Ein Fieber kann 700 Millionen Töpfe Wasser zum Kochen bringen! Gibt es Hoffnung?

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.

Doch angesichts des Klimawandels geraten auch die Ozeane, ein wichtiger Energieträger, der über 93 % der Energieeinkünfte des Erdsystems aufnimmt, ins Fieber.

Das erste von der NOAA veröffentlichte 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 Sydney Levitus, ein Forscher der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), in der Fachzeitschrift Science, dass der Wärmeinhalt (die Durchschnittstemperatur) der Weltmeere von der Oberfläche bis in eine Tiefe von 3.000 Metern zwischen 1948 und 1998 allgemein zugenommen habe . Wie stark sich die Weltmeere jedoch genau erwärmt haben, ist umstritten.

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Die Temperatur des Ozeans messen

Warum ist es so schwierig?

Zahlreiche Beobachtungsdaten bestätigen, dass die globale Erwärmung eine unbestreitbare Tatsache ist. Warum ist die Erwärmung der Ozeane also immer noch umstritten? Grund hierfür ist die unzureichende Qualität und Quantität der Ozeanbeobachtungsdaten in der Vergangenheit.

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 .

Herr Zhu Kezhen rekonstruierte anhand historischer Dokumente die Temperaturkurve Chinas der letzten fünftausend Jahre. 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 (durchschnittliche Tiefe 3.680 Meter, wobei der tiefste Graben 10.911 Meter unter dem Meeresspiegel liegt). 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. 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 Wasserstraßen 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. Aus diesem Grund haben Wissenschaftler weltweit seit 2008 damit begonnen, die systematischen Verzerrungen in historischen XBT-Daten zu korrigieren. Gleichzeitig versuchen wir, durch die Kombination von Daten des globalen Echtzeit-Ozeanbeobachtungsnetzwerks Argo, das im Jahr 2000 offiziell implementiert wurde, 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.

Weltweite Verbreitung von Argo-Floats. Bildquelle: https://argo.ucsd.edu/about/status/

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Brechen Sie den Rekord erneut!

Ozean: Ich werde brennen

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 Global Ocean Environmental Change Research Report 2022, dass 2022 das wärmste Jahr für den Ozean seit modernen Ozeanbeobachtungsaufzeichnungen war.

Im Jahr 2022 hat die in den oberen 2000 Metern des globalen Ozeans gespeicherte Wärme im Vergleich zu 2021 um 10,9 ± 8,3 Zettajoule (1 Zettajoule = 10 hoch 21 Joule) zugenommen. Mit dieser Wärmemenge könnten 700 Millionen 1,5-Liter-Töpfe 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.

Abnormer Wärmegehalt oberhalb von 2000 Metern im globalen Ozean von 1958 bis 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.

Änderungen des regional beobachteten Wärmeinhalts in den oberen 2000 m von 1958 bis 2022 im Vergleich zum Basiswert von 1981–2010. Bildquelle: Referenz [3]

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Erwärmung der Ozeane

Viele Arten sind in Gefahr

Es scheint, dass das Leben im Meer die größte Angst vor der Erwärmung der Ozeane hat. Untersuchungen aus dem Jahr 2018 haben gezeigt, dass steigende Meerestemperaturen und eine zunehmende Schichtung, die zu einer Abnahme des gelösten Sauerstoffs im Meerwasser führen, für die meisten registrierten Aussterben von Meeresarten verantwortlich sind .

Schematische Darstellung der temperaturabhängigen Anoxie, einer 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 Klimamittelwerts 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 und des Ausmaßes der Emissionsreduzierung) um etwa 3,5 °C erwärmen und die Zahl der Tage mit Hitzewellen im Meer könnte um das 41-fache zunehmen.

Änderung der Wahrscheinlichkeit, dass die Anzahl der Tage mit Meereshitzewellen das 99. Perzentil über dem vorindustriellen Niveau übersteigt, bei globalen Erwärmungswerten von 1 °C (a), 2 °C (b) und 3,5 °C (c). Bildquelle: Referenz [6]

**Genau wie bei Hitzewellen mit hohen Temperaturen** sind die Fischerei und sogar die sozioökonomische Situation der Menschen äußerst anfällig für Hitzewellen im Meer . Die Hitzewelle im Südchinesischen Meer hat seit 2010 zu einer anhaltenden Korallenbleiche geführt und in den Küstengewässern meines Landes kam es zu schweren Korallenbleichfällen. Durch die extreme Hitzewelle 2021 in Kanada kochten Muscheln und andere Schalentiere an den Stränden.

