Ice-core d-excess reveals a shift to wind-driven control of oceanic evaporation in warm climates
Durch die Umdeutung des Deuterium-Überschusses in antarktischen Eisbohrkernen als Proxy für ozeanische Verdunstungsraten offenbart diese Studie eine 800.000-jährige Geschichte, in der sich die Kontrolle der Verdunstung von der thermodynamischen Temperaturabhängigkeit in kalten Glazialperioden hin zu windgetriebenen Dynamiken in warmen Klimata verschiebt, was darauf hindeutet, dass zukünftige Reaktionen des Wasserkreislaufs gleichermaßen durch die atmosphärische Zirkulation bestimmt werden.
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Die Geschichte des Erdklimas ist in der Luft geschrieben, doch ein Großteil dieser Geschichte verbirgt sich im Wasserdampf, der aus den Ozeanen aufsteigt. Seit Jahrzehnten betrachten Wissenschaftler die uralten Eisschilde in der Antarktis als eine Bibliothek vergangener Klimata, indem sie die chemischen Signaturen lesen, die in den Eisschichten eingeschlossen sind, die vor Hunderttausenden von Jahren als Schnee niedergingen. Eine spezifische Signatur, bekannt als Deuterium-Überschuss, war lange Zeit eine Quelle der Verwirrung. Es handelt sich dabei um einen subtilen Unterschied im Gewicht der Wassermoleküle, der entsteht, wenn Ozeanwasser verdunstet. Traditionell nutzten Forscher dieses Signal, um auf die Temperatur des Ozeans zu schließen, in dem die Feuchtigkeit ihre Reise begann, oder darauf, wie feucht die Luft in jenem Moment war. Diese beiden Faktoren vermischen sich jedoch zusammen mit der Windgeschwindigkeit zu diesem Signal. Da sie so eng miteinander verwoben sind, war es schwierig festzustellen, welcher Faktor die in den Eis beobachteten Veränderungen tatsächlich vorantrieb, was eine Lücke in unserem Verständnis darüber hinterließ, wie der globale Wasserkreislauf auf einen wärmer werdenden oder abkühlenden Planeten reagiert hat.
Eine neue Studie von Ajay Ajay und Kollegen vom Indian Institute of Science Education and Research Kolkata, zusammen mit Kooperationspartnern der Universität Tokio und der University of Alaska Anchorage, hat diese Mehrdeutigkeit gelöst, indem sie die Frage grundlegend änderte. Anstatt zu versuchen, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wind zu trennen, um eine einzige Ursache zu finden, erkannten die Forscher, dass das Deuterium-Überschuss-Signal tatsächlich die Gesamtmenge des Wassers verfolgt, das aus der Meeresoberfläche verdunstet. Indem sie diese uralte chemische Signatur als direktes Maß für die Verdunstungsraten behandelten, konnten sie eine kontinuierliche Geschichte darüber rekonstruieren, wie viel Feuchtigkeit der Südliche O океan in den letzten 800.000 Jahren in die Atmosphäre abgegeben hat. Diese Aufzeichnung umfasst mehrere Zyklen von Eiszeiten und Warmzeiten und bietet somit die erste langfristige Sicht auf den allerersten Schritt des globalen Wasserkreislaufs.
Die Forscher begannen damit, zu beweisen, dass ihr neuer Ansatz in der modernen Welt funktionierte. Sie verglichen die aus modernen Wetterdaten berechneten Deuterium-Überschuss-Werte mit tatsächlichen Messungen der Meeresverdunstung durch Satelliten und schiffgestützte Instrumente. Sie fanden eine starke, zuverlässige Verbindung: Wo der Wind stärker und die Luft trockener war, war der Deuterium-Überschuss höher und die Verdunstungsrate schneller. Diese Beziehung erwies sich als wahr über die spezifische Region des Südindischen Ozeans, die Feuchtigkeit in die Antarktis transportiert. Sobald dieser Zusammenhang bestätigt war, wandten sie dieselbe Logik auf den antiken Eisbohrkern vom EPICA Dome C-Standort in der Antarktis an. Dieser Kern enthält eine makellose Aufzeichnung von Schneefällen, die 800.000 Jahre zurückreicht, was es dem Team ermöglichte, die chemischen Verschiebungen im Eis in eine Zeitlinie der Verdunstungsintensität zu übersetzen.
Was sich aus dieser Zeitlinie ergab, war eine überraschende Verschiebung in der Art und Weise, wie das Klimasystem funktioniert. Während der kältesten Perioden der Vergangenheit, als die Welt in tiefen Eiszeiten gefangen war, wurde die Menge der Verdunstung eng durch die Temperatur der Meeresoberfläche kontrolliert. Wenn der Ozean wärmer oder kälter wurde, stieg oder sank die Verdunstung in direktem Einklang mit ihr. Doch als das Klima in die Übergangsphasen und die aktuellen warmen Interglazialzeiten (Warmzeiten) überging, brach diese Beziehung zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass während dieser wärmeren Zeiten die Temperatur des Ozeans nicht mehr diktierte, wie viel Wasser verdunstete. Stattdessen wurde die Windgeschwindigkeit zur dominierenden Kraft. Wenn der Wind auffrischte, fegte er trockene Luft über den Ozean und zog so mehr Feuchtigkeit in die Atmosphäre, selbst wenn die Ozeantemperatur konstant blieb.
Diese Entdeckung zeigt, dass die Kontrolle über den Wasserkreislauf der Erde nicht feststeht; sie wechselt, je nach Zustand des Klimas. In kalten Welten treibt die Hitze des Ozeans den Prozess an. In warmen Welten treibt die Bewegung der Luft ihn an. Die Studie zeigt, dass die Quelltemperatur und die Windgeschwindigkeit zusammen 81 Prozent der Veränderungen der Verdunstung über die letzten 800.000 Jahre erklären, während die Temperatur allein nur 55 Prozent erklärt. Dies bedeutet, dass in einem wärmer werdenden Klima die Stärke des Wasserkreislaufs ebenso sehr von der atmosphärischen Zirkulation und den Windmustern abhängt wie von steigenden Temperaturen. Die Ergebnisse legen nahe, dass zukünftige Veränderungen der globalen Verdunstung und des Niederschlags stark davon abhängen werden, wie die Winde auf einen wärmeren Planeten reagieren – ein Faktor, der bis jetzt nur schwer vorherzusagen war. Indem sie das Eis nicht als Thermometer, sondern als Messgerät des „Atems“ des Ozeans lasen, haben die Forscher ein klareres, physischeres Bild davon geliefert, wie sich das Wasser unseres Planeten bewegt.
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