Der Ozean als Thermostat

Der tropische Ozean reagiert paradox auf Änderungen der Sonnenstrahlung - und regelt damit die Temperatur auf der Erde.

Der Einfluss der solaren Variabilität auf das irdische Klima auf der Zeitskala von Jahrzehnten bis Jahrtausenden ist in der Klimaforschung immer noch heftig umstritten. Im Verlauf des elfjährigen Aktivitätszyklus der Sonne variiert ihre Gesamtstrahlung zwar um weniger als 0,1 Prozent. Doch die Strahlungsänderung ist ungleichmäßig über das Spektrum verteilt. Stärkere Änderungen im ultravioletten Bereich können die Ozon-Konzentration in der Stratosphäre und damit auch die Zirkulation in der Hochatmosphäre beeinflussen.

Die solare Variabilität könnte, wie beispielsweise das Zebiak-Cane-Modell zeigt, auch das komplex gekoppelte Zirkulationssystem von Atmosphäre und Ozean im Pazifik beeinflussen, das von den Klimatologen als El Niño - Southern Oscillation (ENSO) bezeichnet wird. ENSO ist eine der wichtigsten Ursachen für langfristige globale Klimaänderungen. Ein Verständnis des Zusammenhangs zwischen Sonnenstrahlung und ENSO ist daher wichtig für die Modellierung des Klimas.

Bislang gab es aber keine paläoklimatischen Untersuchungen zu diesem Thema. Die Untersuchung fossiler tropischer Korallen wäre die zuverlässigste Methode, um die ENSO-Bedingungen in der Vergangenheit zu rekonstruieren. Doch die auf diesem Weg ermittelten Daten sind zu fragmentiert, um Korrelationen mit der Sonnenstrahlung zu erlauben.

Thomas Marchitto von der University of Colorado in Boulder und seine Kollegen präsentieren nun erstmals eine durchgehende Analyse der Variation des ENSO-Phänomens im Verlauf der vergangenen 12.000 Jahre anhand eines Bohrkerns vom 540 Meter unter dem Meeresspiegels gelegenen Boden des Soledad Bassins vor der Küste von Baja California Sur, Mexiko. In dieser Region bestimmt heute - und damit, wie Marchitto und seine Kollegen voraussetzen, auch in der Vergangenheit - ENSO über die Wassertemperatur.

Aus den Ablagerungen konnten die Forscher die Entwicklung der Wassertemperatur rekonstruieren und mit der anhand von Sonnenflecken-Beobachtungen dokumentierten Aktivität der Sonne vergleichen. Die Analyse von Marchitto und seinem Team zeigt, dass der Ozean paradox auf Änderungen der Sonnenstrahlung reagiert: Eine Steigerung der Intensität der Sonnenstrahlung führt zu einem Absinken der Ozeantemperatur, eine Verringerung der Intensität der Sonnenstrahlung dagegen zu einer Temperaturerhöhung im Ozean. Die Schlussfolgerung der Wissenschaftler: Offenbar löst eine stärkere Sonnenstrahlung kühle La Niña-Ereignisse aus, eine Abschwächung der Sonnenstrahlung dagegen führt zu wärmenden El Niño-Ereignissen.

Da ENSO das Klima auf der gesamten Erde beeinflusst, spielt der tropische Ozean also die Rolle eines dynamischen Thermostaten für die Erde. Wenn weitere Untersuchungen den Befund von Marchitto und seinem Team bestätigen, muss diese Rückkopplung künftig in Klimamodellen Berücksichtigung finden. Paradoxe Reaktionen des irdischen Klimasystems auf Änderungen der Sonnenstrahlung werden bislang möglicherweise unterschätzt.

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  T. M. Marchitto et al.: Dynamical Response of the Tropical Pacific Ocean to Solar Forcing During the Early Holocene. Science 330, 1378 (2010)
  dx.doi.org/10.1126/science.1194887
• University of Colorado, Boulder:
  www.colorado.edu/
• El Niño/Southern Oscillation:
  www.esrl.noaa.gov/psd/enso/

Weitere Literatur:

• J. L. Lean: Evolution of the Sun's spectral irradiance since the Maunder Minimum. Geophysical Research Letters 27, 2425 (2000)
• G. A. Meehl et al.: Amplifying the Pacific Climate System Response to a Small 11-Year Solar Cycle Forcing. Science 325, 1114 (2009)
• A. C. Clement et al.: An Ocean Dynamical Thermostat. Journal of Climate 9, 2190 (1996)

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