Potsdam. – Das Risiko eines Zusammenbruchs der atlantischen Umwälzzirkulation – und damit des Golfstroms – ist höher als von vielen Menschen bisher angenommen. Zu diesem Schluss kommt eine neue Studie unter Beteiligung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK). Wenn die CO2-Emissionen nicht schnell gesenkt werden, wird der nordwärts gerichtete Wärmetransport des atlantischen Ozeans nach dem Jahr 2100 mit hoher Wahrscheinlichkeit kollabieren. Die Folgen für Europa wären stärkere Trockenheit im Sommer und extreme Winter in Nordwesteuropa. Die tropischen Regenzonen würden sich verschieben.
Die Atlantische Meridionale Umwälzströmung (AMOC) – ein zentrales System von Meeresströmungen, zu dem auch der Golfstrom gehört – hat bisher für ein angemehmes Klima in Europa gesorgt. Das könnte nach dem Jahr 2100 vorbei sein. „Die meisten Klimaprojektionen enden im Jahr 2100. Einige der Standardmodelle des Weltklimarats IPCC wurden nun jedoch über Jahrhunderte in die Zukunft gerechnet und zeigen sehr besorgniserregende Ergebnisse“, erklärt Sybren Drijfhout vom Königlich-Niederländischen Meteorologischen Institut, Hauptautor der in Environmental Research Letters veröffentlichten Studie. „Die Umwälzzirkulation im Nordatlantik verlangsamt sich bis zum Jahr 2100 stark und bricht danach in allen Szenarien mit hohen Emissionen und sogar in einigen Szenarien mit mittleren und niedrigen Emissionen zusammen. Das Risiko eines Zusammenbruchs ist somit höher als von vielen Menschen bisher angenommen.“
Kollaps der winterlichen Tiefenkonvektion als Kipppunkt
Die AMOC transportiert von der Sonne erwärmtes tropisches Wasser nahe der Oberfläche nach Norden und leitet kälteres, dichteres Wasser in der Tiefe wieder nach Süden. Dieses „Förderband“ des Ozeans trägt zu Europas relativ mildem Klima bei und beeinflusst Wetterlagen weltweit.
In den Computersimulationen wird der AMOC-Zusammenbruch durch einen Kipppunkt ausgelöst, so das PIK: den Kollaps der winterlichen Konvektion – die tiefe winterliche Durchmischung, bei der kaltes, dichtes Wasser im Winter absinkt – in der Labradorsee, der Irminger See und die Nordischen Meere. Die globale Erwärmung verringert den Wärmeverlust des Ozeans im Winter, weil die Atmosphäre nicht mehr kalt genug ist. Dadurch schwächt sich die vertikale Durchmischung des Ozeans ab: Die Meeresoberfläche bleibt wärmer und leichter und kann weniger gut absinken und sich mit tieferem Wasser vermischen. Dies schwächt die AMOC, sodass weniger warmes, salzhaltiges Wasser nach Norden transportiert wird.
In den nördlichen Regionen werden die Oberflächengewässer dadurch kühler und weniger salzig. Die verringerte Salinität macht das Wasser noch leichter, sodass es noch schwerer absinkt. Damit entsteht eine sich selbst verstärkende Rückkopplung, die durch die atmosphärische Erwärmung ausgelöst und dann durch die geschwächte Strömung und die Entsalzung des Meerwassers aufrechterhalten wird.
„In unseren Simulationen tritt der Kipppunkt in wichtigen Meeresgebieten des Nordatlantiks typischerweise in den nächsten Jahrzehnten ein. Das ist sehr bedenklich“, sagt Stefan Rahmstorf, Leiter der PIK-Forschungsabteilung Erdsystemanalyse und Co-Autor der Studie. Nach diesem Kipppunkt würde der Zusammenbruch der AMOC durch die sich selbst verstärkende Rückkopplung unvermeidlich. Laut der Studie sinkt die Wärmemenge, die der Ozean im äußersten Norden des Atlantiks abgibt, dann auf weniger als 20 Prozent des heutigen Werts, in einigen Modellen fast auf null. Leitautor Drijfhout ergänzt: „Zudem zeigen aktuelle Beobachtungsdaten in diesen Gebieten in den vergangenen fünf bis zehn Jahren abnehmende Trends bei der winterlichen Konvektion. Das könnte eine natürliche Schwankung sein, ist jedoch im Einklang mit den Modellprojektionen.“
Emissionen müssen schnell sinken
Die Ergebnisse basieren auf erweiterten CMIP6-Simulationen (Coupled Model Intercomparison Project), die auch im jüngsten IPCC-Sachstandsbericht verwendet wurden und in der Studie bis in die Jahre 2300 bis 2500 fortgeführt werden. In allen neun erweiterten Simulationen mit hohen Emissionspfaden zeigen die Modelle einen Übergang zu einer schwachen, flachen Zirkulation, in der die AMOC zusammenbricht; einige Simulationen mit mittleren und niedrigen Emissionspfaden ergeben ein ähnliches Bild. In jedem Fall folgt diese Veränderung auf ein Versiegen der winterlichen Konvektion in den Meeresgebieten des Nordatlantiks um die Mitte des Jahrhunderts.
