Abweichung der Temperaturen in den oberen 2.000 Metern der Ozeane im Vergleich
zu Durchschnittswerten von 1981–2010*
© Cheng 2020/ZEIT ONLINE

Zwei Drittel unserer Erde sind von Salzwasser bedeckt. Die Weltmeere versorgen den Planeten mit mehr als 70 Prozent des Sauerstoffs, der in der Atmosphäre vorhanden ist. Die Ozeane sind Lebensraum für einzigartige Tiere und Pflanzen. Und sie werden wärmer, kontinuierlich, weil der Mensch den Klimawandel befeuert. Nicht nur an Land steigen die Temperaturen. Die Ozeane sind das deutlichste Maß für den Klimanotstand. Und es geht ihnen immer schlechter.

Denn sie nehmen einen Großteil der Wärme auf, die durch den Treibhauseffekt entsteht. Den der Mensch durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, die Zerstörung der Wälder oder intensive Landwirtschaft vorantreibt. Im Januar wertete ein Forscherteam um den Atmosphärenphysiker Cheng Lijing die Wassertemperaturen aller Weltmeere aus. Das Ergebnis: Die vergangenen fünf Jahre sind die fünf wärmsten Jahre, die je gemessen wurden (Advances in Atmospheric Science: Cheng et al. 2020, PDF). Ebenso die vergangene Dekade. Und 2019 machten die Temperaturen nochmals einen deutlichen Sprung nach oben: In der jüngeren Geschichte der Menschheit, für die es Daten gibt, waren die Weltmeere nie wärmer als im vergangenen Jahr.

Quelle: Cheng 2020 © ZEIT ONLINE

Die meisten Menschen kennen das Meer von der Küste aus, vom Sommerurlaub an der Nordsee etwa, am Mittelmeer oder dem Atlantik. Als eine zusammenhängende riesige, salzige, nasse Masse sind die Ozeane kaum vorstellbar: Im Schnitt reichen sie 3,7 Kilometer in die Tiefe, im pazifischen Marianengraben fällt die Meereslandschaft sogar bis zu elf Kilometer weit ab. Es geht um gigantische 1,3 Milliarden Kubikkilometer Wasser, mehr als 95 Prozent des Weltwasservorkommens. Führt man sich vor Augen, um was für eine Masse es geht, wird klar: Die Energie, die es braucht, sie auch nur um ein Zehntel Grad Celsius zu erwärmen, muss extrem sein.

Winde und Strömungen durchmischen die Meere. Besonders schnell ändern sich die Temperaturen in den oberen 50 bis 200 Metern durch die erwärmte Luft, die über das Wasser strömt. Über Strömungen kann diese Erwärmung in die noch tieferen Schichten bis in die Tiefsee vordringen. Für die oberen zwei Kilometer haben Forscherinnen und Forscher um Cheng Lijing alle verfügbaren Daten der World Ocean Database (WOD) ausgewertet. Es geht um Messungen von Instrumenten wie den Bathythermografen von Forschungsschiffen, Daten von verankerten Messstationen, von Unterwasserseglern und -sonden. "Einige Messinstrumente werden sogar von Meeressäugern getragen", sagt Cheng.

All die gesammelten Daten beantworten die Frage, wie viel Wärme in die Ozeane gelangt (Climate Change 2013: The Physical Science Basis: Rhein et al., PDF). Sie stammt von der Strahlungsenergie der Sonne. Diese ist bis auf kleinere Schwankungen zwar konstant, aber durch den vom Menschen verstärkten Treibhauseffekt kann immer weniger Strahlungsenergie aus der Atmosphäre weichen. Die Strahlungsbilanz ist also im Ungleichgewicht, Luft- und Landmassen erwärmen sich, Gletscher schmelzen. "Dafür sind aber nur sieben Prozent der Strahlungsenergie verantwortlich, die in der Atmosphäre sind. Wo ist der Rest hin? Das zeigen Cheng und sein Team mit ihren ausgeklügelten Berechnungen: Die restlichen 93 Prozent der überschüssigen Strahlungsenergie entsprechen der Menge, die die Ozeane in den oberen Wasserschichten absorbiert haben", sagt der Physiker Torsten Albrecht vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).

