Die Erwärmung des Ozeans

Die Meeresoberflächentemperatur ist primär durch die Sonneneinstrahlung und die Temperatur der Atmosphäre bestimmt. Eine modifizierende Rolle spielen aber auch die Meeresströmungen. Entsprechend zeigt sich einerseits eine deutliche Temperaturabnahme vom Äquator zu den höheren Breiten. Andererseits ergeben sich charakteristische Abweichungen von diesem Muster durch kalte bzw. warme Meeresströmungen.

Abb. 1: Meeresoberflächentemperatur im Mai 2008¹

Auffällig sind in dieser Hinsicht z.B. die relativ kühlen Temperaturen vor der Küste von Peru. Sie sind durch den kalten Humboldt-Strom verursacht, der aus höheren südlichen Breiten kaltes Wasser Richtung Äquator transportiert. Ähnlich wirken sich der Benguela-Strom vor der Westküste Südafrikas und der Kuroshio vor der Ostküste Japans aus. Eine noch deutlichere Abweichung von der breitenparallelen Temperaturveränderung ist im Nordatlantik zu erkennen. Vor der europäischen Nordwestküste ist das Oberflächenwasser bis weit nach Norden relativ warm. Dafür sind der Golfstrom und seine Fortsetzung, der Nordatlantik-Strom, verantwortlich, die warmes Wasser aus dem Golf von Mexiko bis vor die Küsten Norwegens transportieren, wovon der gesamte europäische Kontinent profitiert.

Abb. 2: Veränderung der Meeressoberflächentemperatur 1850 bis 2005 im Verhältnis zum Mittel der Jahre 1961-1990²

Da das Meer an seiner Oberfläche in unmittelbarem Kontakt mit der Atmosphäre steht, beeinflussen deren Temperaturänderungen auch die Temperaturen der Meeresoberfläche.³ Ähnlich wie bei den Temperaturen der Atmosphäre zeigt sich bei den Meeresoberflächentemperaturen (SST nach engl. Sea Surface Temperature) ein deutlicher Anstieg vom Beginn des 20. Jahrhunderts bis ca. 1940, dann eine leichte Abnahme und seit den 1970er Jahren wieder ein sehr deutlicher Anstieg. Da Wärme an tiefere Schichten weitergegeben wird, steigt die SST weniger stark an als die der Atmosphäre. Dabei entwickeln sich die Temperaturen in den einzelnen Ozeanen durchaus unterschiedlich. Im Pazifik spielt das ENSO-Phänomen eine wichtige Rolle, im Atlantik die thermohaline Zirkulation. So gab es im nördlichen Atlantik zwischen ca. 1930 und ca. 1965 einen deutlichen Erwärmungstrend, der sich in den anderen Ozeanen so nicht findet. In den letzten 10 bis 20 Jahren zeigt sich eine deutliche Erwärmung allerdings in allen Ozeanen.⁴

Die Erhöhung der SST wird auch an die tieferen Schichten der Wassersäule weitergegeben. Die mittlere Temperatur der oberen 700 m Wasserschicht hat sich z.B. von 1961 bis 2003 um 0,1 °C erhöht.⁵ Trotz dieser geringen Temperaturerhöhung hat der Ozean wesentlich mehr von der zusätzlichen Wärme durch die Treibhausgase aufgenommen als die Atmosphäre. Die gesamte Energie, die dem Klimasystem durch den zusätzlichen Treibhauseffekt von 1961 bis 2003 zugeführt wurde, ist sogar zu 90 % vom Ozean absorbiert worden, der damit 20 Mal mehr Wärme aufgenommen hat als die Atmosphäre (weitere Energie ist durch die Erwärmung des Gesteins und das Schmelzen von Eis aufgebraucht worden). Der Grund liegt in der 1000 Mal größeren Wärmekapazität des gesamten Ozeans im Vergleich zur Atmosphäre. Der erstaunliche Faktor 1000 kommt dadurch zustande, dass die Gesamtmasse des Ozeans die der Atmosphäre um mehr als das 250fache übertrifft und die Wärmekapazität des Meerwassers vier Mal so groß ist wie die der Luft.⁶ Das bedeutet, dass eine Erwärmung des gesamten Ozeans um 0,1 °C einer Erwärmung der Atmosphäre um 100 °C entsprechen würde, falls die Wärme unmittelbar vom Ozean in die Atmosphäre überführt werden würde.

