In den gefrorenen, stürmischen Gewässern, die die Antarktis umgeben, vollzieht sich einer der dramatischsten und rätselhaftesten Umweltwandel unserer Zeit. Wissenschaftler haben ein erstaunliches Paradoxon entdeckt, das jahrzehntealten Klimamodellen und den grundlegenden Annahmen der Ozeanographie widerspricht: Während das antarktische Meereis in beispiellosem Tempo schmilzt, werden die Oberflächengewässer des Südpolarmeers immer salziger. Dieses Phänomen ist nicht nur eine wissenschaftliche Kuriosität; es ist ein alarmierendes Signal, dass eines der wichtigsten Klimasysteme unseres Planeten möglicherweise einen Kipppunkt überschritten hat und in einen neuen, unvorhersehbaren und potenziell gefährlichen Zustand mit weitreichenden Folgen für die ganze Welt eingetreten ist.

Seit 2015 hat die Antarktis eine Meereisfläche von der Größe Grönlands verloren, was eine der schnellsten und größten Umweltveränderungen darstellt, die in den letzten Jahrzehnten auf der Erde verzeichnet wurden. Nach der konventionellen wissenschaftlichen Logik sollte das Schmelzen riesiger Eismengen und die Zunahme von Niederschlägen in einer sich erwärmenden Welt die Oberflächenschicht des Ozeans verdünnen und sie weniger salzig machen. Genau das war der Trend, den Wissenschaftler über dreißig Jahre lang, seit den frühen 1980er Jahren, beobachtet hatten. Dieser Prozess der „Aussüßung“ des Wassers stärkte die Stabilität des Ozeansystems und trug sogar zur Ausdehnung des Meereises bei. Doch die neuesten Daten, die mit fortschrittlicher Satellitentechnologie gesammelt wurden, haben eine plötzliche und schockierende Umkehr aufgedeckt. Der Trend hat nicht nur angehalten, sondern sich vollständig umgekehrt. Die Gewässer südlich des 50. Breitengrades zeigen nun einen deutlichen Anstieg des Salzgehalts, wobei die Anomalien an einigen Stellen 0,2 psu (praktische Salinitätseinheiten) überschreiten, was eine signifikante Abweichung darstellt.

Diese Umkehr stellt eine fundamentale Herausforderung für bestehende Klimavorhersagen dar. Modelle, die bisher für Projektionen der Klimazukunft verwendet wurden, gingen davon aus, dass sich der Aussüßungsprozess fortsetzen würde, was als stabilisierender Mechanismus für den antarktischen Eisschild wirken würde. Die Tatsache, dass genau das Gegenteil geschieht, deutet darauf hin, dass es in unserem Verständnis der polaren Ozeandynamik eine kritische Lücke gibt. Offensichtlich ist ein Mechanismus oder eine Rückkopplung am Werk, die bisher unterschätzt oder völlig unbekannt war, was zukünftige Klimaprojektionen erheblich unsicherer und potenziell viel düsterer macht, als man bisher dachte.

Wie eine salzigere Oberfläche die gefangene Wärme aus der Tiefe freisetzt

Um zu verstehen, warum der Anstieg des Salzgehalts so gefährlich ist, müssen wir in die grundlegende Physik des Südpolarmeers eintauchen. In den Polarregionen ist die Wassersäule des Ozeans von Natur aus geschichtet oder stratifiziert. An der Oberfläche befindet sich eine Schicht aus kaltem und relativ süßem Wasser, das aufgrund seines geringeren Salzgehalts leichter und weniger dicht ist. Unter dieser Schutzschicht liegt ein riesiges Reservoir an deutlich wärmerem und salzigerem Wasser, das als Zirkumpolares Tiefenwasser (CDW) bekannt ist. Unter normalen Bedingungen wirkt diese kalte Oberflächenschicht wie ein Deckel, der riesige Wärmemengen in den Tiefen des Ozeans einschließt und das Meereis vor dessen Einfluss isoliert. Die Stabilität dieser Barriere hängt in den kalten Gewässern der Antarktis hauptsächlich vom Salzgehalt ab – je süßer die Oberfläche, desto fester der „Deckel“.

Jahrzehntelang befand sich dieses System in einem Gleichgewichtszustand und verstärkte sich sogar. Das Schmelzen des Eises fügte der Oberfläche Süßwasser hinzu, was die Schichtung verstärkte und das Eis somit vor der darunter liegenden Wärme schützte. Es war ein stabilisierender, negativer Rückkopplungsmechanismus. Nach 2015 kehrte sich das System jedoch um. Der Anstieg des Salzgehalts an der Oberfläche machte die obere Wasserschicht dichter und schwerer. Dadurch verringerte sich der Dichteunterschied zwischen der Oberflächen- und der Tiefenschicht, und die Schutzbarriere wurde geschwächt.