„Eine drastische Schwächung und ein Zusammenbruch dieses Meeresströmungssystems hätten gravierende weltweite Folgen. In den Modellen kommen die Strömungen innerhalb von 50 bis 100 Jahren nach Überschreiten des Kipppunkts vollständig zum Erliegen. Allerdings unterschätzen die Standardmodelle das Risiko vermutlich: Sie berücksichtigen nicht das zusätzliche Süßwasser aus dem Abschmelzen des grönländischen Eisschilds, welches das System wahrscheinlich weiter schwächen würde. Deshalb ist es entscheidend, die Emissionen schnell zu senken. Das verringert das Risiko eines AMOC-Zusammenbruchs erheblich, auch wenn es nicht ausreicht, es vollständig zu vermeiden.“ – PIK-Forscher Stefan Rahmstorf
Eine andere Studie niederländischer Forscher, die auf 25 verschiedenen Klimamodellen basiert, kommt im Falle weiterer hoher Emissionen zu dem Ergebnis, dass der AMOC-Kipppunkt bereits in diesem Jahrhundert erreicht werden könnte. Wenn die AMOC zusammenbricht, „ändert sich das nordwesteuropäische Klima drastisch und dies wird wahrscheinlich zu schweren gesellschaftlichen Auswirkungen führen“, warnen die Wissenschaftler. Auch sie rechnen mit kälteren Wintern, weniger Niederschlägen und schwereren Winterstürmen in Nordwesteuropa.
Der Golfstrom befördert etwa 30 Millionen Kubikmeter Wasser pro Sekunde am Floridastrom bei einer Geschwindigkeit von 1,8 Meter pro Sekunde (ca. 6,5 km/h) und maximal 150 Millionen Kubikmeter Wasser pro Sekunde bei 55° West. Das ist mehr als einhundertmal so viel Wasser, wie über alle Flüsse der Welt zusammen ins Meer fließt. Er transportiert etwa eine Leistung von 1,4 Petawatt. Das entspricht der elektrischen Leistung von ungefähr einer Million der größten Kernkraftwerksblöcke.
Die AMOC (Video) ist ein langsamer Prozess, der durch die trägen Strömungen in der Tiefsee geprägt ist. Insgesamt dauert ein vollständiger Kreislauf der AMOC, von der Bildung des Nordatlantischen Tiefenwassers bis zu dessen Rückkehr an die Oberfläche im Südatlantik und Südlichen Ozean, etwa 1.000 bis 1.500 Jahre. Diese langen Zeitskalen machen die AMOC zu einem wichtigen, aber auch trägen Element des Klimasystems, das auf Veränderungen nur langsam reagiert. Dies bedeutet jedoch auch, dass Störungen der AMOC, wie sie durch den Klimawandel verursacht werden könnten, langfristige und möglicherweise irreversible Auswirkungen auf das globale Klima haben können.
=> Artikel: Sybren Drijfhout, Joran R. Angevaare, Jennifer Mecking, René M. van Westen, Stefan Rahmstorf (2025): Shutdown of northern Atlantic overturning after 2100 following deep mixing collapse in CMIP6 projections. Environmental Research Letters. DOI [10.1088/1748-9326/adfa3b]
Quelle: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung | pik-potsdam.de
Grafik: Goddard Space Flight Center; Gemeinfrei, via Wikimedia Commons
Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) ist eines der weltweit führenden Institute in der Forschung zu globalem Wandel, Klimawirkung und nachhaltiger Entwicklung. Natur- und Sozialwissenschaftler erarbeiten hier interdisziplinäre Einsichten, welche wiederum eine robuste Grundlage für Entscheidungen in Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft darstellen. Das PIK ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.
