Satellitendaten zeigen winzige Absenkungen des Meeresspiegels, die Unterwasser-Wasserfälle markieren – kaltes, dichtes Wasser, das vor dem Kontinentalschelf der Antarktis herabstürzt. Diese Ströme tragen zur Regulierung des Klimas auf der Erde bei, werden aber mit der Erwärmung des Planeten schwächer.
Unter der Oberfläche des Südlichen Ozeans stürzen riesige Mengen kalten, dichten Wassers vom antarktischen Kontinentalschelf kaskadenartig über Unterwasserklippen auf den Tausende von Metern tiefer liegenden Meeresboden. Diese verborgenen Wasserfälle sind ein wichtiger Teil der globalen Ozeanzirkulation – ein riesiges Förderband von Strömungen, das Wärme, Kohlenstoff und Nährstoffe um die Welt transportiert und so zur Regulierung des Erdklimas beiträgt.
Seit Jahrzehnten bemühen sich WissenschaftlerInnen, diese dichten Unterwasserwasserfälle rund um die Antarktis zu beobachten. Sie treten in einigen der abgelegensten und stürmischsten Gewässer der Erde auf, sind oft von Meereis überdeckt und fließen durch enge Schluchten, die von Forschungsschiffen leicht übersehen werden.
Unsere neuen Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass Satelliten, die Hunderte von Kilometern über der Erde kreisen, diese Unterwasserfälle erkennen können.
Durch die Messung winziger Absenkungen des Meeresspiegels – nur wenige Zentimeter – können wir jetzt die dichten Wasserkaskaden vom Weltraum aus verfolgen. Dieser Durchbruch ermöglicht es uns, die tiefsten Verzweigungen der Ozeanzirkulation zu überwachen, die sich verlangsamen, wenn das antarktische Eis schmilzt und sich das Oberflächenwasser erwärmt.
Dichtes Wasser hilft, das Klima zu regulieren
Dichtes Wasser in der Antarktis entsteht, wenn Meereis wächst und dabei das umgebende Wasser salziger und damit dichter macht. Dieses schwere Wasser breitet sich dann über den Kontinentalschelf aus, bis es einen Weg findet, über den Rand zu fließen, um dann steile Unterwasserhänge hinab in die Tiefe zu stürzen.
Wenn das dichte Wasser entlang des Meeresbodens nach Norden fließt, transportiert es Sauerstoff und Nährstoffe in den Abgrund – und auch Kohlenstoff und Wärme aus der Atmosphäre.
Aber dieser entscheidende Prozess ist bedroht. Durch den Klimawandel schmilzt der antarktische Eisschild, wodurch frisches Schmelzwasser in den Ozean gelangt und die Bildung von dichtem Wasser erschwert wird.
Frühere Forschungen haben gezeigt, dass sich die Tiefsee-Zirkulation bereits um 30% verlangsamt hat und in den kommenden Jahren wahrscheinlich noch weiter abnehmen wird. Dies könnte die Fähigkeit des Ozeans, Wärme und Kohlenstoff zu absorbieren, verringern und den Klimawandel beschleunigen.
Unsere Forschung liefert eine neue Technik, mit der zukünftige Veränderungen der Tiefseeströmungen im Südlichen Ozean einfach und direkt beobachtet werden können.
Satelliten und Meeresspiegel
Bislang wurden dichte Wasserkaskaden rund um die Antarktis mithilfe von verankerten Messgeräten, Schiffsvermessungen und sogar an Robben befestigten Sensoren verfolgt. Diese Methoden liefern zwar wertvolle lokale Erkenntnisse, sind jedoch kostspielig, logistisch aufwendig, mit hohen CO2-Emissionen verbunden und decken nur einen begrenzten Bereich ab.
Satellitendaten bieten eine Alternative. Mit Hilfe von Radar können Satelliten wie CryoSat-2 und Sentinel-3A Veränderungen der Meeresoberfläche bis auf wenige Zentimeter genau messen.
Und dank der jüngsten Fortschritte in der Datenverarbeitung können wir jetzt sogar in eisbedeckten Regionen zuverlässige Messungen durchführen, indem wir durch Risse und Öffnungen im Meereis auf die Meeresoberfläche blicken.
Im Rahmen unserer Studie haben wir Satellitenbeobachtungen aus fast einem Jahrzehnt mit hochauflösenden Ozeanmodellen kombiniert, die sich auf das Rossmeer konzentrieren. Dieses Gebiet ist ein kritischer Hotspot für die Bildung von dichtem Wasser in der Antarktis.
Wir haben entdeckt, dass dichte Wasserkaskaden ein verräterisches Signal an der Oberfläche hinterlassen: einen subtilen, aber beständigen Abfall des Meeresspiegels, verursacht durch das kalte, schwere Wasser, das darunter absinkt.
Durch das Verfolgen dieser subtilen Absenkungen des Meeresspiegels haben wir eine neue Methode entwickelt, um die jährlichen Veränderungen in dichten Wasserkaskaden entlang des antarktischen Kontinentalschelfs zu überwachen. Die von uns identifizierten Satellitensignale stimmen weitgehend mit Beobachtungen überein, die mit anderen Mitteln gesammelt wurden, sodass wir davon ausgehen können, dass diese Methode zuverlässig relevante Veränderungen in der Tiefseeströmung erkennen kann.
Günstig und effektiv – ohne Kohlenstoffemissionen
Dies ist das erste Mal, dass dichte Wasserfälle in der Antarktis aus dem Weltraum beobachtet wurden. Was diesen Ansatz so leistungsstark macht, ist seine Möglichkeit, langfristige, weitreichende Beobachtungen zu geringen Kosten und ohne CO₂-Emissionen durchzuführen – mithilfe von Satelliten, die sich bereits in der Umlaufbahn befinden.
Diese Neuerungen sind besonders wichtig, da wir daran arbeiten, ein sich schnell veränderndes Klimasystem zu überwachen. Die Stärke der tiefen Strömungen in der Antarktis bleibt eine der größten Unsicherheiten in den globalen Klimaprognosen.
Die Möglichkeit, ihre Veränderungen vom Weltraum aus zu verfolgen, bietet eine leistungsstarke neue Möglichkeit, unser sich wandelndes Klima zu überwachen – und effektivere Strategien zur Anpassung zu entwickeln.
Matthis Auger, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in Physikalischer Ozeanographie, Universität von Tasmanien
Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative-Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.