Führt der anhaltende Meereisrückgang in der Arktis zu mehr internen Wellen und dadurch zu stärkerer Vermischung im Ozeaninneren? Kann das in Folge die aufwärts gerichteten Wärmeflüsse vom warmen Atlantikwasser vergrößern und
dadurch das Meereis noch stärker abschmelzen lassen? Und wie können wir diesen Prozess in Klimamodellen darstellen?

Dies sind die zentralen Fragen, mit denen sich die Emmy-Noether-Gruppe “Energie und Vermischung interner Schwerewellen in der Arktis und ihr Zusammenhang mit Meereis in einem sich ändernden Klima (Artemics)” beschäftigen wird. Wir werden hochmoderne Ozeanmodelle, Theorie und Beobachtungen nutzen, um die Rolle von internen Wellen in der immer wärmer werdenden Arktis zu entschlüsseln. Damit werden wir eine physikalisch sinnvolle Darstellung ihrer Effekte in Klimamodellen entwickeln.
 

Interne Wellen bilden sich im Inneren von geschichteten Medien wie Ozean oder Atmosphäre. Ähnlich wie die Oberflächenwellen, die wir am Strand sehen, können interne Wellen brechen und dadurch das umliegende Wasser vermischen. Interne Wellen spielen eine zentrale Rolle im Klimasystem, weil diese Vermischungsprozesse zum Antrieb der großskaligen Umwälzzirkulation, die enorme Mengen von Wärme um die ganze Welt transportiert, beiträgt. In der Arktis
ist die Rolle der internen Wellen jedoch weniger eindeutig. So weit im Norden und unter einen dicken Eisschicht werden nur wenige interne Wellen erzeugt. Allerdings trifft der letzte Punkt aufgrund des Klimawandels immer seltener zu. Das eröffnet
die Möglichkeit für eine verstärkte Bildung von internen Wellen und damit auch für stärkere Vermischung in der sich erwärmenden Arktis.

Die bisher recht schwachen Vermischungsprozesse im Inneren des arktischen Ozeans sind die Lebensversicherung des dortigen Meereises: Das Wasser, das vom Atlantik in die Arktis strömt, stellt ein enormes Wärmereservoir dar. Dieses
Wasser ist jedoch auch ziemlich salzig, sodass es zu aufgrund seiner relativ hohen Dichte nicht in Oberflächennähe bleibt sondern absinkt. Zwischen dem Meereis und dem warmen Atlanktikwasser befindet sich eine Schicht kalten und wenig
salzigen Wassers, die das Meereis so isoliert. Solange Vermischungsprozesse nur schwach ausgeprägt sind, kann diese Vertikalstruktur bestehen und das Meereis ist vor der Wärme im tieferen Ozean geschützt. Hier ergibt sich aber das Potential für einen Teufelskreis: Weil die Erderwärmung immer mehr arktisches Meereis abschmelzen lässt, könnte die Erzeugung von internen Wellen und dadurch auch ihre Vermischung zunehmen, sodass mehr Wärme vom Atlantikwasser Richtung Oberfläche transportiert wird und den Meereisrückgang weiter vorantreibt.

Wir wollen die verschiedenen Wechselwirkungen zwischen internen Wellen und Meereis in der Arktis sowie deren Konsequenzen für Ozeandynamik innerhalb und außerhalb der Arktis beleuchten. Klimamodelle lösen die kleinen und nur mit Unterbrechungen auftretenden Vermischungsprozesse nicht auf und bisher sind diejenigen, die auf interne Wellen zurückgehen, in der Arktis nicht physikalisch konsistent repräsentiert. Das wollen wir in Artemics ändern und damit dazu beitragen, Klimamodelle zu verbessern.