti, Universität Bremen)

Die Bedeutung der AMOC

Die AMOC ist global eines der stärksten Strömungssysteme: Auf seinem Weg nach Norden wächst die Strömung des Golfstroms von etwa 32 Millionen Kubikmeter pro Sekunde (1 Mio. m3/s = 1 Sverdrup, Sv) auf etwa 150 Sv an. Das ist über 100-mal soviel wie alle Flüsse der Erde zusammen. Davon setzen etwa 30 Sv ihren Weg in den nordatlantischen Subpolarwirbel mit dem Nordatlantikstrom fort, der Rest fließt im Subtropenwirbel wieder zurück nach Süden. Im Nordatlantik gabelt sich die Strömung erneut und knapp ein Drittel fließt weiter in das Europäische Nordmeer und in den Arktischen Ozean.

Im Tiefen Westlichen Randstrom werden etwa 30 Sv kaltes Tiefenwasser entlang der amerikanischen Küste nach Süden transportiert. Ein Teil des Tiefenwassers rezirkuliert im Nordatlantik, sodass circa 18 Sv weiter in die Tropen und in den Südatlantik strömen.

Der maximale Wärmetransport des Golfstroms beträgt circa 1.200.000 Gigawatt. Zum Vergleich: Die elektrische Leistung eines Atomkraftwerks beträgt typischerweise ein Gigawatt. Modellsimulationen sagen Veränderungen der Umwälzzirkulation in Zeiträumen von Jahrzehnten bis zu wenigen Jahrhunderten durch den anthropogenen Klimawandel voraus, die hauptsächlich Veränderungen bei der Tiefenwasserbildung in den hohen nördlichen Breiten geschuldet sind. Durch die Abkühlung infolge einer schwächeren Umwälzzirkulation könnte der globale Trend der Erderwärmung in einigen Gegenden der Nordhalbkugel leicht abgeschwächt werden. Eine schwächere Umwälzzirkulation könnte aber eine ganze Reihe von Folgen haben, die hohe Risiken für die Gesellschaft bergen:

  • Veränderungen der atlantischen Hurrikan-Aktivität, des Regens in der Sahelzone und des Indischen Sommermonsuns
  • Weniger CO2 aus der Atmosphäre würde in die unteren Meeresschichten transportiert werden, mit der Folge, dass mehr CO2 in der Luft verbleiben und die Erderwärmung weiter fördern würde
  • Zusätzlich zum globalen Meeresspiegelanstieg würde durch eine schwächere Umwälzzirkulation der Meeresspiegel im Nordatlantik steigen, sodass die Pegel rund um den Nordatlantik stärker als im weltweiten Durchschnitt steigen würden

Beobachtungen aus den letzten 20 Jahren durch gut platzierte Strömungsobservatorien und den Einsatz von autonomen Driftern haben gezeigt dass die Umwälzzirkulation relativ stabil war und Schwankungen im Rahmen der natürlichen Variabilität lagen. Um Änderungen durch den anthropogenen Klimawandel nachzuweisen, werden zuverlässige direkte Messungen über einen langen Zeitraum und in einem dichten Messnetz benötigt. Internationaler Forschungseinsatz verbessert die Datenlage kontinuierlich, aber die Beobachtungszeitspanne reicht noch nicht, um belastbare Aussagen zu treffen. Nach heutigen Erkenntnissen wird aber eine deutliche Abschwächung der Umwälzzirkulation bis zum Ende des 21. Jahrhunderts erwartet. Wie hoch diese Abschwächung tatsächlich sein wird ist noch unsicher und wird stark vom Schicksal des Grönlandeises abhängen. Mehr Infos hier

Forschungsschiff Polarstern vor Grönland; Foto: IUP, Universität Bremen