Sie haben es vielleicht nicht bemerkt, aber der Ozean scheint kurz vor einer „Explosion“ zu stehen.

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Half Lazy, Not Lazy (Institut für Atmosphärenphysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich im riesigen Universum und blicken aus der Ferne auf die Erde. In Ihrem Blickfeld erscheint ein endloser, ruhiger und wunderschöner blauer Ozean. Dieses Gebiet, das 71 % der Erdoberfläche einnimmt, hat mit seiner Weite den Ursprung des Lebens geschaffen und dieses Leben selbstlos genährt.

Als Reaktion auf die Forderung nach einer globalen Erwärmung hat der Ozean, ein wichtiger Energieträger, der mehr als 93 % der Energieeinkünfte des Erdsystems absorbiert, schließlich die Erwartungen erfüllt und „Fieber bekommen“.

NOAA veröffentlicht erstes Bild von GOES-18 (Geostationary Operational Environmental Satellite)

Bildnachweis: NOAA

Schon 1965 wurde vermutet, dass ein Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre zu einer Erwärmung der Ozeane führen würde. Im Jahr 2000 schrieb S. Levitus, ein Forscher der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), in der Zeitschrift Science, dass der Wärmeinhalt (die Durchschnittstemperatur) der Weltmeere von der Oberfläche bis in eine Tiefe von 3.000 Metern zwischen 1948 und 1998 stark zugenommen habe. Wie stark sich die globalen Ozeane jedoch genau erwärmt haben, ist umstritten.

Warum ist es so schwierig, die Temperatur des Ozeans zu messen?

Zahlreiche Beobachtungsdaten bestätigen, dass die globale Erwärmung eine unbestreitbare Tatsache ist. Warum ist die Erwärmung der Ozeane also immer noch umstritten?

Die Kontroverse darüber, wie stark sich der Ozean erwärmt, rührt von der mangelnden Qualität und Quantität der in der Vergangenheit verfügbaren Meeresbeobachtungsdaten her.

Um den Klimawandel in historischen Perioden zu verstehen, können Wissenschaftler Spuren des historischen Klimawandels in historischen Dokumenten, Fossilien, Sedimenten (wie Ozeanen, Löss, Stalagmiten usw.), Gletschern, Baumringen usw. finden. In der heutigen Zeit sind Satelliten und dicht besiedelte Beobachtungsstationen auf der ganzen Welt zu einem der besten Werkzeuge zur Messung der atmosphärischen Temperatur geworden. Derzeit gibt es an Land etwa 11.000 Stationen, die die Lufttemperatur überwachen. Doch angesichts der Weite des Ozeans scheinen diese Methoden unerreichbar.

Zhu Kezhen reproduzierte die Temperaturkurve Chinas in den letzten 5.000 Jahren anhand historischer Dokumente

Bildquelle: „Eine vorläufige Studie zum Klimawandel in China in den letzten fünftausend Jahren“

Die Komplexität des Ozeans liegt darin, dass er nicht nur breit (360 Millionen Quadratkilometer), sondern auch tief ist (die durchschnittliche Tiefe beträgt 3.680 Meter und der tiefste Graben reicht 10.911 Meter unter den Meeresspiegel). Die Oberflächentemperatur ist in verschiedenen Regionen unterschiedlich und die Ozeane haben in verschiedenen Regionen sicherlich ihr eigenes „Temperament“.

Gerade weil die Erforschung der Ozeane ein dreidimensionaler Prozess ist, ist es besonders schwierig, die Veränderungen des Wärmegehalts der Ozeane zu klären. Auch heute noch ist die menschliche Erforschung der Ozeane nur ein Tropfen auf den heißen Stein. Die Geschichte von „Zwanzigtausend Meilen unter dem Meer“ ist immer noch reine Science-Fiction! Derzeit konzentriert sich die menschliche Erforschung der Meerestemperatur nur auf die oberen 2.000 Meter des Ozeans.

