Millionen von IPs schaffen wissenschaftliche und technologische Talente zur Stärkung des Landes. Meereswissenschaften: Wie der Warmwasserpool im Westpazifik das globale Klima reguliert

Als größter Wärmespeicher im Klimasystem der Erde spielt der Ozean eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des globalen Klimas. Um die Mechanismen der Veränderung des Wärmegehalts der Ozeane und ihre Auswirkungen auf das globale Klimasystem zu verstehen, sind langfristige geologische Aufzeichnungen erforderlich, die die Daten instrumenteller Beobachtungen ergänzen. Am 19. Oktober 2022 veröffentlichte das Magazin Nature online ein wichtiges wissenschaftliches Forschungsergebnis des Teams von Professor Jian Zhimin vom National Key Laboratory of Marine Geology der Tongji-Universität. Dieser Erfolg ist das Ergebnis der langjährigen Forschung des Teams zur Paläozeanographie der unterirdischen Gewässer des Warmwasserbeckens im westlichen Pazifik. Sie entdeckten, dass der Wärmegehalt des Ozeans im Warmbeckenbereich den Wasserdampftransfer zwischen dem asiatischen Kontinent und dem Pazifischen Ozean regulieren kann. Diese Studie liefert nicht nur eine neue Erklärung für den Wasserkreislauf des globalen Monsuns und die Wasserdampfdynamik asiatischer Stalagmiten, sondern eröffnet auch ein neues Feld der Paläozeanographie.

Ein warmer Pool (ein Bereich mit warmem Ozean) ist wie eine riesige Wärmflasche, die das umgebende Klima beeinflussen kann. Wenn es wärmer wird, gelangt mehr Wasserdampf in Richtung des asiatischen Kontinents und verursacht dort Regen. Umgekehrt nehmen bei Abkühlung die Niederschläge auf dem asiatischen Kontinent ab. Diese Forschung ist wie ein Schlüssel, der die Tür zum Verständnis der Geheimnisse hinter diesem Prozess öffnet und uns hilft, besser zu verstehen, wie der Klimawandel zustande kommt. Diese Studie bietet nicht nur eine neue Perspektive zum Verständnis des Wasserkreislaufs des globalen Monsuns, sondern eröffnet auch ein neues Feld der Paläozeanographie, das für das Verständnis der Klimaentwicklung von großer Bedeutung ist.

In der Studie wurden Methoden der geochemischen Analyse planktonischer Foraminiferenschalen verwendet, um die Veränderungen des Wärmegehalts der Ozeane in der oberen Schicht (0–200 Meter) des westlichen Pazifiks im Verlauf der letzten 360.000 Jahre zu rekonstruieren. Planktonische Foraminiferen sind winzige Organismen, die im Ozean weit verbreitet sind. Ihre Schalen enthalten Informationen, die die aktuelle Meerestemperatur widerspiegeln. Durch die geochemische Analyse dieser Muscheln können wir indirekt auf historische Veränderungen der Meerestemperatur schließen. Diese Forschung ist sehr interessant. Wissenschaftler entnahmen zehn Gesteinskerne aus der Tiefsee, die wie Zeitkapseln wirkten und viele winzige Meeresmuschelfossilien enthielten. Wissenschaftler haben die chemischen Zusammensetzungsverhältnisse in diesen Schalen gemessen, ganz so, als würden sie die „Personalausweise“ der Schalen verwenden, um die Temperatur urzeitlicher Ozeane zu bestimmen. Sie fanden heraus, dass sich die Meerwassertemperatur in der oberen Schicht des Warmbeckenbereichs seit vor 360.000 Jahren regelmäßig verändert hat, hauptsächlich in einem Zyklus von 20.000 Jahren, manchmal begleitet von kleinen Schwankungen alle 40.000 Jahre. Diese Veränderungen treten auf, weil sich der Winkel des Sonnenlichts ändert, was wiederum die Wärmeverteilung in Gebieten niedriger Breiten beeinflusst und dadurch die Zirkulation in der Tiefsee verändert.

Noch überraschender ist, dass die Studie auch ergab, dass die Meerwassertemperatur im Warmbeckenbereich in diesen 360.000 Jahren drei besonders hohe Perioden erlebte, etwa einmal alle 100.000 Jahre. Zu diesen Zeiten bewirken die Sonneneinstrahlung und Veränderungen in der Erdumlaufbahn, dass der Warmwasserspeicher heißer wird, während gleichzeitig ein Teil des Eises der Erde schmilzt und so die globale Meereswärme zunimmt. Diese Forschung ähnelt stark den Ergebnissen einer Simulation durch ein Supercomputermodell namens CESM, als ob die Ergebnisse eines realen und eines virtuellen Experiments übereinstimmen würden. Darüber hinaus „kannten“ die Wissenschaftler durch Muschelfossilien auch die Veränderungen der Sauerstoffisotope im Oberflächenwasser des alten Warmwasserbeckens, die ebenfalls Ähnlichkeiten mit den Stalagmitenfunden aus chinesischen Höhlen aufwiesen. Veränderungen der Sauerstoffisotope auf Stalagmiten können uns Aufschluss über Regenfälle in der Vergangenheit geben. Einfach ausgedrückt: Wenn das Warmwasserbecken wärmer wird, verdunstet dort mehr Meerwasser, wodurch die Sauerstoffisotope im Meerwasser schwerer werden, während das angrenzende Land aufgrund der durch den Monsun verstärkten Niederschläge feuchter wird und die Sauerstoffisotope im Regen relativ leicht sind. Das ist wie ein „Wasserturm“ im Ozean. Die thermischen Veränderungen im Warmbecken können die Verdunstung des Meerwassers und seinen Transport zum Land steuern und so den Austausch von Wasserdampf und Wärme zwischen Ozean und Land verbessern. Wenn sich der warme Pool erwärmt, wirkt er wie eine stärkere Pumpe, die mehr Wasserdampf in Richtung Land drückt und die Monsunregenfälle verstärkt. Dies gleicht einem genialen Mechanismus der Natur, der Meer und Land eng miteinander verbindet und gemeinsam das Klima der Erde reguliert.

Die Forschungsergebnisse haben in Wissenschaft und Gesellschaft große Beachtung gefunden. Es vertieft nicht nur das Verständnis der Menschen für Veränderungen des Wärmegehalts der Ozeane und deren Auswirkungen auf das Klimasystem, sondern bietet auch neue Perspektiven und Richtungen für zukünftige Forschung.

Autor: Zhu Yehua, PhD in Umweltwissenschaften, Tsinghua-Universität

Gutachter: Liu Yuankun, Außerordentlicher Professor, Technische Universität Peking