In der Betrachtung der Erde sind die Ozeane als das flächenmäßig größte Gebiet noch wenig untersucht und in ihrem Wesen wenig verstanden. Die Klimaforschenden stehen den umfangreichen Messergebnissen der Temperaturveränderungen, der Ozeanversauerung und der Veränderungen der Meeresströmungen besorgt und fragend gegenüber. Die zivilisatorische Umwandlung von fossilen Kohlenwasserstoffverbindungen in Kohlendioxid wirkt sich immer drastischer auf diesen Lebensraum mit so unendlich vielen Lebewesen auf.
Im Meer fing das Leben an
Die Ozeane waren schon in der Erdurzeit dasjenige Milieu, in dem die ersten einzelligen Lebewesen auf der Erde in Erscheinung traten. Später schlossen sich im Übergang zum Erdaltertum die einfachen Mehrzeller an und auch die Differenzierung der Tiere in 18 Tierstämme bis zum einfachen fischartigen Wirbeltier zu Beginn des Erdaltertums geschah in Flachwasserbereichen der Ozeane.1 Der wässrige und rhythmisch bewegte Ozean stellte für neue Lebensformen die idealen Bedingungen her. Die weltweite Verbreitung der Ozeane machte es möglich, dass bei sich ändernden klimatischen Bedingungen und variierenden Lagen der kontinentalen Landmassen immer Flachmeere existierten, wo die Entwicklungsbedingungen für irdisches Leben gut waren. Erst gegen Ende des Erdaltertums waren es die Küstenregionen der Kontinente, wo sich höhere Wirbeltiere entwickelten und später auch Landpflanzen.
Das Fließgleichgewicht der Ozeanströmungen
Die Ozeane sind Bild des Wässrigen in Bewegung. Das der Schwerkraft unterliegende Wasser ist immer in Bewegung. Es herrscht in der Regel ein in Rhythmen eingebundenes reines Fließgleichgewicht. In der Bewegung der riesigen Wassermassen gibt es nie einen Stau oder ein stockendes Stillstehen, genauso wenig gibt es Lücken. Jeder Wassertropfen steht mit seiner Bewegung im Zusammenhang mit allen anderen Wassertropfen in deren Bewegung. Wenn man diese Bewegung verstehen will, muss man mit seiner Aufmerksamkeit und seiner Denkbewegung rund um den Globus an allen Orten zugleich sein. Das bewegliche Sowohl-als-auch-Denken ist auszubilden. Die Kausalität des Wenn-dann reicht nicht, wenn man die Meeresströmungen denkend ergreifen will. Eine mechanistische Vorstellung einer Antriebspumpe für die Bewegung der Ozeanmassen führt zu keinem befriedigenden Ergebnis.
Betrachten wir den Golfstrom. Den Seeleuten ist er als Oberflächenströmung bekannt, welche von der nordafrikanischen Küste zusammen mit den Passatwinden in Richtung der Karibikinseln fließt, sich weiter dem Ostrand Nordamerikas entlang bewegt, den Nordatlantik überquert und vor der französischen und spanischen Küste wieder südwärts an die Nordafrikaküste gelangt. Schon Kolumbus hat sich auf seiner Entdeckungsreise mit seinen Schiffen in diese Strömung hineinbegeben. Dieses Bild ist unvollständig. Denn die Wassermassen sind auch in vertikaler Bewegung, absinkend in den Polarregionen und aufsteigend vorwiegend an den Westrändern der Kontinente.
In Abb. 1 des weltweit umfassenden Golfstromsystems bedeuten die dünnen Pfeile die vergleichsweise schnelleren Oberflächenströmungen. Die schwarzen Punkte markieren die Gebiete, wo das Oberflächenwasser ganz langsam absinkt und am Boden der Ozeane, mit dicken Pfeilen dargestellt, sich gemächlich dem Äquator zuwendet. Der Weg dieser Strömung ist durch die Kontinente begrenzt und durch den Mittelozeanischen Rücken (grün, siehe Abb. 2). Im ausweichenden Aufsteigen über den Mittelozeanischen Rücken hinweg in mittlere Wassertiefen von etwa 2000 Metern Tiefe entsteht die Tiefenströmung. Der weitere Aufstieg in Ostrichtung, dick mit Strich-Punkt angegeben, führt zu den mit Kreuzen gekennzeichneten Aufquellgebieten, welche von den gegenläufigen Oberflächenströmungen überströmt werden.