Zwischen 1970 und 2001 wurden die wichtigsten Temperaturbeobachtungen des Meeresuntergrunds mithilfe von Einwegthermometern (XBTs) durchgeführt, die von Schiffen entlang der Schifffahrtsrouten abgeworfen wurden. Sie machten 41 % der Gesamtdaten aus. Aufgrund der damaligen technischen Einschränkungen kam es jedoch zu systematischen Abweichungen bei den Ergebnissen.

Wenn wir die langfristigen Veränderungen der Meerestemperatur kennen möchten, müssen wir Wege finden, diese Daten zu korrigieren. Daher haben Wissenschaftler auf der ganzen Welt seit 2008 damit begonnen, die systematischen Verzerrungen der historischen XBT-Daten zu korrigieren. Gleichzeitig haben sie durch die Kombination von Daten des im Jahr 2000 offiziell implementierten globalen Echtzeit-Ozeanbeobachtungsnetzwerks Argo versucht, die langfristigen Veränderungen der Meerestemperatur zu quantifizieren. Aufgrund unterschiedlicher Methoden zur Korrektur von Datenverzerrungen gelangen wir jedoch häufig zu inkonsistenten Schlussfolgerungen hinsichtlich der Erwärmung der Ozeane.

Verteilung der Argo-Floats weltweit

Bildquelle: https://argo.ucsd.edu/about/status/

Brechen Sie den Rekord erneut! Ozean: Ich übertreffe mich selbst

Das 2014 von einem Forschungsteam des Instituts für Atmosphärenphysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IAP) vorgeschlagene Korrekturschema für Meeresdaten hat sich zum besten international empfohlenen Korrekturschema entwickelt und konnte die Fehler bei der Schätzung der Meerestemperatur im Fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen wirksam reduzieren.

Im Jahr 2023 zeigte der vom Institute of Atmospheric Physics geleitete Forschungsbericht „Global Ocean Environment Change Research Report 2022“, dass 2022 das wärmste Jahr für den Ozean seit modernen Aufzeichnungen der Ozeanbeobachtung war.

Im Jahr 2022 hat die in den oberen 2000 Metern des globalen Ozeans gespeicherte Wärme im Vergleich zum Jahr 2021 um 10,9 ± 8,3 ZJ (1 ZJ = 10 hoch 21 Joule) zugenommen. Mit dieser Wärmemenge könnten 700 Millionen Töpfe mit 1,5 Litern Wasser gleichzeitig zum Kochen gebracht werden. Dies entspricht etwa dem 325-fachen der gesamten jährlichen Stromerzeugung Chinas im Jahr 2021 und dem 100-fachen der gesamten Stromerzeugung der Welt im Jahr 2021. Seit den 1990er Jahren beobachten Wissenschaftler auch Erwärmungssignale in der Tiefsee unterhalb von 2000 Metern.

Globale Wärmeinhaltsanomalie der Ozeane oberhalb von 2000 m, 1958-2022

Bildquelle: Referenz 3

Was die regionale Erwärmung betrifft, so rangierten die Meerestemperaturrekorde in sieben Ozeanen im Jahr 2022 unter den zehn höchsten historischen Rekorden, und vier von ihnen (der Nordatlantik, das Mittelmeer, der Nordpazifik (30°-62°N) und der Südpazifik sowie der Südliche Ozean) stellten sogar die heißesten Rekorde der Geschichte auf.

Regional beobachtete Änderungen des Wärmeinhalts in den oberen 2000 m von 1958 bis 2022 im Vergleich zum Basiswert von 1981–2010.

Bildquelle: Referenz 3

Was ist so beängstigend an der Erwärmung der Ozeane? So gruselig!

Es scheint, dass das Leben im Meer die größte Angst vor der Erwärmung der Ozeane hat. Untersuchungen aus dem Jahr 2018 zeigten, dass steigende Meerestemperaturen und eine zunehmende Schichtung, die zu einem Rückgang des gelösten Sauerstoffs im Meerwasser führen, für die meisten registrierten Artensterben im Meer verantwortlich sind.