Diese Schwächung der Schichtung löste eine gefährliche, sich selbst verstärkende Rückkopplungsschleife aus. Wärmeres und salzigeres Wasser aus der Tiefe kann nun leichter nach oben dringen und sich mit der Oberflächenschicht vermischen. Diese aufsteigende Wärme beginnt, das Meereis von unten zu schmelzen, ein Prozess, der viel schwieriger zu stoppen ist als das durch die Sonne verursachte oberflächliche Schmelzen. Obwohl das Schmelzen des Eises Süßwasser hinzufügt, ist der dominierende Prozess nun die vertikale Vermischung geworden, die noch mehr Salz und Wärme an die Oberfläche bringt. So entstand ein Teufelskreis: Salzhaltigeres Wasser lässt Wärme aufsteigen, was mehr Eis schmilzt, und dies schafft es, entgegen der Intuition, nicht, die Oberfläche ausreichend zu „versüßen“, um den Prozess zu stoppen, sodass das System in einem neuen, wärmeren und salzigeren Zustand mit einer dauerhaft reduzierten Eisdecke gefangen bleibt. Das antarktische Klimasystem ist von einem Zustand der Selbstregulierung in einen der Selbstzerstörung übergegangen.

Das Wiedererwachen eines Riesen: Die Rückkehr der Maud-Rise-Polynja

Der eindrucksvollste und sichtbarste Beweis für diese tiefgreifende Veränderung im Ozean ist das Wiederauftauchen eines riesigen Lochs im Eis, bekannt als die Maud-Rise-Polynja. Eine Polynja ist ein großes, beständiges Gebiet offenen Wassers innerhalb einer ansonsten gefrorenen Meereisdecke. Diese spezielle Polynja, die sich im Weddellmeer über dem unterseeischen Berg befindet, nach dem sie benannt ist, war Mitte der 1970er Jahre ein massives Phänomen. Danach war sie fast 40 Jahre lang größtenteils inaktiv und trat selten auf. Ihre Ruhephase fiel mit der Periode der Stärkung der ozeanischen Schichtung zusammen.

Zur allgemeinen Überraschung der wissenschaftlichen Gemeinschaft kehrte die Polynja in den Wintern 2016 und 2017 dramatisch zurück, genau zu der Zeit, als Satelliten einen starken Anstieg des Salzgehalts und eine Abschwächung der Schichtung verzeichneten. Auf ihrem Höhepunkt erreichte sie unglaubliche Ausmaße, vergleichbar mit der Fläche der Schweiz oder fast viermal so groß wie Wales. Ihre Rückkehr ist nicht nur ein Symptom, sondern auch ein mächtiger Akteur in der neu entstandenen Klimadynamik.

Polynjas dieses Typs entstehen, wenn die vertikale Vermischung des Ozeans stark genug ist, um warmes, tiefes Wasser bis an die Oberfläche zu befördern. Diese Wärme schmilzt das vorhandene Eis und verhindert die Bildung neuen Eises, selbst mitten im Polarwinter. Die Reaktivierung dieses Prozesses ist eine direkte Folge der salzigeren Oberfläche, die die Tiefenwärme nicht mehr zurückhalten kann. Daher ist die Maud-Rise-Polynja nicht nur ein Loch im Eis; sie ist ein riesiger Ventilationsschacht, der enorme Mengen an Wärme und Feuchtigkeit aus dem Ozean direkt in die kalte polare Atmosphäre abgibt. Dies verändert die Energiebilanz der Region grundlegend, beeinflusst lokale und globale Wettermuster und verstärkt die Prozesse, die sie geschaffen haben, wodurch das antarktische System weiter destabilisiert wird. Wie der Leiter der Studie, Dr. Alessandro Silvano, feststellte, „unterstreicht die Rückkehr der Maud-Rise-Polynja, wie anormal die aktuelle Situation ist“.

Technologischer Sprung: Augen am Himmel und Roboter in der Tiefe

Diese revolutionäre Entdeckung wäre ohne den technologischen Fortschritt nicht möglich gewesen, der es den Wissenschaftlern ermöglichte, einen der unwirtlichsten Teile des Planeten zu untersuchen. Das Südpolarmeer ist abgelegen, ständig von Stürmen heimgesucht und monatelang in völlige Dunkelheit gehüllt, was die traditionelle Forschung mit Schiffen extrem schwierig und unzureichend für die Überwachung von Veränderungen in großem Maßstab macht.