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

Aufgrund extremer Hitze sind an den Stränden im Westen Kanadas Schalentiere gegart. 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

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Mehr als nur wärmen

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 einer Ausdehnung des Wassers, die für 33,3 bis 50 % des weltweiten Anstiegs des Meeresspiegels verantwortlich sein könnte, wodurch Küsten- und tiefliegende Gebiete einem zunehmenden Risiko ausgesetzt sind.

In den letzten zehn Jahren ist der Meeresspiegel um fast genauso viel (45,0 mm) gestiegen wie in den 20 Jahren zuvor zusammen (50,0 mm). 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 verursachte CO2 in der Atmosphäre verbleiben, was die globale Erwärmung weiter verschärfen wird.

Globales CO2-Budget von 1800 bis 1994 und von 1994 bis 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.

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Kann Kohlenstoffneutralität die Meereskrise lösen?

Die Pause-Taste drücken?

**In den letzten 80 Jahren war jedes Jahrzehnt wärmer als das vorherige. **Studie zeigt, dass die historische Erwärmung der Ozeane in diesem Jahrhundert irreversibel ist. ** Bis 2100 wird die Erwärmung in den oberen 2000 m des Ozeans voraussichtlich zwei- bis sechsmal stärker sein als die bisher beobachtete Erwärmung. **Der Pazifische Ozean wird zum größten Wärmespeicher und die regionale Durchschnittserwärmung im Atlantik und im Südpolarmeer wird weiterhin 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 CO2 von Kohlenstoffsenken absorbiert wird. Obwohl etwa die Hälfte der Emissionen relativ schnell absorbiert wird, verbleiben einige der von uns ausgestoßenen CO2-Emissionen Zehntausende von Jahren in der Atmosphäre. 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.

Anomalien des globalen Meeresspiegelanstiegs und Anomalien der Meerestemperatur (Abweichungen 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. Ein zusätzlicher Anstieg um mindestens 80 Zentimeter ist „sicher“.

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Abschluss

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

Quellen:

[1] Revelle, R., W. Broecker, H. Craig, CD Keeling und J. Smagorinsky (1965), Anhang Y4, in Restoring the Quality of Our Environment—Report of the Environmental Pollution Panel, S. 112–133, Pres. Wissenschaft Beratung Komm., Washington, DC

[2] Levitus, S., J. Antonov, TP Boyer und C. Stephens (2000), Erwärmung der Weltmeere, Science, 287, 2225–2229.

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[4] Penn JL, Deutsch C, Payne JL, Sperling EA. Temperaturabhängige Hypoxie erklärt Biogeographie und Schwere des marinen Massenaussterbens am Ende des Perm. Wissenschaft. 2018 Dez 7;362(6419):eaat1327. doi: 10.1126/science.aat1327

[5] Penn JL, Deutsch C. Vermeidung des Massenaussterbens der Ozeane durch die Klimaerwärmung. Wissenschaft. 2022 Apr 29;376(6592):524-526. doi: 10.1126/science.abe9039

[6] Frölicher, TL, Fischer, EM & Gruber, N. Marine Hitzewellen unter globaler Erwärmung. Nature 560, 360–364 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0383-9

[7] Mei, W., Xie, S., Primeau, FW, McWilliams, JC und Pasquero, C. (2015). Die Intensität der Taifuns im Nordwestpazifik wird durch Veränderungen der Meerestemperaturen gesteuert. Wissenschaftliche Fortschritte, 1.

[8] 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.

[9] Cheng, L., J. Abraham, Z. Hausfather, KE Trenberth, 2019: Wie schnell erwärmen sich die Ozeane? Science, 363 (6423), 128-129. doi: 10.1126/science.aav7619.

[10] Meehl, G., Hu, A., Tebaldi, C. et al. Relative Ergebnisse der Abschwächung des Klimawandels im Zusammenhang mit der globalen Temperatur im Vergleich zum Anstieg des Meeresspiegels. Nature Clim Change 2, 576–580 (2012). https://doi.org/10.1038/nclimate1529

[11] Nauels, A., Gütschow, J., Mengel, M., Meinshausen, M., Clark, PU, ​​& Schleussner, CF (2019). Der langfristige Anstieg des Meeresspiegels wird auf die Emissionsverpflichtungen des Pariser Abkommens zurückgeführt. Verfahren der National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten von Amerika, 116(47), 23487–23492. https://doi.org/10.1073/pnas.1907461116

[12] WMO Vorläufiger Stand des globalen Klimas 2022

[13] Cheng, L., von Schuckmann, K., Abraham, JP et al. Erwärmung der Ozeane in der Vergangenheit und Zukunft. Nat Rev Earth Environ 3, 776–794 (2022). https://doi.org/10.1038/s43017-022-00345-1

[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.

Produziert von: Science Popularization China

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

Hersteller: China Science Expo

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