Schematische Darstellung der temperaturabhängigen Anoxie, der Ursache des marinen Massenaussterbens am Ende des Perm

Bildquelle: Referenz 4

Im Jahr 2022 zeigten wissenschaftliche Untersuchungen außerdem, dass die Erde am Ende des Perms im Jahr 2300 auf dem Weg zu einem großflächigen Aussterben mariner Arten sein wird (ein Ereignis, das als „Massenaussterben“ bekannt ist und zum Verschwinden von 96 % der Meeresarten und 70 % der Landarten führte), wenn die Menschheit keine wirksamen Maßnahmen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen ergreift. Polararten sind dabei am stärksten vom Aussterben bedroht, doch in tropischen Regionen ist die Artenvielfalt sogar noch stärker zurückgegangen.

Nur wenn wir den Trend der Treibhausgasemissionen in großem Maßstab umkehren, können wir das Risiko des Artensterbens um mehr als 70 % senken und die marine Artenvielfalt schützen, die sich im Laufe der Evolution der letzten 50 Millionen Jahre angesammelt hat.

Vergangenheit und Zukunft der marinen Biodiversität

Bildquelle: Referenz 5

Während es an Land immer häufiger zu Hitzewellen kommt, werden auch marine Hitzewellen (extrem hohe Temperaturen im Ozean, definiert als eine Temperatur an der Meeresoberfläche, die an mindestens fünf aufeinanderfolgenden Tagen den 90. Perzentilwert des Klimadurchschnitts überschreitet) zur neuen Normalität.

Hitzewelle im Meer

Bildnachweis: NOAA

Die Zahl der Tage mit Hitzewellen im Meer hat sich zwischen 1982 und 2016 verdoppelt. Wenn die globale Erwärmung auf 1,5 °C begrenzt wird, dürfte sich die Zahl der Tage mit Hitzewellen im Meer um das 16-fache erhöhen. Allerdings wird sich die Welt bis zum Ende des 21. Jahrhunderts gemäß den derzeit geltenden national festgelegten Beitragszielen (unverbindliche Verpflichtungen jedes Landes hinsichtlich der Art und Weise seiner Reduzierung der Treibhausgasemissionen sowie des Ausmaßes der Reduzierung) um etwa 3,5 °C erwärmen und die Zahl der Tage mit Hitzewellen im Meer könnte sich um das 41-fache erhöhen.

Änderung der Wahrscheinlichkeit, dass die Anzahl der Tage mit Meereshitzewellen das 99. Perzentil über dem vorindustriellen Niveau überschreitet, bei globalen Erwärmungswerten von 1 °C (a), 2 °C (b) und 3,5 °C (C)

Bildquelle: Referenz 6

Ebenso wie bei extremen Hitzewellen sind die Fischerei und sogar die menschliche Sozioökonomie hiervon äußerst betroffen. Die Hitzewelle im Südchinesischen Meer hat seit 2010 zu einer anhaltenden Korallenbleiche geführt und in den Küstengewässern meines Landes kam es zu schweren Korallenbleichfällen. Während der extremen Hitzewelle 2021 in Kanada wurden Muscheln und andere Meerestiere direkt an den Stränden gekocht.

Meereshitzewellen beeinträchtigen nicht nur das Leben im Meer, sondern über atmosphärische Fernwirkungen auch das extreme Wetter an Land und beeinflussen somit unser Leben.

Extreme Hitze lässt Schalentiere an den Stränden im Westen Kanadas braten

Bildquelle: CNN

Im Jahr 2021 waren fast 60 % der weltweiten Meeresoberfläche von mindestens einer marinen Hitzewelle betroffen (WMO).

