Like a conveyor belt, the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) transports warm water from the tropics northwards at the ocean surface and cold water southwards in the deep sea. Through this heat distribution, it plays a central role in the global climate system. However, increasing global warming as a result of climate change is altering the circulation patterns of the AMOC. In a recent study, researchers from the Alfred Wegener Institute found that this change has led to asynchronous poleward shifts of the Atlantic subtropical gyre in response to the “bipolar seesaw” theory since the last ice age. On top of the relatively short-term changes in the AMOC, the natural global rise in CO2 induces a long-term response of the gyres to drift poleward on glacial-interglacial timescale. Some of the regional drifts reached an amplitude of more than 6°, implying a long-way journey as if the gyre migrated from Bremerhaven to Munich and it seems they will continue its journey. This has an impact on the climate and marine ecosystems. The researchers published their findings in the journal Geophysical Research Letters.
Ozeanwirbel gibt es in unterschiedlichen Größen. Ihr Durchmesser reicht von wenigen Metern bis hin zu mehreren Kilometern. Je nach Größe haben sie unterschiedlichen Einfluss auf das Klima unseres Planeten. Sie beeinflussen, wie Ozeane Wärme, Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnehmen und transportieren und wie Nährstoffe verteilt werden. Subtropische Wirbel sind riesige Ozeanzirkulationssysteme, die die Tropen und die hohen Breitengrade miteinander verbinden. „Satellitenbeobachtungen zeigen, dass die großen Ozeanwirbel der Erde mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,1 Grad pro Jahrzehnt polwärts driften. Verdoppelt sich der CO2-Gehalt in der Atmosphäre, könnten sie sogar 1 Grad erreichen“, sagt Tainã Pinho, Erstautor vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI).
Um die Auswirkungen der Veränderungen der subtropischen Wirbel auf das Klima, unsere Gesellschaft und die marinen Ökosysteme vollständig zu verstehen, haben die Forschenden mit Modellsimulationen untersucht, wie sich die subtropischen Wirbel im Nord- und Südatlantik seit der letzten Eiszeit verschoben haben. „Mithilfe der relativen Häufigkeit winzig kleiner, planktonischer Einzeller (Foraminiferen) und numerischen Modellierungsergebnissen konnten wir feststellen, dass sich die subtropischen Wirbel seit der letzten Eiszeit bis heute polwärts verschoben haben“, sagt Tainã Pinho. „Der Anstieg des atmosphärischen CO2 hat diese langfristige Verschiebung in der Vergangenheit verursacht, weil er zu Veränderungen in den ozeanischen und atmosphärischen Zirkulationsmustern führte.“ Die Wirbel sind jedoch nicht zur gleichen Zeit polwärts gewandert, sondern driften in den letzten 22.000 Jahre getrennt voneinander in Richtung hoher Breitengrade. Diese Asymmetrie in der polwärts gerichteten Verschiebung ist eng mit dem Konzept der „bipolaren Wippe“ verbunden, das eine entgegengesetzte thermische Reaktion zwischen den Hemisphären definiert. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der subtropische Wirbel im Südatlantik während des Übergangs von der letzten Eiszeit zum Holozän mit der Erwärmung der Antarktis über atmosphärische Brücken begonnen haben könnte, bevor der subtropische Wirbel im Nordatlantik eine ähnliche Erwärmung der Arktis einleitete.“
Dieses entgegengesetzte thermische Reaktionsmuster ist als „bipolare Wippe“ bekannt und wird mit Veränderungen in der Stärke der AMOC in Verbindung gebracht. „Wir haben herausgefunden, dass sich der subtropische Wirbel während der letzten Eiszeit je nach Stärke der AMOC und der bipolaren Wippe in Richtung Pol bewegt“, erklärt Tainã Pinho. Im Südatlantik verlagerte sich der Wirbel, wenn es in der südlichen Hemisphäre wärmer und die AMOC schwächer wird. Im Nordatlantik hingegen begann der Wirbel polwärts zu driften, wenn die AMOC stärker wird und sich die nördliche Hemisphäre erwärmt – also 1.500 Jahre später der Wirbel im Südatlantik. Diese Ergebnisse aus der Vergangenheit deuten darauf hin, dass die natürliche Verschiebung der Wirbel in der heutigen Zeit von menschlichen Aktivitäten beeinflusst wird. „Die Position von subtropischen Ozeanwirbeln gestalten den Wärmetransport im Atlantik. Zum Beispiel trägt die polwärts gerichtete Verschiebung zur Erwärmung der hohen Breiten im Rahmen der polaren Verstärkung bei.“
Originalpublikation
Pinho, T.M.L., Yang, H., Lohmann, G., Portilho‐Ramos, R.C., Chiessi, C.M., Bahr, A., Nürnberg, D., Repschläger, J., Shi, X., Tiedemann, R., Mulitza, S., 2025. Asynchronous Poleward Migration of the Atlantic Subtropical Gyres Over the Past 22,000 years. Geophys. Res. Lett. 52. https://doi.org/10.1029/2024GL111497