Verfolgt man nun in der vereinfachten Karte (Abb. 3) die von Florida ausgehenden oberflächennahen Wassermassen des klassischen Golfstroms, so gelangt man an die Absinkzonen bei Spitzbergen und Grönland. Die anschließenden Bodenströmungen unterqueren den Oberflächenstrom, steigen als Tiefenströmungen langsam auf bis zum Aufquellgebiet bei den Kanarischen Inseln, wenden sich im Uhrzeigersinn um und sind wieder in den klassischen Golfstrom eingegliedert. Man entdeckt: Die Bewegung in der Form einer Raumlemniskate im Nordatlantik. Wie Abb. 3 zeigt, fließt ein weiterer Teil des von der Grönlandküste südwärts sich bewegenden Bodenwassers weiter in den Südatlantik, gliedert sich ein in die transantarktische Strömung, sinkt wieder ab im Weddellmeer und bildet beim Wiederaufsteigen im Südatlantik eine weitere Raumlemniskate. Die lemniskatische Umwendung kann aber auch erst im Indischen Ozean an der australischen Westküste, im äquatorialen Pazifik oder gar im östlichen Südpazifik erfolgen. Dies immer, nachdem die Wassermassen vorübergehend vom großen transantarktischen Umlaufstrom aufgenommen worden sind (siehe Bild in 8).
So sehen wir das Ozeanwasser in folgender Bewegungscharakteristik: Die Bewegungsimpulse gehen aus von fünf raumlemniskatischen Strömungsbewegungen in den drei großen Weltmeeren. Alles ist im Bewegungsfluss mit allem verbunden, sodass ein rhythmisch dynamisches Fließgleichgewicht entstehen kann. Und dieses erstaunliche, aber zunächst dem nur beobachtenden Menschen unzugängliche Geschehen in einem wichtigen Teil unserer Erde erfordert ein besonderes bewegliches Urteilsvermögen.
Austausch zwischen Atmosphäre und Ozean
An der Grenzfläche zwischen Atmosphäre und Ozean geschieht ständig ein Austausch von Kohlendioxid.2 Je nach Region, Temperatur und Lebensverhältnissen nimmt das Wasser Kohlendioxid auf oder gibt Kohlendioxid an die Atmosphäre ab. Im kühlen zirkumantarktischen Meer, im Nordatlantik und im Nordpazifik ist die Aufnahme von Kohlendioxid und dadurch der Gehalt besonders hoch und reicht bis in Tiefen von über 1000 Metern. Die wärmeren äquatorialen Gewässer enthalten deutlich weniger Kohlendioxid. Von der Menge des vom Menschen in die Atmosphäre abgegebenen Kohlendioxids haben die Ozeane mittlerweile ein Drittel aufgenommen. Damit haben die Ozeane die kontinentale Klimaproblematik vorübergehend abschwächen können.
Das im Wasser aufgenommene Kohlendioxid verändert sich dabei dreifach: Einmal wird es teilweise in andere Verbindungen chemisch umgewandelt. Zweitens nehmen die Photosynthese bildenden Einzeller, das Phytoplankton und die Algen, Kohlendioxid auf und bilden Biomasse, welche für die Ernährung der Bakterien und Tiere zur Verfügung steht. Das Zooplankton bildet mithilfe von Kohlendioxid Kalkschalen. Wenn die Tiere sterben, sinkt es an den Boden der Ozeane ab und bleibt als mineralisch gebundener Kohlenstoff für Millionen von Jahren der Atmosphäre entzogen. Kohlenstoff ‹verschwindet› auch, wenn abgestorbene Biomasse der Meeresbewohner nicht vollständig von Bakterien wieder in Kohlendioxid umgewandelt werden kann. Diese Reste der Biomasse wandeln sich unter geeigneten geologischen Bedingungen in Erdöl, Gas oder Kohle um. Durch diese Vorgänge hatte im Verlauf der Erdgeschichte das Leben in den Ozeanen eine zu starke Erwärmung oder Abkühlung der Atmosphäre korrigiert.