Das Umweltprogramm der Vereinten Nationen geht davon aus, dass bei einer anhaltenden Erwärmung der Ozeane bis zum Ende des Jahrhunderts alle Korallenriffe weltweit von einer Korallenbleiche betroffen sein könnten. Die Erwärmung der Ozeane kann unter anderem auch zu einem starken Rückgang des Meereslebens, zur Verbreitung giftiger Algen und zum Tod von Wasserlebewesen an den Küsten führen. Diese Veränderungen werden letztlich schätzungsweise 680 Millionen Menschen betreffen, die in tiefliegenden Küstengebieten leben, fast zwei Milliarden Menschen, die in den Megastädten an den Küsten der Welt leben, und fast 60 Millionen Menschen, die in der Fischerei und Aquakultur arbeiten.

Korallenbleiche

Bildnachweis: Kelsey Roberts/USGS

Es geht nicht nur um die globale Erwärmung, sondern auch um die Meereskrise. SOS!

Natürlich handelt es sich bei der Krise, mit der die Ozeane konfrontiert sind, um mehr als nur ein „Fieber“. Während sich die Ozeane erwärmen, lösen die Temperaturänderungen eine dominoartige Kettenreaktion aus.

Die im Ozean gespeicherte Wärme führt zu dessen Ausdehnung und könnte für ein Drittel bis die Hälfte des weltweiten Anstiegs des Meeresspiegels verantwortlich sein, wodurch Küsten- und Tieflandgebiete einem zunehmenden Risiko ausgesetzt sind.

Der Meeresspiegel hat sich in den letzten 30 Jahren mehr als verdoppelt

Bildnachweis: WMO

Veränderungen der Ozeane können auch extreme Wetterkatastrophen wie Sturmfluten und Überschwemmungen verschlimmern. Studien haben gezeigt, dass bei einem Szenario mit mildem Klimawandel die anhaltende Erwärmung der oberen Meeresschichten in den Regionen niedriger Breiten im Nordwestpazifik die durchschnittliche Taifunintensität bis 2100 um weitere 14 Prozent erhöhen wird.

Da der Ozean zudem über eine sehr hohe Wärmespeicherkapazität verfügt, fungiert er als „Puffer“ für die globale Erwärmung. Allein vom Beginn der industriellen Revolution im Jahr 1800 bis 1994 absorbierten die Weltmeere 118 Milliarden Tonnen Kohlenstoff.

Doch steckt immer ein kritischer Grund dahinter, den Ozeanen uneingeschränkt die Schuld für die Emissionsreduzierung zu geben.

Die Studie ergab, dass zwar der CO2-Eintrag in die Ozeane zunimmt, die Menge der vom Ozean absorbierten Emissionen (etwa 31 %) jedoch im Vergleich zur ersten globalen Ozean-Kohlenstoff-Studie im Jahr 2004 relativ stabil geblieben ist. Wenn der Ozean den weiteren Anstieg des CO2-Gehalts nicht aufnehmen kann oder wenn seine Kohlenstoffabsorptionseffizienz mit der Erwärmung des Ozeans und der Intensivierung der Ozeanschichtung abnimmt, muss das vom Menschen emittierte CO2 in der Atmosphäre verbleiben, was die globale Erwärmung weiter verschärfen wird.

1800Globales CO2-Budget 1994 und 1994-2007

Bildquelle: Referenz 8

Darüber hinaus führt die anhaltende Aufnahme von CO2 durch die Ozeane auch zu einer weiteren Versauerung der Meere, was zweifellos eine Katastrophe für Schalentiere und andere Meeresorganismen darstellt, die das Mineral Kalziumkarbonat zur Bildung ihrer Schalen und Exoskelette verwenden.

Kann Kohlenstoffneutralität die Meereskrise aufhalten?

In den letzten 80 Jahren war jedes Jahrzehnt wärmer als das vorherige. Untersuchungen zeigen, dass die historische Erwärmung der Ozeane in diesem Jahrhundert irreversibel ist. Bis zum Jahr 2100 wird die Erwärmung der oberen 2000 m des Ozeans voraussichtlich zwei- bis sechsmal stärker sein als bisher beobachtet. Der Pazifische Ozean wird zum größten Wärmespeicher und die regionale Durchschnittserwärmung wird weiterhin im Atlantik und im Südpolarmeer am stärksten sein.

