Meereswirbelströme leiten extreme Hitze und Kälte in die lebensreichen Tiefen.

Auf der Erde erleben wir Hitzewellen und Kälteeinbrüche. Aber auch in tiefen Gewässern herrschen längere Hitze- und Kälteperioden.

Meereshitzewellen und Kälteperioden können Meeresökosysteme und Lebensräume wie Korallenriffe ernsthaft schädigen. Diese Extreme können auch Arten dazu zwingen, umzuziehen oder zu sterben, und zu plötzlichen Verlusten in der Fischerei führen.

In einer heute veröffentlichten Studie in NaturWir zeigen, dass fast die Hälfte der Hitze- und Kältewellen, die die Dämmerungszone des Ozeans erreichen – zwischen 200 und 1.000 Metern – durch große Wirbelströme verursacht werden, wirbelnde Strömungen, die heißes oder kaltes Wasser transportieren.

Wenn sich die Ozeane erwärmen, werden Hitzewellen, die mit Wirbelströmen verbunden sind, ebenso intensiver wie Kältewellen. Diese stellen eine potenzielle Bedrohung für die große Menge an Leben in der Twilight Zone dar, der Heimat der weltweit am häufigsten vorkommenden Wirbeltiere und der größten Migrationsbewegung des Planeten.

Die Überwachung des Meeresbodens ist schwierig

Rund 90 % der durch Treibhausgase gebundenen Wärme werden in die Ozeane abgegeben. Infolgedessen treten Meereshitzewellen häufiger auf, insbesondere vor der Ostküste Australiens, Tasmaniens, der nordöstlichen Pazifikküste der Vereinigten Staaten und im Nordatlantik.

Um diese extremen Meerestemperaturereignisse zu erkennen, verlassen sich Forscher seit langem auf Satellitenmessungen der Meeresoberflächentemperaturen. Die Oberflächentemperaturen werden direkt von der Atmosphäre beeinflusst. Aber in der Tiefe ist es anders.

Satelliten können die Temperaturen unter der Oberfläche nicht messen, was die Überwachung der Tiefsee erheblich erschwert.

Stattdessen verfügen wir über eine Handvoll Langzeitverankerungen – in der Tiefe hängende Messbojen – in den Weltmeeren. Diese sind äußerst wertvoll, da sie kontinuierlich Temperaturen aufzeichnen und dabei helfen, extreme Temperaturschwankungen zu erkennen.

In den letzten Jahrzehnten wurden willkommene Fortschritte in Form von Argo-Schwimmern gemacht, Robotertauchern, die bis zu einer Tiefe von 2.000 Metern und an der Oberfläche tauchen und dabei Temperatur und Salzgehalt messen.

Daten aus diesen beiden Quellen gepaart mit traditionellen Schiffsmessungen ermöglichten unsere Forschung.

Hitzewellen in Wirbelströmen

Die Daten lieferten uns über einen Zeitraum von drei Jahrzehnten zwei Millionen hochwertige Temperaturaufzeichnungen oder „Profile“ über die Weltmeere. Wir haben diese umfangreichen Daten genutzt, um die Rolle von Wirbelströmen aufzudecken.

Meereswirbel sind riesige Wirbelwirbel, die manchmal einen Durchmesser von mehreren hundert Kilometern haben und Tiefen von mehr als 1.000 Metern erreichen. Sie sind so groß, dass sie auf Satellitenbildern zu sehen sind.

Diese starken Strömungen können warmes Oberflächenwasser tiefer drücken oder kaltes Tiefenwasser anheben, was zu schnellen Temperaturänderungen führt. Wirbel können eine weite Strecke zurücklegen, bevor sie sich auflösen, und dabei kältere oder wärmere Gewässer mit sich führen.

Wir haben ihre Rolle bei der Auslösung tiefer Hitze- und Kältewellen entdeckt, indem wir jedes Temperaturprofil untersucht und es mit Wirbeln verglichen haben, die zur gleichen Zeit und am gleichen Ort vorhanden sind.