Dramatisch ist nun, dass wir Menschen mit Beginn des Industriezeitalters die Zeitrhythmizität in dem oben genannten Geschehen durcheinandergebracht haben. Das Wiederaufsteigen der gebundenen Kohlenstoffverbindungen in der Erdtiefe haben wir mit der industriellen Ausbeutung von Kohle, Öl und Gas im Vergleich zu den natürlichen Vorgängen um das 10 000-Fache beschleunigt.
Der Zusammenhang zwischen der Erwärmung der Ozeane und dem Verlauf der Ozeanströmungen
Welche Bedeutung für das bedrängte Leben infolge des immer deutlicher werdenden Klimabruchs haben die Ozeanströmungen und wie verändert sie die Erderwärmung? Die durch die menschliche Zivilisation bedingte Erwärmung der Atmosphäre und der Landmassen wirkt bis in die Tiefen der Ozeane. Die Ozeane haben bisher 90 Prozent der durch menschliche Aktivitäten entstandenen Wärme aufgenommen und so aus der Atmosphäre entfernt. Wäre das nicht geschehen, würde das Leben auf den Festländern schon länger fast unerträglich sein. Die Ozeane gleichen – soweit das möglich ist – Gegensätze aus. Forschungsergebnisse der letzten Jahre zeigen nun eine sich zunehmend beschleunigte Erwärmung der ozeanischen Gewässer, und das bis in eine Tiefe von mehr als 2000 Meter.3 Zwischen 1960 und 2002 erwärmte sich Ozeanwasser gemittelt um 0,5 Grad und zwischen 2002 und 2022 noch einmal um knapp 1 Grad. Das Besondere ist, dass die Erwärmung bis in eine Tiefe von 2000 Meter reicht.
Das hat Folgen für das Absinken von Oberflächenwasser in den Absinkzonen im Nordatlantik und in den Absinkgebieten nahe der Antarktis. Das Bewegungsgeschehen im weltweiten Golfstromsystem droht aus dem Gleichgewicht zu geraten. Eine neue und kontrovers kommentierte Studie stellt die Prognose auf, dass der Golfstrom noch in diesem Jahrhundert kollabieren könnte.4 Die Kritiker dieser in vielen Zeitschriften beschriebenen Prognose sind sich aber einig, dass das Golfstromsystem im Nordatlantik langsamer geworden ist und an Stabilität verloren hat.5 Angefangen hat dieser Vorgang etwa 1970 und hat sich ab 2015 deutlich verstärkt. Dies hängt mit der abnormen Erwärmung des Nordatlantiks zusammen und dem verstärkten Schmelzwassereintrag wegen der zunehmenden Abschmelzung der grönländischen und arktischen Eismassen.6
Nicht nur die Absinkgebiete im Nordatlantik schwächen sich ab. Die Lage im Transantarktischen Ozean ist wahrscheinlich dramatischer.7 8 Die weltweit stärkste Wärmeaufnahme reicht im Zusammenhang mit der tiefreichenden transantarktischen Strömung bis in Tiefen von 2000 Metern. Aus diesen Tiefen steigt das warme Wasser in Richtung Süden in die Regionen der Absinkgebiete auf. Dort ist das Wasser schon wegen des großen Eintrags von Schmelzwasser des Antarktiseises leichter geworden. Dies alles, zusammen mit dem Rückgang des Zyklus von Leben und Sterben von Einzellern und Krill, verlangsamt das Absinken und damit die Stärke der Bodenströmung. Mit der Abschwächung der Absinkbewegungen sowohl in der Nord- wie auch in der Südhemisphäre kommt die globale Ozeanzirkulation in große Bedrängnis.
