Die Ozeane sind der grösste Energiepuffer des Klimasystems. Sie dämpfen kurzfristig die Lufterwärmung, verändern dabei aber ihre Chemie und Dynamik.
Kapitel 13 vertieft die Rolle der Ozeane. Sie speichern den Grossteil der Überschussenergie und mildern den Temperaturanstieg in der Atmosphäre, absorbieren CO₂ und bauen dabei Säure auf. Die Kapitel 4 eingeführten Puffergrössen werden hier weiter ausgeführt.
Energiepuffer
Die spezifische Wärmekapazität ist ein Stoffwert: wie viel Energie nötig ist, um ein Kilogramm Material um ein Grad zu erwärmen. Für Wasser sind es 4,18 kJ pro kg und K. Für Luft bei konstantem Druck sind es rund 1,0 kJ pro kg und K. Wasser nimmt also pro Masse etwa vier Mal so viel Wärme auf wie Luft, ohne sich merklich stärker zu erwärmen.
Dazu kommt der enorme Dichte-Unterschied. Wasser ist rund 800-mal dichter als Luft. Pro Volumeneinheit nimmt Wasser damit etwa 3.200-mal so viel Wärme auf wie Luft.
Die Konsequenz ist drastisch. Die gesamte Lufthülle der Erde hat eine Masse von rund 5 × 10¹⁸ kg. Die obersten drei Meter der Ozeane allein entsprechen rund 10¹⁸ kg. Multipliziert mit dem Wärmekapazitäts-Verhältnis ergibt das: Die obersten drei Meter Ozean können so viel Wärme aufnehmen wie die gesamte Atmosphäre.
Das ist der Grund, warum über 90 Prozent der durch Treibhausgase verursachten Zusatzenergie in den Ozeanen landet. Die Atmosphäre, obwohl sie der sichtbare Schauplatz des Treibhauseffekts ist, ist nur der schmale Randbereich des Wärmespeichers. Die grosse Masse sitzt im Wasser.
Daraus folgt eine schwierige Einsicht: Die Erwärmung, die wir bisher erleben, ist nur der an die Luft zurückgegebene Teil. Der grössere Teil ist in den Ozeanen zwischengelagert. Selbst wenn die Emissionen heute sofort stoppen würden, würden die Ozeane diese gespeicherte Energie über Jahrzehnte und Jahrhunderte an die Atmosphäre zurückgeben. Das System ist nicht beim Stopp zu Ende, sondern bei der Äquilibrierung.
Für die Restauration heisst das: Eine spürbare Abkühlung der Oberfläche ist nur möglich, wenn die Atmosphären-Konzentration unter den heutigen Wert fällt. Solange sie hoch bleibt, bleibt auch das Energieungleichgewicht und die Ozeane laden sich weiter auf.
Ozeane sind nicht homogen. Vertikal bestehen sie aus drei Zonen: die warme, gut durchmischte Deckschicht (die obersten 50 bis 200 Meter), die Thermokline (Übergangszone mit stark abnehmender Temperatur), und das kalte, stabile Tiefenwasser.
Die Deckschicht nimmt Wärme und Gase direkt aus der Atmosphäre auf. Dort laufen auch die meisten biologischen Prozesse ab, weil Sonnenlicht ankommt. Phytoplankton-Blüten binden CO₂ über Photosynthese.
Die Thermokline wirkt als vertikale Barriere. Warmes Wasser ist leichter als kaltes, also bleibt es oben. Der Austausch zwischen Deckschicht und Tiefe ist langsam, er braucht Jahre bis Jahrzehnte, in kälteren Breiten länger.
Das Tiefenwasser speichert über Jahrhunderte. Wärme, die einmal in die Tiefsee gerät, bleibt lange dort. Das ist einer der Gründe, warum die Klimareaktion eine so lange Trägheit hat: heute aufgenommene Wärme in der Deckschicht wird über Jahrzehnte in die Thermokline und dann in das Tiefenwasser durchgereicht. Die Anpassung an die heutige Energiebilanz ist erst in rund hundert Jahren vollzogen.
Dieser Mechanismus ist der Grund, warum man die Ozeane als thermisches Gedächtnis bezeichnet. Sie speichern die Geschichte unserer Eingriffe und geben sie in den kommenden Generationen schrittweise an die Atmosphäre zurück.
Versauerung
Strömungen
Die AMOC ist ein globales Förderband. Im Oberflächenwasser transportiert der Golfstrom warmes Wasser aus dem Golf von Mexiko entlang der nordamerikanischen Küste und über den Atlantik bis vor die britische und skandinavische Küste. Dort gibt das Wasser einen Teil seiner Wärme an die Atmosphäre ab, kühlt sich ab, wird durch Verdunstung salziger und damit schwerer. Es sinkt ab und fliesst als kaltes, salziges Tiefenwasser wieder nach Süden.
Diese Zirkulation transportiert rund 1 Petawatt Wärme nach Norden. Das ist ein Bruchteil der globalen Sonneneinstrahlung, aber genug, um das europäische Klima um mehrere Grad milder zu halten als es ohne AMOC wäre. Ohne AMOC wäre Oslo klimatisch näher an Anchorage als an seiner heutigen Lage.
Die AMOC reagiert empfindlich auf zwei Einflüsse. Erwärmung reduziert den Temperaturunterschied zwischen Tropen und Polen, also den Antrieb. Süsswasser-Einträge durch schmelzende Eisschilde reduzieren den Salzgehalt im nordatlantischen Absinkgebiet, also die Dichte, die das Absinken verursacht. Beides schwächt die Umwälzung.
Paläoklima-Daten zeigen, dass die AMOC in der Vergangenheit mehrfach abgeschwächt und teilweise zusammengebrochen ist, mit erheblichen Klimaverschiebungen in Europa und Afrika. Aktuelle Messungen zeigen eine Abschwächung seit den 1950er-Jahren. Ob ein abrupter Kipppunkt erreicht werden kann, und bei welcher Erwärmung, ist wissenschaftlich offen. Die Bandbreite der Schätzungen ist weit.
Die AMOC ist einer der Gründe, warum europäische Klimapolitik nicht nur eine Frage lokaler Temperaturen ist. Das europäische Klima hängt an einem überregionalen System, dessen Stabilität nicht garantiert ist.
Zusammenhang
Der Ozean schweigt, bis er spricht. Seine Puffer sind real, aber endlich.