Dies zeigte, dass Wirbel eine wichtige Rolle bei der Auslösung mariner Hitzewellen und Kältewellen in Gewässern mit einer Tiefe von mehr als 100 Metern spielten, insbesondere in den Ozeanen mittlerer Breite nördlich und südlich der Tropen.

Der Ostaustralische Strom transportiert warmes Wasser entlang der Ostküste nach Süden und löst dabei zahlreiche Strudel aus. Mehr als 70 % der tieferen Meereshitzewellen in diesem Gebiet ereigneten sich tatsächlich innerhalb von Meereswirbeln.

Wenn sich die Wirbel dieser Strömung gegen den Uhrzeigersinn drehen, neigen sie dazu, Meereshitzewellen zu verursachen, die warmes Wasser in die Tiefe transportieren. Aber wenn sie sich im Uhrzeigersinn drehen, bewirken sie, dass das kalte, tiefe Wasser höher steigt und kalte Wellen verursacht.

Wir fanden heraus, dass wirbelbedingte extreme Temperaturereignisse am häufigsten in großen Meeresrandströmungen beobachtet werden, wie zum Beispiel dem Ostaustralischen Strom und dem Kuroshio-Strom im Pazifik und dem Golfstrom im Atlantik. Tiefe Meereshitzewellen treten auch im Leeuwinstrom vor Westaustralien auf. Je stärker die Wirbelströme sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie in der Tiefe Temperaturextreme auslösen.

Wirbelströme sind in erster Linie für fast die Hälfte aller Hitze- und Kältewellen in den tiefen Ozeanen verantwortlich. Weitere Faktoren sind Meerestemperaturfronten aufgrund starker Meeresströmungen und großräumiger Meereswellen.

Was bedeutet das für das Leben im Meer?

Tag für Tag gelangt die von Treibhausgasen eingeschlossene Wärme in Richtung der Ozeane.

Man könnte eine Zunahme der Meereshitzewellen erwarten, was tatsächlich der Fall ist. Aber die Kälteeinbrüche sind nicht verschwunden. Tatsächlich nehmen extreme Hitze- und Kälteextreme in der Tiefsee zu, wenn sich das Klima ändert.

Unsere Forschung legt nahe, dass Wirbelströme die Erwärmungsrate mariner Hitzewellen und die Abkühlungsrate kalter Wellen verstärken. Insgesamt führen wärmere Ozeane zu stärkeren Wirbelströmen, die wiederum große Temperaturänderungen über eine größere vertikale Distanz auslösen können.

Da wir Meereswirbel mit Satelliten erkennen können, können wir diese Forschung nutzen, um vorherzusagen, wann tiefere Hitze- und Kältewellen im Meer wahrscheinlich sind. Dies wird dazu beitragen, festzustellen, welche Ökosysteme voraussichtlich von extremer Hitze oder Kälte betroffen sein werden, und die dadurch verursachten Schäden abzuschätzen.

Die von diesen Extremen betroffene Meeresschicht wird Dämmerungszone genannt und liegt zwischen 200 und 1.000 Metern tief. In diesen Tiefen leben viele wichtige Fisch- und Planktonarten. Tatsächlich verfügt dieses Gebiet über mehr Fischbiomasse als der Rest des Ozeans zusammen. Ein kleiner Fisch, das Borstenmaul, ist wahrscheinlich das am häufigsten vorkommende Wirbeltier auf der Erde, mit einer Zahl von Billiarden oder Billionen.

Wenn die Nacht hereinbricht, wandern zahlreiche Fische, Schalentiere und andere Lebewesen an die Oberfläche, um sich an der größten Tierwanderung der Erde zu ernähren. Tagsüber ziehen viele Tiefseefische in die Abenddämmerung, um Haien, Walen und anderen Raubtieren an der Oberfläche auszuweichen.

Die Hitze und Kälte der Wirbelstürme sind nicht die einzige Bedrohung für die Dämmerungszone. Meereshitzewellen können zu einem niedrigen Sauerstoffgehalt im Wasser und einem Rückgang der Nährstoffe führen. Wir müssen herausfinden, welche Bedrohung diese kombinierten Veränderungen für das Leben in den letzten Jahren darstellen.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.