Die ozeanischen Hitzewellen
Das Jahr 2023 und die ersten Monate von 2024 sind gekennzeichnet von einer bisher noch nicht festgestellten Wärmewelle in verschiedenen Ozeanbereichen. Einig sind sich die Fachleute, dass ohne die anthropogen bedingte Erwärmung der Atmosphäre diese abnormale Wassererwärmung nicht zustande gekommen wäre. Zum einen wirkt da ein natürlicher Vorgang, der El-Niño-Zyklus. In der Phase des El Niño schwächen die nach Westen gerichteten Passatwinde im Ostpazifik ab und als Folge wird das im Westpazifik erwärmte Oberflächenwasser zur amerikanischen Küste verfrachtet. Während den El-Niño-Phasen ist es weltweit etwas wärmer. Dieser natürliche Faktor reicht aber nicht aus, um die ozeanischen Wärmewellen zu erklären. Es wird argumentiert, dass schwächere östliche Winde aus der Sahara weniger Wüstenstaub zum Atlantik gebracht haben. Da der Wüstenstaub die Wolkenbildung befördert, entsteht ein kühlender Effekt. Mitwirkend an der Erwärmung des Wassers kann auch die Verringerung des Schwefelgehaltes in Schiffsdiesel sein. Denn durch die Absenkung des Schwefelgehaltes in der Atmosphäre bilden sich an den viel befahrenen Schiffsrouten weniger Wolken. Als dritter Grund wird die Verlangsamung der Absinkbewegungen im Nord- und Südatlantik genannt.
Die sogenannten marinen Hitzewellen überlagern zusätzlich die besorgniserregende Ozeanerwärmung. Von marinen Hitzewellen spricht man, wenn die Wassertemperatur mehr als fünf Tage lang höher als in 90 Prozent des 30-jährigen Vergleichszeitraums liegt. Das Auftreten von marinen Hitzewellen hat sich zwischen 1986 und 2016 verdoppelt. Solche oft mehrere Monate andauernde Hitzewellen reichen bis in Tiefen von 2000 Metern. Die dort lebenden Tiere sind an gleichbleibende kühle Temperaturen gewöhnt und kommen nun in große Bedrängnis.9 Untersuchungen zeigen, dass immer mehr Kaltwasserkorallen absterben. Zusätzlich sinkt bei wärmerem Wasser der Gehalt an gelöstem Sauerstoff, der für das Tierleben notwendig ist.
Die Versauerung der Ozeane und die Veränderungen des Planktons
Ein weiteres ernst zu nehmendes Geschehen ist die zunehmende Versauerung der ozeanischen Oberflächenwässer.10 Durch die ozeanische Aufnahme von bis zu einem Drittel des anthropogenen Kohlendioxids aus der Atmosphäre hat sich die atmosphärische Treibhauskonzentration etwas weniger stark ausgebildet. Aber infolge der Zunahme des gelösten Kohlendioxids und der Erwärmung der Ozeane ist der leicht basische pH-Wert in den letzten 100 Jahren um 30 Prozent saurer geworden. Dies hat Folgen für das Zooplankton, welches Kalkschalen bildet. Die Kalkbildung wird immer schwieriger. Das hat nicht nur negative Folgen für die marinen Ökosysteme. Weil beim Absterben der Kalkschalen weniger Kalkschlamm am Meeresboden anlangt, wird auch weniger Kohlenstoff mineralisiert und damit aus dem schnellen Kohlenstoffumlauf entfernt. Ein entsprechendes Geschehen der Versauerung fand auch in früheren geologischen Zeiten vor 54 Millionen Jahren statt. Das Besorgniserregende ist aber, dass das heutige Geschehen etwa zehnmal schneller abläuft.
Mit fortgeschrittener Technik der Satellitenerkundung wurde es möglich, die weltweite Veränderung der pflanzlichen Planktonpopulationen genauer zu erfassen.11 Eine Zunahme des Chlorophyllgehaltes wurde in den Ozeanregionen zwischen 40 Grad nördlicher Breite und 40 Grad südlicher Breite festgestellt. Diese Ozeangebiete sind vergleichsweise wenig von der Erwärmung betroffen. Zunehmend werden dort kleinere Planktonarten festgestellt, welche im Vergleich zu größeren Planktonarten weniger Kohlendioxid umwandeln. Grundsätzlich liebt pflanzliches Plankton kalte Gewässer und ist darum hauptsächlich rund um die Antarktis und in den nördlichen Teilen des Pazifiks und des Atlantiks vorhanden. Gerade diese Gebiete sind von der globalen Ozeanerwärmung am stärksten betroffen. Das erklärt, dass dort die Planktonpopulation nicht zugenommen hat.