Abb. 3: Veränderung der Wärmemenge in den oberen 700 m des Ozeans 1955-2008 in 10²² Joule⁷

Die Erwärmung des Ozeans zeigt seit den 1950er Jahren einen deutlichen Trend, der im Wesentlichen auf die Zunahme von Treibhausgasen in der Atmosphäre zurückgeführt werden kann, also anthropogen bedingt ist.⁸ Es spielen offensichtlich aber auch natürliche Ursachen eine Rolle, wie die Schwankung von Jahrzehnt zu Jahrzehnt zeigt, die wahrscheinlich mit dynamischen Prozessen des Ozeans zusammenhängt. So hat es eine deutliche Erwärmung von 1969 bis 1980 gegeben, danach eine Abkühlung bis 1985, auf die wieder eine Erwärmung bis zu Beginn des neuen Jahrhunderts folgte. Zwischen 2003 und 2008 ist die Temperatur dann kaum noch angestiegen.⁹

Der IPCC gibt für die oberen 700 m eine mittlere Zunahme der Wärmekapazität von 1953 bis 2003 von 10,9x10²² Joule an.¹⁰ Die Daten, auf denen solche Schätzungen beruhen, sind jedoch weder räumlich noch zeitlich konsistent, und so kommen neuere Untersuchungen auf einen deutlich höheren Wert von 16x10²² Joule.¹¹ Außerdem ist die Erwärmung regional verschieden über die Ozeane verteilt. So hat die Hälfte der Erwärmung von 1955 bis 2003 im Atlantischen Ozean stattgefunden, während für das Jahrzehnt 1993-2003 der Pazifik den größten Anteil hatte. Der Atlantik zeigt außerdem aufgrund seiner ausgeprägten Tiefenkonvektion Erwärmungen bis in 1000 m Tiefe, während die Temperaturzunahme der anderen Ozeane auf die oberen 100 m beschränkt blieb.¹²

Die hohe Wärmekapazität von Wasser verzögert auch die Weitergabe einer Erwärmung des Oberflächenwassers in tiefere Schichten. 69 % der Erwärmung des Ozeans in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts fanden daher in den oberen 700 m statt. Der Wärmegehalt der oberen 3000 m hat sich in dieser Zeit nach IPCC-Angaben um 14,5x10²² Joule erhöht, was einer durchschnittlichen Temperaturerhöhung um 0,037 °C entspricht.¹³

Anmerkungen:
1. Quelle: Sea Surface Temperature http://www.osdpd.noaa.gov/PSB/EPS/SST/data/FS_km5000.gif des NOAA Satellite and Information Service http://www.osdpd.noaa.gov/
2. Eigene Darstellung nach IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Figure 3.4 (b)
3. Ältere von Schiffen und Bojen gemessene Daten beziehen sich auf die oberen Meter des Wasserkörpers, Satellitendaten seit 1979 auf dessen "Haut".
4. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 3.2.2.3
5. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 5.2.2.1
6. Levitus, S., J. Antonov, T.; Boyer (2005): Warming of the world ocean, 1955-2003, Geophys. Res. Lett., Vol. 32, No. 2, L02604 10.1029/2004GL021592
7. Levitus, S. et al. (2009): Global ocean heat content 1955-2008 in light of recently revealed instrumentation problems, Geophysical Research Letters, 36, L07608, doi:10.1029/2008GL037155
8. Hegerl, G.C., Bindoff, N.L. (2005): Warming of the World's Oceans, Science 309, 254-255
9. Eine von manchen Autoren behauptete Abkühlung hat es jedoch nicht gegeben, sondern ist ein durch Änderung von Messmethoden erzeugtes Artefakt: AchutaRao, K.M. et al. (2008): Simulated and observed variability in ocean temperature ans heat content, PNAS 104, No. 26, 10768-10773
10. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 5.2.2
11. Domingues, C.M, Church, J.A:, White, N.J., Gleckler, P.J, Wijffels, S.E., Barker, P.M. and J.R. Dunn (2008): Improved estimates of upper-ocean warming and multi-decadal sea-level rise. Nature 453:1090-1094
12. Barnett, T.P., D.W. Pierce, K.M. AchutaRao, P.J. Gleckler, B.D. Santer, J.M. Gregory, and W.M. Washington (2005): Penetration of human-induced warming into the world's oceans. Science 309, 284-287
13. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 5.2.2.1

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