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In the past million years, the high-altitude winds of the southern westerly wind belt, which spans nearly half the globe, didn’t behave as uniformly over the Southern Pacific as previously assumed. Instead, they varied cyclically over periods of ca. 21,000 years. A new study has now confirmed close ties between the climate of the mid and high latitudes and that of the tropics in the South Pacific, which has consequences for the carbon budget of the Pacific Southern Ocean and the stability of the West Antarctic Ice Sheet. The study was prepared by Dr Frank Lamy, a geoscientist at the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research, together with researchers from Chile, the Netherlands, the USA and Germany, and has just been released in the Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).
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Die Änderungen des südlichen Westwindgürtels haben fundamentale Auswirkungen auf die Stärke und Position des antarktischen Zirkumpolarstromes, der weltweit größten Meeresströmung, welche die globale Ozeanzirkulation steuert. Ein Schlüsselfaktor ist dabei der windgesteuerte Auftrieb von CO2-reichem Tiefenwasser, das relativ warm ist und dadurch die Stabilität des westantarktischen Eisschildes und das Kohlenstoffbudget des Südpolarmeeres beeinflusst.
Anhand von Sedimentkernen untersuchte das Forscherteam Veränderungen des Sedimenteintrags in den Pazifik vor Chile, die durch Niederschläge bedingt waren. Sie betrachteten die letzten 1 Millionen Jahre und stellten dabei starke sogenannte Präzessionszyklen fest. Diese werden verursacht durch natürliche Schwankungen in den Erdumlaufbahnparametern, in diesem Falle zyklische Veränderungen in der Rotationsbewegung der Erdachse alle ca. 21.000 Jahre. Veränderungen dieser und weiterer orbitaler Zyklen gelten als ein wesentlicher Antriebsmotor des Wechsels von langfristigen Kalt- und Warmzeiten während der letzten Millionen Jahre auf der Erde.
„Zunächst war es schwierig zu erklären, warum die Veränderungen in der Zusammensetzung der vom Kontinent stammenden Sedimente vor der südlichen Atacama Wüste in Nord-Chile ausgeprägte Niederschlagsschwankungen über die 21000 Jahre anzeigten und weniger ausgeprägte über die längerfristigen Zyklen der Warm- und Eiszeiten“ erläutert der Sedimentologe, Helge Arz (Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde).
Die Erklärung dieser Beobachtung gelang in Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Klima-Modellierer John Chiang (University of California, Berkeley): „Unsere Klimamodelle zeigen, dass die in den Sedimentkernen aufgezeichneten Niederschlagsänderungen letztendlich mit der Konfiguration der Höhenwinde über dem subtropischen Pazifik zusammenhängen. Dabei verändert sich die Aufspaltung des Höhenwindes in einen nördlichen, subtropischen Ast, einen mittleren und einen subpolaren Ast über den 21.000 Jahre währenden Zyklus.“
“Die Studie liefert erstmals Hinweise auf langfristige Änderungen der Höhenwinde des südlichen Westwindgürtels über dem Südpazifik“, erklärt Dr. Frank Lamy. „Unsere Ergebnisse lassen auf engere atmosphärische Verbindungen zwischen den Tropen und mittleren bis hohen Breiten als in anderen Sektoren der Südhemisphäre schließen mit Auswirkungen auf die globale Umwälzzirkulation und die ozeanische Speicherung von atmosphärischem CO2“, so Lamy weiter.
Die Erkenntnisse sind auch zum Verständnis heutiger und besonders zukünftiger großräumiger Klimamechanismen auf der weit weniger untersuchten Südhemisphäre wichtig. Entscheidend ist dabei die enge Kopplung der pazifischen Tropen mit dem Ursprung des global wirksamen Klimaphänomen El Niño-Southern Oscillation (ENSO) an die Westantarktis. Die Daten zeigen, dass die starke ENSO-Empfindlichkeit des Eisschildes im pazifischen Sektor, die aus Satellitenbeobachtungen während der letzten wenigen Jahrzehnte bekannt sind, wahrscheinlich auch auf weit längeren Zeiträumen von Bedeutung ist. „Eine Veränderung der Höhenwinde im Südpazifik durch die von vielen Klimamodellen vorausgesagte Zunahme und Verstärkung der El Niño Ereignisse, würde die Stabilität des westantarktischen Eisschildes verringern und auch die CO2 Speicherung im Südpazifik negativ beeinflussen“, ordnet Dr. Frank Lamy die Forschungsergebnisse ein.
Original publication
The study will be published on November 5, 2019 as an open access article in the online portal PNAS.
The original title is: Frank Lamy, John C.H. Chiang, Gema Martínez-Méndez, Mieke Thierens, Helge W. Arz, Joyce Bosmans, Dierk Hebbeln, Fabrice Lambert, Lester Lembke-Jene, Jan-Berend Stuut: Precession modulation of the South Pacific westerly wind belt over the past million years, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) /doi.org/10.1073/pnas.1905847116
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