Grundsätzlich ist eine zunehmende Veränderung der Lebensmöglichkeiten des Meereslebens zu beobachten, aber auch ein starker Ortswechsel. Das pflanzliche Plankton kann schneller in kühlere Regionen abwandern als das tierische Plankton. Das Zusammenspiel des pflanzlichen mit dem tierischen Plankton wird aus dem Rhythmus gebracht. Das pflanzliche Plankton kann eine Zeit lang besser mit der höheren Kohlendioxidkonzentration umgehen. Diese weitere Gleichgewichtsstörung im sensiblen Lebensgeschehen in den Weltozeanen vollzieht sich außerhalb unserer menschlichen Beobachtung. Die Ozeane laufen Gefahr, ihre Aufgaben des Ausgleichens von Gegensätzen und des Zur-Verfügung-Stellens von fördernden Lebensbedingungen für das Erdganze zu verlieren. Vergleichsuntersuchungen zwischen aktuellen und erdgeschichtlich älteren Biotopveränderungen zeigen, dass in den letzten Jahrzehnten die Veränderungen der Lebensbedingungen um ein Mehrfaches schneller ablaufen als früher, wo die Einwirkung des Menschen noch nicht vorhanden war. Es zeigt sich ein weiteres Mal, dass wir Menschen die natürlichen Rhythmen gebrochen haben.
Zeit für die Wende
Wir Menschen stehen vor der Aufgabe, uns intensiv dem Wunder des Ozeangeschehens mit seinen Lebensvorgängen zuzuwenden. Wenn wir das tun, dann können wir aufwachen und beginnen, die Verantwortung für die Pflege der ganzen Erde zu ergreifen. Das Erkennen des Wesens des Lebendigen ist dafür eine Voraussetzung. Wichtig dabei ist die Einsicht, nicht nur messbare Mengen festzustellen und zu beurteilen, sondern das Interesse auf die Dynamik der Geschwindigkeitsveränderungen zu lenken. Lebensvorgänge haben eine ihnen eigene zeitliche Rhythmizität. Und diese bricht der Mensch heute zunehmend durch die Art seiner technischen Energieumwandlung und der ungebremsten Ausbeutung von Rohstoffen.
Titelbild Illustration auf Grundlage einer Zeichnung von Hans-Ulrich Schmutz
Footnotes
- Siehe Kap. 3 und 9 in: H. U. Schmutz, Erdkunde in der 9. bis 12. Klasse an Waldorfschulen. Stuttgart 2001.
- World ocean review
- L. Zhi et al., Recent acceleration in global ocean heat accumulation by mode and intermediate waters. Nature communications, 28.10.2023, https//doi.org/10.1038/s41467-023-42468-z.
- P. Ditlevsen and S. Ditlevsen, Warning of a forthcoming collapse of the Atlantic meridional overturning circulation. Nature Communications, 25.7.2023, https://doi.org/10.1038/s41467-023-39810-w
- Science Media Center, Klima und Umwelt, Kritik an Studie zum baldigen Kollaps des Golfstroms. 25.7.2023.
- R. M. van Westen et al., Physics-based early warning signals show that AMOC is on tipping course. Science Advances 10, eadk1189, 23.2.2024.
- L. Qiane et al., Abyssal Ocean overturning slowdown and warming driven by Antarctic meltwater. Nature, vol. 615, 30.3.2023.
- H. U. Schmutz, Was lernen wir vom Geschehen in der Antarktis? In: Goetheanum, 16.11.2023.
- E. Fragkopoulou et al., Marine biodiversity exposed to prolonged and intense subsurface heatwaves. Nature climate change, 18.9.2023, https://doi.org/10.1038/s41558-023-01790-6.
- Fakten zur Ozeanversauerung
- B. B. Cael et al., Global climate-change trends detected in indicators of ocean ecology. Nature, vol. 619, 20.7.2023, https://doi.org/10.1038/s41586-023-06321-z