Eine Schlüsselrolle spielte ein Satellit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) namens SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), der 2009 gestartet wurde. SMOS ist mit einem innovativen Radiometer ausgestattet, das im L-Band des Mikrowellenspektrums arbeitet. Dieses Instrument misst die natürliche Mikrowellenstrahlung, die von der Erdoberfläche emittiert wird und die subtil vom Salzgehalt des Meerwassers beeinflusst wird. Die Messung des Salzgehalts aus dem Weltraum, insbesondere in kalten polaren Gewässern, wo das Signal extrem schwach und störanfällig ist, stellt jedoch eine enorme technische Herausforderung dar.

Der eigentliche Durchbruch gelang dank eines Teams von Forschern, insbesondere denen des Kompetenzzentrums in Barcelona (Barcelona Expert Centre), die fortschrittliche Algorithmen und einen neuen regionalen Datenprozessor entwickelten. Diese Software wurde speziell angepasst, um die Einschränkungen zu überwinden und das Rauschen aus den Satellitendaten unter polaren Bedingungen zu „bereinigen“. Genau diese Innovation ermöglichte es, rohe, verrauschte Signale in ein klares und kohärentes Bild der Salzgehaltsänderungen im gesamten Südpolarmeer umzuwandeln.

Um die Satellitenbeobachtungen zu bestätigen, nutzten die Wissenschaftler auch Daten aus dem Feld. Ein Netzwerk autonomer Roboter-Floße, wie die aus dem Argo-Programm, taucht kontinuierlich durch die Wassersäule und sammelt direkte Messungen von Temperatur und Salzgehalt von der Oberfläche bis in eine Tiefe von 2000 Metern. Die Kombination aus der breiten Abdeckung durch den SMOS-Satelliten und den präzisen, tiefgehenden Messungen der Floße schuf einen leistungsstarken Fünfzehnjahresdatensatz, der die dramatische Trendumkehr nach 2015 unwiderlegbar aufdeckte. Zum ersten Mal in der Geschichte können Wissenschaftler diese kritischen Veränderungen in Echtzeit verfolgen und so einen der größten „blinden Flecken“ der Klimatologie in ein Armaturenbrett der Lebenszeichen des Planeten verwandeln.

Globaler Domino-Effekt: Warum uns die Veränderungen in der Antarktis alle angehen

Die Veränderungen in den entlegenen Gewässern der Antarktis sind kein isoliertes Ereignis, sondern lösen eine Kettenreaktion mit globalen Folgen aus. Einer der alarmierendsten Aspekte dieser Entdeckung hängt mit der Meridionalen Umwälzzirkulation des Südpolarmeers (SMOC) zusammen, einem entscheidenden Teil des globalen ozeanischen „Förderbandes“, das Wärme, Kohlenstoff und Nährstoffe über den gesamten Planeten transportiert. Die neuen Daten deuten darauf hin, dass sich diese Zirkulation nicht nur verlangsamt, sondern potenziell umkehrt. Anstatt dass Oberflächenwasser in die Tiefe sinkt, steigt nun Tiefenwasser massiv an die Oberfläche.

Dies ist äußerst gefährlich, da dieses Tiefenwasser, das seit Hunderten, ja Tausenden von Jahren eingeschlossen ist, nicht nur außergewöhnlich reich an Wärme, sondern auch an Kohlendioxid (CO2) ist, das der Ozean in der Vergangenheit aus der Atmosphäre aufgenommen hat. Eine Umkehr der Zirkulation bedeutet, dass dieser uralte Kohlenstoff nun wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird. Einige Analysen warnen vor potenziell katastrophalen Folgen: Wenn sich dieser Prozess fortsetzt, könnte er langfristig genug Kohlenstoff freisetzen, um die derzeitigen CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre zu verdoppeln. Dies würde eine „Kohlenstoffbombe“ darstellen, die alle globalen Bemühungen zur Emissionsreduzierung untergraben und den Klimawandel drastisch beschleunigen würde.

Die Folgen sind vielfältig. Erstens bedeutet das Verschwinden des Meereises, das als reflektierender Schild der Erde fungiert, dass die dunklere Ozeanoberfläche mehr Sonnenstrahlung absorbiert, was den Planeten zusätzlich erwärmt. Die freigesetzte Wärme aus dem Ozean in die Atmosphäre kann stärkere Stürme auslösen und Wettermuster Tausende von Kilometern entfernt verändern. Zweitens schmilzt das aufsteigende warme Wasser nicht nur das schwimmende Meereis (das den Meeresspiegel nicht direkt beeinflusst), sondern nagt auch an den massiven kontinentalen Eisschilden der Antarktis, wo sie auf den Ozean treffen. Das Schmelzen dieses Landeises trägt direkt zum Anstieg des globalen Meeresspiegels bei und bedroht Küstengemeinden weltweit.

