Erwärmung der Meere Polare Schelfmeere nehmen mehr Kohlendioxid auf, als bisher angenommen

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Marine Hitzewellen sind eine Folge des Klimawandels und verändern weltweit zunehmend Meer- und Küstenregionen. Eine internationale Studie unter Leitung des Helmholtz-Zentrums Hereon zeigt nun, dass viele Küstenmeere während dieser Extremereignisse mehr CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen als unter normalen Bedingungen. 

Als marine Hitzewellen bezeichnen Forschende Phasen, in denen die Wassertemperatur im Meer mindestens fünf Tage lang höher ist als 90 Prozent der Temperaturwerte, die in einem 30-jährigen Vergleichszeitraum für dieselbe Region gemessen wurden. Sie können bis zu mehreren Wochen andauern. Bisher gingen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon aus, dass wärmeres Meerwasser weniger Kohlendioxid (CO₂) aufnehmen kann, denn die physikalische Löslichkeit von Gasen nimmt mit steigender Temperatur ab. Bisherige Untersuchungen aus dem offenen Ozean zeigen klar eine entsprechende Abschwächung der natürlichen CO₂-Aufnahme während Hitzewellen. In polaren und subpolaren Schelfmeeren tritt jedoch ein gegenteiliger Effekt auf, wie die Hereon-Studie zeigt.

Wassertemperatur nur ein Faktor von vielen

Schelfmeere sind flache Meergebiete am Rand von Kontinenten wie zum Beispiel Regionen des Nordwest-Pazifiks und Nordatlantiks. Ihr Anteil an der weltweiten Ozeanfläche beträgt etwa 7 Prozent. In polaren Regionen führen marine Hitzewellen zu einem Rückgang des Meereises. Dadurch kann sich die offene Wasserfläche um bis zu 30 Prozent vergrößern. Zwischen der Atmosphäre und dem Meer herrscht ein ständiger Gasaustausch. Das Wasser nimmt unter anderem CO₂ aus der Luft auf. Eine dicke Meereisschicht wirkt wie eine Barriere und hemmt diesen Austausch. Schmilzt das Eis, kann mehr CO₂ vom flüssigen Wasser aufgenommen werden.

Gleichzeitig dringt durch den Rückgang des Eises mehr Licht ins Oberflächenwasser, was das Wachstum von Phytoplankton fördert. Diese mikroskopisch kleinen Algen sind die Nahrungsgrundlage allen Lebens im Meer. Sie bilden durch Photosynthese Biomasse und entziehen dem Wasser Kohlenstoff – die CO₂-Konzentration im Oberflächenwasser sinkt.

Die Forschenden analysierten mit modernen Ozeanmodellen riesige Datensätze zum CO₂-Austausch in globalen Küsten- und Schelfmeeren von 1985 bis 2020 und verglichen sie mit Daten des offenen Ozeans. Das Ergebnis: Während der Hitzewellen erhöhte sich die CO₂-Aufnahme in den Küsten- und Schelfmeeren weltweit um durchschnittlich 11 Prozent, während sie auf dem offenen Ozean um 8 Prozent sank. Das Team konnte zeigen, dass die Kombination aus vergrößerter eisfreier Wasserfläche und verstärkter CO₂-Aufnahme den durch die Erwärmung verursachten Rückgang der CO₂-Löslichkeit teilweise oder sogar vollständig ausgleichen kann.

Auf den ersten Blick scheint die Sache einfach: Wärmeres Wasser löst weniger CO₂. Unsere Ergebnisse zeigen aber, dass Temperatur nur ein Faktor von vielen ist.

Zhentao Hu, Erstautor der Studie und Doktorand am Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung.

„Unsere Ergebnisse liefern einen wichtigen Baustein, um die komplexen Entwicklungen des Klimas auf der Erde besser zu verstehen“, sagt der Co-Autor und Hereon-Forscher Dr. Wenyan Zhang. Er betont, dass die Studie einen einzelnen Aspekt eines hochkomplexen Systems beleuchtet. „Dass wir eine erhöhte CO₂-Aufnahme in Küsten- und Schelfmeeren feststellen, bedeutet nicht zwangsläufig, dass marine Hitzewellen positive Auswirkungen auf das Meer und das Klima haben. Marine Hitzewellen verursachen weltweit erhebliche Veränderungen. Durch das Schmelzen des Schelfeises steigt der Meeresspiegel, Lebensräume, Biodiversität und Nahrungsnetze werden verschoben, der Salzgehalt der Ozeane sinkt und die Erde erwärmt sich schneller, weil weniger Sonnenlicht vom Eis reflektiert wird.“

Klimaszenarien besser verstehen

Der Ozean nimmt heute einen erheblichen Teil der vom Menschen verursachten CO₂-Emissionen auf und ist damit ein wichtiger Faktor für das Klimageschehen auf der Erde. „Unklar ist, ob der Effekt der zusätzlichen CO₂-Aufnahme in Schelfmeeren auch in einer Zukunft bestehen bleibt, in der marine Hitzewellen häufiger, länger und intensiver werden könnten“, sagt Zhang. Die Studienergebnisse können dabei helfen, zukünftige Klimaszenarien besser einzuschätzen und zu berechnen. Das Zusammenspiel aller Faktoren des hochkomplexen Klimasystems muss in weiterführenden Studien genauer erforscht werden.

Originalpublikation:  Z. Hu, M. Mathis, H. Li, T. Ilyina, Y. G. Voynova, V. A. Macovei, F. Zhou, Qi. Meng, C. Schrum & W. Zhang, Polar and subpolar shelf seas dominate enhanced coastal  CO₂ uptake during marine heatwaves, Nature Communications volume 17, Article number: 9346 (2026)