Wenn also das Ziel der Kohlenstoffneutralität erreicht wird, Kohlenstoffemissionen und Kohlenstoffaufnahme im Gleichgewicht sind und die Temperatur nicht mehr ansteigt, kann der Meeresspiegel dann nicht mehr steigen oder sogar sinken?

Die Lebensdauer von CO2 in der Atmosphäre wird durch die Rate bestimmt, mit der es von Kohlenstoffsenken absorbiert wird. Während etwa die Hälfte der Emissionen relativ schnell absorbiert wird, bleiben einige der von uns in der Atmosphäre angesammelten CO2-Emissionen Zehntausende von Jahren erhalten. Selbst wenn die weltweiten Treibhausgasemissionen auf einem stabilen Niveau bleiben, wird der Meeresspiegel aufgrund der thermischen Ausdehnung des Meerwassers noch Hunderte von Jahren ansteigen. Auch das Abschmelzen der Gletscher und Eisschilde wird zu einem weiteren Anstieg des Meeresspiegels beitragen.

Abbildung 2. Anomalie des globalen Meeresspiegelanstiegs und Anomalie der Meerestemperatur (Abweichung vom Mittelwert) aufgrund der Wärmeausdehnung. a, Anomalie des globalen jährlichen mittleren Meeresspiegelanstiegs (im Vergleich zu 1986–2005); b, Globale jährliche mittlere Meerestemperaturanomalie in 300 Metern Tiefe (im Vergleich zu 1986–2005). c, Globale jährliche mittlere Anomalie von 3000 m SST (im Vergleich zu 1986–2005).

Bildquelle: Referenz 10

Doch selbst in einer Welt ohne CO2-Emissionen wird der Meeresspiegel in den nächsten Jahrhunderten weiter steigen, wobei ein zusätzlicher Anstieg von mindestens 80 Zentimetern „sicher“ ist.

Abschluss

Gestern war Welttag der Meteorologie. Wir erzählen die Geschichte des Ozeans, um alle darauf aufmerksam zu machen, dass das Problem der Treibhausgase eine grundlegende Frage für unser Leben und Überleben ist. Die Meereskrise ist möglicherweise unvermeidlich, doch durch Emissionsreduzierungen lässt sich der Anstieg des Meeresspiegels deutlich eindämmen. Zudem müssen wir die Erwärmung proaktiver eindämmen und Anpassungsmaßnahmen vorbereiten.

Zahlreiche Wissenschaftler haben gezeigt, dass uns in Zukunft die gleiche Situation bevorstehen könnte: Die Erde wird für das Überleben der Menschheit weniger geeignet sein. Was wir letztlich brauchen, sind möglicherweise nicht nur Netto-Null-Emissionen, sondern sogar noch strengere globale Netto-Negativ-Emissionen, um eine Welt mit unerträglicher Erwärmung zu verhindern.

„Wetter, Klima und Wasser, von Generation zu Generation, in die Zukunft.“ Spät in der Nacht, wenn wir die Augen schließen, sind es mehr als 10.000 Wetterstationen, 7.000 Schiffe, 1.000 treibende Bojen, Hunderte von Wetterradaren, etwa 30 Wettersatelliten und 200 Forschungssatelliten und andere Geräte, die ständig Land und Meer beobachten. Wenn wir über genügend Daten verfügen, um unser Wissen zu erweitern, besteht der nächste Schritt darin, konkrete Maßnahmen zu ergreifen.

Quellen:

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【14】Gruber N, Clement D, Carter BR, et al. Die ozeanische Senke für anthropogenes CO 2 von 1994 bis 2007[J]. Science, 2019, 363(6432):1193-1199.

(Hinweis: Lateinischer Text sollte kursiv gedruckt werden.)