Aber die Energiemenge steigt nicht überall gleich stark und schnell an. Am stärksten erwärmt hat sich der Atlantik. Cheng vermutet, dass das mit der Ozeanzirkulation zusammenhängt. Dort etwa, wo die westlichen Strömungen wie der Golfstrom große Wassermassen bewegen und somit auch Wärme schneller von der Oberfläche in die Tiefsee transportieren.

Quelle: Cheng 2020 © ZEIT ONLINE

"Mehr atlantische Erwärmung in den oberen Wasserschichten bedeutet auch stärkere Hurrikane. Wie Ozeanwärme Stürme auflädt, konnten wir in einer Studie zu Hurrikan Harvey zeigen, der 2017 in den südlichen Teilen der USA gewaltige Schäden anrichtete", sagt Cheng (Advancing Earth and Space Science: Trenberth et al. 2018). Neue Technologien lassen es inzwischen sogar zu, die oberen Schichten des Ozeans kontinuierlich zu überwachen, alle Daten innerhalb von Stunden nach der Erfassung per Satellit weiterzuleiten und öffentlich zugänglich zu machen. Möglich macht das Argo, ein mobiles Überwachungssystem, das mit 3.800 frei treibenden Schwimmern die Temperatur und den Salzgehalt der oberen 2.000 Meter aller Weltmeere registriert. Die etwa mannshohen Bojen tauchen innerhalb von wenigen Stunden immer wieder tief nach unten und steigen dann wieder auf. "Argo hat unsere Fähigkeit zur Überwachung der Meerestemperatur und zur Berechnung des Wärmegehalts des Ozeans erheblich verbessert", sagt Cheng, der am Institut für Atmosphärenphysik in Peking forscht.

Verteilt über die Weltmeere: 3.800 Argo-Schwimmer messen Temperatur und Salzgehalt bis in die Tiefsee. © NIWA

Blobs – tödliche Hitzewellen im Meer

An einigen Orten lassen sich so regelrechte Hitzewellen im Meer nachweisen. Forscherinnen bezeichnen diese Phänomene als Blob: große Mengen warmes Wasser, das sich hin- und herbewegen und ganze marine Ökosysteme aus dem Gleichgewicht bringen kann. Zuletzt tauchte ein Blob im Dezember 2019 etwa 800 Kilometer östlich von Neuseeland auf. Dort scheinen die Meerestemperaturen kurzzeitig im Zentrum des Blobs, also an gewissen Punkten im Meer, auf bis zu sechs Grad Celsius über die Temperaturen gestiegen zu sein, die zu dieser Zeit in dieser Region normal gewesen wären.

Quelle: Cheng 2020 © ZEIT ONLINE

Temperatursprünge bedeuten Stress für die Unterwasserwelt. Hitzewellen bleichen Korallenriffe aus, bis sie sterben. Sie führen dazu, dass sich Fische andere Brutgebiete suchen müssen. Und dass uralte und einzigartige Algenwälder regelrecht gekocht werden, eine schleimige Konsistenz annehmen und schließlich verenden. Das passiert etwa vor der Küste Tasmaniens, wo die haushohen Tangwälder Lebensraum einiger der seltensten Meeresbewohner sind: Dort schwimmt der Handfisch (Brachionichthys hirsutus), das lange dünne Dornen-Nadelpferdchen (Solegnathus spinosissimus) oder der Tayatea, einer der größten Süßwasserkrebse der Welt, der bis zu 80 Zentimeter lang und fünf Kilogramm schwer wird.

Der erste beschriebene Blob entstand vor der Westküste Nordamerikas im Jahr 2014.

