Die aktuelle Forschung zeigt, dass marine Hitzewellen, die durch den Klimawandel verstärkt werden, signifikante Auswirkungen auf die Kohlenstoffbindung in den Ozeanen haben. Eine internationale Studie, die unter der Leitung des Helmholtz-Zentrums Hereon durchgeführt wurde, legt nahe, dass viele Küstenmeere während dieser extremen Temperaturereignisse mehr CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen, als bislang angenommen. Dies gilt besonders für die polar und subpolar gelegenen Schelfmeere, wo der Rückgang des Meereises durch steigende Temperaturen beobachtet wird.
Marine Hitzewellen sind definiert als Zeiträume, in denen die Wassertemperatur in einem bestimmten Meer für mindestens fünf Tage über dem 90. Perzentil der Temperaturwerte eines 30-jährigen Referenzzeitraums liegt. Diese Ereignisse können mehrere Wochen andauern und stellen eine ernsthafte Bedrohung für marine Ökosysteme dar. Bisherige Annahmen gingen davon aus, dass wärmeres Wasser weniger CO₂ aufnehmen kann, da die physikalische Löslichkeit von Gasen mit steigenden Temperaturen abnimmt. Diese Hypothese wurde durch Daten aus dem offenen Ozean bestätigt, wo ein Rückgang der natürlichen CO₂-Aufnahme während Hitzewellen dokumentiert wurde.
Die Hereon-Studie jedoch zeigt ein bemerkenswertes Phänomen in den Küsten- und Schelfmeeren auf. In diesen flachen Gewässern, die etwa 7 Prozent der globalen Ozeanfläche ausmachen, führt das Schmelzen des Meereises zu einer Vergrößerung der eisfreien Wasserflächen um bis zu 30 Prozent. Diese Veränderungen haben direkte Auswirkungen auf den Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Wasser. Eine dicke Eisschicht fungiert als Barriere und hemmt die CO₂-Absorption. Mit dem Schmelzen des Eises kann mehr CO₂ in das Wasser aufgenommen werden. Zudem ermöglicht der Rückgang des Eises, dass mehr Sonnenlicht in die oberen Wasserschichten eindringt, was das Wachstum von Phytoplankton begünstigt. Diese mikroskopisch kleinen Algen sind für den marinen Nahrungsnetz von zentraler Bedeutung, da sie durch Photosynthese Kohlenstoff binden und somit die CO₂-Konzentration im Oberflächenwasser senken.
Die Forscher analysierten umfangreiche Datensätze zum CO₂-Austausch in Küsten- und Schelfmeeren von 1985 bis 2020 und verglichen diese mit Daten aus dem offenen Ozean. Die Ergebnisse sind aufschlussreich: In den Küsten- und Schelfmeeren stieg die CO₂-Aufnahme während mariner Hitzewellen im Durchschnitt um 11 Prozent, während sie im offenen Ozean um 8 Prozent sank. Diese Erkenntnis legt nahe, dass die Erhöhung der eisfreien Wasserfläche und die gesteigerte CO₂-Aufnahme den durch die Erwärmung bedingten Rückgang der CO₂-Löslichkeit teilweise oder vollständig ausgleichen können.
Die Forschung liefert wertvolle Einsichten für zukünftige Klimaprognosen. Laut Zhentao Hu, dem Erstautor der Studie, ist die Beziehung zwischen Temperatur und CO₂-Aufnahme komplexer als bisher angenommen. Während wärmeres Wasser grundsätzlich weniger CO₂ lösen kann, spielen auch andere Faktoren eine entscheidende Rolle. Co-Autor Dr. Wenyan Zhang betont, dass die erhöhte CO₂-Aufnahme in Küsten- und Schelfmeeren nicht automatisch positive Auswirkungen auf die marinen Ökosysteme oder das Klima impliziert. Marine Hitzewellen führen zu tiefgreifenden Veränderungen, wie dem Anstieg des Meeresspiegels, der Verschiebung von Lebensräumen und Biodiversität sowie der Veränderung der Nahrungsnetze.
Zusätzlich ist unklar, ob die beobachtete Erhöhung der CO₂-Aufnahme in den Schelfmeeren auch in einer Zukunft bestehen bleibt, in der marine Hitzewellen häufiger und intensiver auftreten. Die Forschung am Helmholtz-Zentrum Hereon zielt darauf ab, eine lebendige und nachhaltige Welt zu erhalten. Dabei arbeiten rund 1000 Wissenschaftler an der Entwicklung neuer Technologien und Strategien, um die Resilienz gegenüber den Herausforderungen des Klimawandels zu erhöhen.
Insgesamt zeigt diese Studie, dass es notwendig ist, das Zusammenspiel aller Faktoren in den komplexen Klimasystemen weiter zu erforschen, um präzisere Vorhersagen über die zukünftigen Veränderungen im globalen Klima treffen zu können.
