Meere nehmen nach Hurrikanen mehr Kohelndioxid auf

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Meere nehmen nach Hurrikanen mehr Kohelndioxid auf

Die Wirbelstürme kühlen die Meeresoberfläche und lösen eine regionale Algenblüte aus

© DKRZ/MPI-M/UHH

Auf den Punkt gebracht:

• Modellsimulation: Mit einem hochauflösenden Erdsystemmodell lassen sich Wechselwirkungen zwischen starken Wirbelstürmen und dem Kohlenstoffkreislauf untersuchen.
• Kohlenstoffaufnahme: Während eines Hurrikans wird zunächst deutlich mehr Kohlendioxid aus dem Ozean in die Atmosphäre freigesetzt als unter normalen Bedingungen. Da die Meeresoberfläche durch einen Hurrikan aber auch abkühlt, nimmt der Ozean danach aber vermehrt Kohlendioxid auf, und dieser Effekt überwiegt insgesamt.
• Algenblüte: Durch die Durchmischung des Wassers gelangen Nährstoffe an die Oberfläche, was zu einem erhöhten Wachstum des Phytoplanktons führt. Dadurch nimmt das Meer zusätzlich Kohlendioxid auf.

Die Kraft tropischer Wirbelstürme ist gewaltig: Wo sie vorbeiziehen, hinterlassen die zerstörerischen Windgeschwindigkeiten, heftigen Böen und starken Regenfälle teils verheerende Spuren. Auch der Ozean bleibt von Wirbelstürmen nicht unberührt. Durch das Aufwirbeln der Wasseroberfläche vermischen sich Wassermassen, und Wärme und Kohlenstoff werden mit der Atmosphäre ausgetauscht. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Meteorologie und der Universität Hamburg haben diese Wechselwirkungen erstmals in einem globalen, sturm- und wirbelauflösenden Erdsystemmodell dargestellt und damit die Kaskade physikalisch-biogeochemischer Mechanismen nachvollzogen, die durch tropische Wirbelstürme ausgelöst wird.

"Klassische Erdsystemmodelle haben einen groben Gitterabstand von 100 bis 200 Kilometern, wodurch sie sehr intensive tropische Wirbelstürme, insbesondere Wirbelstürme der Kategorien 4 und 5, nicht realistisch darstellen können", erklärt David Nielsen, Erstautor der Studie. "Mit einer horizontalen Auflösung von fünf Kilometern im Icon-Modell und unter Einbeziehung der Ozean-Biogeochemie-Komponente Hamocc konnten wir tropische Wirbelstürme der Kategorie 4 in der Simulation sehen und ihre Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf untersuchen."

Konkret betrachtete das Team zwei Hurrikane im Nordatlantik mit Windgeschwindigkeiten von über 200 Kilometern pro Stunde, die in der einjährigen Simulation im Abstand von etwa einer Woche auftraten.

Auswirkungen auf Kohlenstoff und Phytoplankton

© David Nielsen/MPI-M

Die Forschenden zeigten, dass durch die Hurrikane große Mengen von Kohlendioxid aus dem Ozean in die Atmosphäre gelangen, etwa 20- bis 40-mal mehr als unter normalen Wetterbedingungen. Die Hurrikane kühlen jedoch auch die Meeresoberfläche, wodurch der Ozean für mehrere Wochen nach dem Sturm mehr Kohlendioxid aufnehmen kann. Unterm Strich steigt der Kohlendioxidgehalt des Ozeans durch den längerfristigen Effekt leicht. .

Ein weiterer auffälliger Effekt der Hurrikane sie, dass sie eine Durchmischung der oberen Wasserschicht bewirken, wodurch Nährstoffe an die Oberfläche gelangen. In der Simulation der Hurrikane im September 2020 verzehnfachte sich daraufhin das Wachstum von Phytoplankton, das der Atmosphäre ebenfalls Kohlendioxid entzieht. Die Blüte hielt nach dem Durchzug der Hurrikane noch einige Wochen an und beschränkte sich nicht nur auf deren Zugbahn: Lokale Strömungen, die teilweise durch die Stürme verstärkt wurden, verteilten die Biomasse über weite Teile des westlichen Nordatlantiks.

Ein Beitrag zur Kohlenstoffspeicherung tief im Meer

"Es war spannend zu sehen, dass die Hurrikane dadurch auch die Menge an organischem Kohlenstoff erhöhten, der im Ozean versank, und so zur langfristigen Speicherung von Kohlenstoff in tieferen Schichten des Ozeans beitrugen", so Tatiana Ilyina, Gruppenleiterin und Ko-Autorin der Studie.

Bisher lagen Forschenden Beobachtungen zu einigen dieser Prozesse vor. "Diese Simulation ermöglicht es uns jedoch, sie im Detail zu untersuchen und mit dem globalen Maßstab in Verbindung zu bringen. Das ist wichtig, um zu verstehen, wie tropische Wirbelstürme auf die globale Erwärmung reagieren und unser Klima beeinflussen könnten", sagt Nielsen. Als nächstes wird das Team auch andere Prozesse im Kilometermaßstab und deren Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf im Ozean untersuchen - beispielsweise die Wechselwirkungen zwischen Stürmen und Ozeanwirbeln, nicht nur in den Tropen, sondern auch in den Polarregionen.