Meeresspiegelanstieg an der Ostküste: Wärme im subpolaren Nordatlantik als Haupttreiber

Klimaforschende untersuchen seit Jahren die Ursachen des Meeresspiegelanstiegs an der Ostküste. Schmelzende Gletscher, die Ausdehnung wärmeren Wassers und Veränderungen des Golfstroms tragen jeweils zu diesem Anstieg bei, und die Bilanz schien weitgehend vollständig.

Ein von der NASA geleitetes Team entdeckte jedoch einen bislang fehlenden Faktor. Den Ergebnissen zufolge liegt der wichtigste Auslöser des langfristigen Anstiegs an der Küste in einem kalten, abgelegenen Ozeangebiet nahe Grönland – Tausende Kilometer von jeder US-Küste entfernt.

Ein unauffälliges Signal im Ozean

Der Meeresspiegelanstieg entlang der Ostküste hat zwei Ebenen. Die globale Erwärmung lässt Eis schmelzen und das Meerwasser sich ausdehnen, wodurch der Wasserspiegel weltweit steigt; zusätzlich sorgt ein regionales Muster dafür, dass manche Küsten rascher betroffen sind als andere.

Warum der Meeresspiegel an der Ostküste besonders stark steigt, blieb bislang unklar. Forschende wussten, dass Prozesse an der Oberfläche – Wind, der auf das Wasser einwirkt, und Wärme, die zwischen Meer und Atmosphäre ausgetauscht wird – eine Rolle spielen. Den Anteil jedes einzelnen Faktors zu bestimmen, erwies sich allerdings als schwierig.

Ein Team des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, das zum California Institute of Technology gehört, ging dieser Frage nach. Geleitet wurde die Untersuchung vom JPL-Ozeanografen Ou Wang, der die Berechnungen auf eine bisher kaum erprobte Weise ausführte.

Zwei Küsten, ein gemeinsamer Auslöser

Als Vergleichspunkte wählte das Team Nantucket in Massachusetts für den Nordosten und Charleston in South Carolina für den Südosten. Beide Orte verfügen über lange Pegelmessreihen und stehen für deutlich unterschiedliche Küstenabschnitte.

Die Forschenden werteten Klimamodell-Daten für den Zeitraum von 2000 bis 2100 aus und konzentrierten sich darauf, wie sich die Meeresoberfläche bei anhaltender Erwärmung verhielt. Das Modell lieferte für ein ganzes Jahrhundert Karten des Winddrucks und des Wärmeaustauschs an der Meeresoberfläche.

Die Ergebnisse waren eindeutig: Ein einzelner Treiber erklärte die Veränderungen an beiden Küsten. Das Signal stammte weder von örtlichen Winden noch von nahegelegenen Meeresströmungen, sondern von einer Wärmequelle weit im Norden.

Wo die Wärme im Ozean verbleibt

Entscheidend ist der Wärmefluss im subpolaren Atlantik – jenem kalten, stark durchmischten Meeresgebiet südlich von Grönland, in dem warme Strömungen aus dem Süden absinken und wieder zurückzirkulieren. Dort wird Wärme in enormem Ausmaß zwischen Atmosphäre und Meer ausgetauscht.

Während des hundertjährigen Modellzeitraums veränderte sich dieser Austausch. Mehr Wärme blieb im Wasser, anstatt in die Atmosphäre zu entweichen, und die zusätzliche Erwärmung beeinflusste sowohl die Schichtung als auch die Dichte des Wassers.

Das Signal blieb nicht an seinem Ursprungsort. Unterschiede im Ozeandruck und langsam wandernde Küstenwellen transportierten es südwärts, bis es sich schließlich in höheren Wasserständen bei Nantucket und Charleston zeigte.

Eine weitere Studie bringt dasselbe Zirkulationssystem mit dem Überschwemmungsrisiko im Südosten in Verbindung.

Wind gegenüber Wärme

Wind ist keineswegs bedeutungslos. Das Team stellte fest, dass Windstress – die Reibung zwischen bewegter Luft und der Meeresoberfläche – die Schwankungen von Jahr zu Jahr und von Jahrzehnt zu Jahrzehnt bestimmte.

Mehrere stürmische Jahre, auf die eine ruhigere Phase folgt, können die von Pegeln erfassten Werte beeinflussen. Über ein Jahrhundert hinweg gleichen sich starke Böen und windschwache Zeiten jedoch aus.

Der langsame Anstieg des durchschnittlichen Meeresspiegels geht auf dieses nördliche Wärmesignal zurück, nicht auf Prozesse vor der US-Küste. Beide Einflüsse waren bereits vermutet worden, doch erst jetzt wurden sie über ein vollständiges Jahrhundert direkt nebeneinander quantifiziert.

Die Ursache rückwärts verfolgen

Das Team setzte eine Methode namens adjungierte Sensitivität ein, mit der sich ein physikalisches Problem rückwärts berechnen lässt. Ausgehend von der Küste verfolgt diese Technik den Weg zurück, um den Ursprung eines Signals zu ermitteln.

Damit konnten die Forschenden den gesamten Nordatlantik untersuchen und jeden Bereich danach bewerten, wie stark er den Meeresspiegel bei Nantucket und Charleston beeinflusst. Besonders deutlich traten weit entfernt von der US-Küste liegende Schwerpunkte hervor – vor allem im subpolaren Atlantik.

Frühere Untersuchungen deuteten bereits auf eine solche Fernsteuerung hin, stützten sich jedoch meist auf Korrelationen statt auf Ursachen. Die adjungierte Methode verfolgt Ursachen unmittelbar: Sie zeigt, wo ein Signal physikalisch entsteht, und nicht nur, wo es sich parallel zur Küste verändert.

Meeresspiegelanstieg an der Ostküste

Die US-Ostküste befindet sich in einer besonders empfindlichen Lage. Ihr Kontinentalschelf ist breit und flach, sodass sich vor der Küste angesammeltes Wasser gegen den Schelf aufstauen und landeinwärts vordringen kann – in einer Weise, die an anderen Küsten nicht vorkommt.

Diese Geometrie und die langsame Wanderung der Signale aus dem subpolaren Atlantik nach Süden verbinden Städte von Boston bis Miami mit dem Verhalten des Ozeans weit im Norden. Sie teilen denselben grundlegenden Auslöser.

Andere Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass regionale Meeresspiegel deutlich vom globalen Durchschnitt abweichen können. Entlang der US-Küsten übertrifft die Anstiegsrate diesen Durchschnitt, und diese Studie liefert einen konkreten Mechanismus für diese Differenz.

Was sich dadurch ändern könnte

Die Arbeit gibt Klimamodellierenden ein präziseres Ziel vor. Um Prognosen für den Meeresspiegelanstieg an der Ostküste zu verbessern, muss die Auflösung im subpolaren Nordatlantik erhöht werden.

Die Ergebnisse verändern auch, worauf Küstenplanende in Norfolk oder Wilmington in North Carolina achten sollten. Ein wärmerer Winter in der Labradorsee könnte Hinweise auf die dortigen Wasserstände in einem Jahrzehnt liefern.

Bis zu dieser Studie galt der Meeresspiegelanstieg an der Ostküste als Summe vieler überlagerter Kräfte. Nun hat der dominante Einfluss einen Namen und eine Adresse: den subpolaren Nordatlantik und die Wärme, die er zurückhält.