Wie entstand die mächtigste Ozeanströmung der Erde?

Das Klima der Erde erlebte vor etwa 34 Millionen Jahren beim Übergang ins Oligozän seinen letzten durchgreifenden Wandel – Abkühlung aus einem weitgehend eisschildfreien Treibhaus- in unser heutiges Eishausklima, in dem sich größere Bereiche der Pole zunehmend dauerhaft vergletscherten. Zu dieser Zeit weiteten und vertieften sich die Ozeanpassagen zwischen Australien, der Antarktis und Südamerika, der Antarktische Zirkumpolarstrom (ACC) entwickelte sich und die Bildung des Antarktischen Eisschilds begann. Die CO₂-Konzentration der Atmosphäre betrug damals etwa 600 ppm – ein Wert, der seitdem unerreicht blieb, jedoch in einigen Klimaszenarien bereits am Ende dieses Jahrhunderts wieder überschritten werden könnte. „Um das mögliche zukünftige Klima voraussagen zu können, ist es notwendig, mit Simulationen und Daten in die Vergangenheit zu schauen und unsere Erde in wärmeren und CO₂-reicheren Klimazuständen als heute zu verstehen“, sagt Hanna Knahl, Klimamodelliererin am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Erstautorin der Studie, die jetzt in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) erscheint. „Aber Vorsicht, das Klima der Vergangenheit kann natürlich nicht 1:1 auf die Zukunft projiziert werden. Unsere Studie zeigt, dass der Ringstrom in seinen ‚Kinderschuhen‘ das Klima ganz anders beeinflusst hat, als es der heutige ‚ausgewachsene‘ ACC tut.“

Für die aktuelle Studie analysierten Hanna Knahl und Kolleg:innen die Entstehung des Antarktischen Ringstroms. Dazu wurden Klimasimulationen erstellt mit dem Erscheinungsbild der Kontinente von vor 33,5 Millionen Jahren, als Australien und Südamerika noch sehr viel näher an der Antarktis lagen. Für diese Simulationen hat das Team den Antarktischen Eisschild aus einer Science-Studie aus dem Jahr 2024 mit dem Ozean und der Atmosphäre gekoppelt und untersucht, wie sich die Ozeanströmungen um die Antarktis herum entwickelten. Danach wurde die simulierte Strömung mit datenbasierten Strömungsrekonstruktionen aus diesem Zeitraum verglichen.

Hanna Knahl erläutert: „Schon zuvor gab es Hinweise darauf, dass der Wind im Tasmanischen Seeweg eine wichtige Rolle bei der Entstehung des ACC gespielt hat. Unsere Simulationen können dies klar bestätigen: Erst, als sich Australien weiter von der Antarktis entfernt hatte und die starken Westwinde direkt durch den Tasmanischen Seeweg wehten, konnte sich die Strömung dort voll ausbilden.“ Überraschend sei, dass der Südliche Ozean zuvor in zwei völlig verschiedene Hälften unterteilt gewesen sein könnte. Obwohl die Ozeanpassagen um die Antarktis schon geöffnet waren, entwickelte sich im genutzten Modell nur im Atlantischen und Indischen Sektor eine starke Strömung, während der Pazifische Sektor sehr viel ruhiger blieb. 

Simulationen, in denen Klima und Eisschilde gekoppelt werden, sind noch relativ neu und besonders aufwändig. Um die Kinderschuhe des Antarktischen Zirkumpolarstroms unter besonders realistischen Bedingungen zu untersuchen, haben die beiden AWI-Fachbereiche Dynamik des Paläoklimas und Marine Geologie ihre Stärken gebündelt und mit internationaler Expertise vom Australian Centre of Excellence in Antarctic Science und dem Antarctic Research Centre Wellington kombiniert. 

„Durch diese PNAS-Studie zeigen wir erstmals, wie hilfreich und wichtig es ist, diese gekoppelten und relativ hoch aufgelösten Modellsimulationen für das Klima der tiefen Vergangenheit durchzuführen. Auch wenn diese sehr aufwändig sind, liefern sie wichtige Erkenntnisse über die Interaktion von Eis, Atmosphäre, Landoberfläche und Ozean“, erläutert AWI-Paläoklimaforscher Prof. Dr. Gerrit Lohmann, Mitautor der Studie. Mit den aktuellen Analysen der Entstehung des Antarktischen Zirkumpolarstroms konnte das Team zeigen, wie in der Erdgeschichte eine Reorganisation der globalen Ozeanzirkulation stattfand. AWI-Geowissenschaftler Dr. Johann Klages, ebenfalls Mitautor der Studie, schlussfolgert: „Dieses Verständnis ist zentral, da die Entstehung des Zirkumpolarstroms die Kohlenstoffaufnahme durch den Ozean stark angetrieben hat. Diese Verringerung der Treibhausgaskonzentration in der Erdatmosphäre hatte somit das Potential, das kühlere Klima der bis zum heutigen Tage anhaltenden sogenannten känozoischen Eiszeit mit dauerhaft eisbedeckten Polkappen einzuleiten, in der sich Warm- und Kaltzeiten abwechseln. Dieses neue Wissen wird uns somit sehr dabei helfen, derzeitige Änderungen in der Strömungsdynamik des Südozeans verlässlicher einzuordnen.“