Ökosystem am Rande des Zusammenbruchs

Die abstrakte Physik und Chemie des Ozeans münden in eine sehr konkrete biologische Katastrophe. Die gesamte Nahrungskette des Südpolarmeers, die fein auf den Rhythmus des Eises abgestimmt ist, bricht vor unseren Augen zusammen. Meereis ist nicht nur lebloses gefrorenes Wasser; seine Unterseite ist ein üppiger, dreidimensionaler Lebensraum, ein „Unterwasserwald“ aus mikroskopisch kleinen Algen, die die Grundlage des Lebens in der Antarktis sind. Diese Algen sind die Hauptnahrung für den Antarktischen Krill – winzige Krebstiere, die den Grundstein des gesamten Ökosystems bilden.

Der Verlust von Meereis bedeutet den Verlust von Lebensraum und Nahrung für Krill-Larven. Die Folge ist ein dramatischer Rückgang der Krill-Population, der in einigen Gebieten wie der Antarktischen Halbinsel auf bis zu 80 % seit den 1970er Jahren geschätzt wird. Dies ist ein katastrophaler Schlag für fast alle größeren Tiere in der Region. Pinguine, als Schlüsselindikatoren für die Gesundheit des Ökosystems, sind die ersten, die betroffen sind. Die Populationen von Adélie- und Zügelpinguinen, die sich fast ausschließlich von Krill ernähren, sind in den letzten 40 Jahren um mehr als 50 % zurückgegangen.

Das Schicksal der Kaiserpinguine, dem Symbol der Antarktis, ist besonders tragisch. Sie sind einzigartig, da sie sich während des harten Winters auf stabilem, mehrjährigem „Festeis“ fortpflanzen. Doch aufgrund der Erwärmung bricht dieses Eis nun im Frühling vorzeitig auf und schmilzt, bevor die Küken Zeit haben, ihr wasserdichtes Gefieder zu entwickeln. Das Ergebnis sind „katastrophale Brutausfälle“, bei denen ganze Generationen von Küken in einigen Kolonien ins eiskalte Wasser geworfen werden und verenden. Ähnlich betroffen sind Robben und Wale, wie Buckelwale, deren Trächtigkeitsraten in Jahren nach schlechter Krillverfügbarkeit sinken. Das System wechselt von einer reichen, energieeffizienten Kette auf der Basis von Krill zu einer ärmeren, in der die Lücke von Salpen gefüllt wird, gallertartigen Organismen, die eine wesentlich schlechtere Nahrungsquelle sind.

Klimasystem am Scheideweg

All diese alarmierenden Signale – die plötzliche Umkehr des Salzgehalts, die gefährliche Rückkopplungsschleife, die Rückkehr der Polynja, die Umkehr der Ozeanzirkulation und der Zusammenbruch des Ökosystems – veranlassen Wissenschaftler, zunehmend Begriffe wie „Kipppunkt“ und „Regimewechsel“ zu verwenden. Es wächst die Befürchtung, dass das Südpolarmeer bereits in einen neuen, permanenten Zustand eingetreten ist, der durch niedrige Eisstände und hohen Salzgehalt definiert ist, ein Zustand, aus dem eine Rückkehr zu früheren Bedingungen innerhalb menschlicher Zeiträume möglicherweise nicht mehr möglich ist.

Dieses Ereignis in der Antarktis ist kein Einzelfall. Es ist einer von mehreren potenziellen globalen klimatischen Kipppunkten, neben dem Schmelzen Grönlands, dem Absterben des Amazonas-Regenwaldes und dem Auftauen des arktischen Permafrosts. Diese Systeme sind miteinander verbunden, und der Kollaps eines Systems kann eine Kaskade auslösen, die auch andere destabilisiert. Die Veränderungen im Südpolarmeer verwandeln das theoretische Konzept eines Kipppunkts in eine beobachtete Realität und dienen als bisher ernsteste Warnung. Sie zeigt, dass der Klimawandel kein langsamer, linearer und vorhersagbarer Prozess ist, sondern plötzlich, überraschend und sich selbst verstärkend sein kann. Wie Dr. Silvano schloss: „Wir treten in ein neues System, eine neue Welt ein.“ Die Notwendigkeit einer kontinuierlichen und robusten Überwachung des Zustands des Planeten war noch nie so groß, da schmerzlich klar geworden ist, dass unsere Fähigkeit, solche Veränderungen vorherzusagen, einfach nicht ausreicht.