Quelle: Cheng 2020 © ZEIT ONLINE

Die ungewöhnliche Erwärmung hatte Auswirkungen auf alle marinen Ökosysteme, vom Plankton über die Fische bis hin zu Meeressäugern und Vögeln. Sie löste die bislang größte schädliche Algenblüte an der Westküste Nordamerikas aus, die monatelang verhinderte, dass Krabben und Muscheln gefischt werden konnten. Mehr als 100 Millionen Kabeljaue starben, das Geschäft der Fischer war ruiniert. Seelöwenmütter mussten ihr Jagdgebiet in die südlicheren Regionen vor der Küste Kaliforniens verlagern, Tausende Jungtiere strandeten deshalb hungrig entlang der Küste.

Im September 2019 wurde wieder eine ungewöhnlich starke Erwärmung in dieser Region gemessen: ein neuer Blob von Alaska bis Kalifornien. Satellitenaufnahmen zeigen sein Ausmaß an der Wasseroberfläche, aber um zu wissen, was unter der Wasseroberfläche vor sich geht, müssen Forscher tiefer gehen – und das geht mit den Argo-Schwimmern.

Quelle: Argo data/Roemmich © ZEIT ONLINE

"Die Leute sprechen davon, dass der Blob wegging und wiederkam. Aber es ist schwer zu sagen, ob er einfach nur anhielt", sagt Dean Roemmich, der die Argo-Schwimmer an der Westküste der USA überwacht und Professor für Klima, Atmosphärenphysik und Ozeanografie an der UC San Diego ist. "Wir werden noch Monate brauchen, das zu verstehen."

In einigen Regionen im Meer ist das Wasser dauerhaft warm, vor allem in den südlichen Breiten entlang des 40. Breitengrads, der den unteren Zipfel von Südamerika abtrennt, Tasmanien und Australien teilt und dann weiter bis nach Neuseeland verläuft. "Der Wärmegehalt der Ozeane erreicht dort sein Maximum", sagt Roemmich. "Warum das so ist, ist eine offene Frage, vermutlich hat es mit Winden zu tun."

Wärmeres Wasser aber kann weniger Sauerstoff aufnehmen, es schmilzt Eispanzer schneller, dehnt sich aus und lässt den Meeresspiegel steigen. Lokale Phänomene wie die Blobs treffen ein Ökosystem auf einen Schlag, töten Pflanzen und Tiere oder bringen sie zumindest aus ihrem natürlichen Gleichgewicht. Sie spielen aber auch eine Rolle für globale Systeme, indem sie Umweltveränderung und Kettenreaktionen in den Ozeanen anstoßen. Was dabei letztlich auf was folgt, ist schwer zu sagen.

Hinzu kommt: "Der Wärmetransport zwischen Luft und Wasser ist nicht im Gleichgewicht, da sich die Luft bereits viel schneller erwärmt hat. Selbst wenn wir die globale Mitteltemperatur bis zur Mitte des Jahrhunderts stabilisieren, wie es das Pariser Klimaabkommen vorsieht, wird sich das Meer noch über viele Jahrhunderte weiter erwärmen", sagt der Physiker Torsten Albrecht vom PIK. Der Wissenschaftler Cheng fügt hinzu, dass der Mensch die bereits geschehene Erwärmung vermutlich nicht einmal in Hunderten oder Tausenden von Jahren umkehren kann: "Wir Menschen müssen uns anpassen, und wir müssen dem Leben im Meer helfen, sich anzupassen. Vor allem aber müssen wir global und ab sofort weniger Treibhausgase ausstoßen. Erst dann werden sich die Ozeane weniger erwärmen."

*Hinweis: Das Video und die folgenden vier Grafiken zeigen, wie sich die Energiemenge der Ozeane – und damit die Temperatur – gemittelt bis in eine Tiefe von 2.000 Metern ändert. Rote Flächen sind wärmer als die Durchschnittstemperatur der Referenzperiode zwischen 1981 und 2010. Blaue Flächen sind kälter. Für circa ein Prozent der Ozeane liegen keine Daten vor, sie sind nicht eingefärbt.