Durchbruch in der Modellierung

Der Blick von oben auf die Deutsche Bucht. Küstenmeere bilden eine komplexe Übergangszone zwischen den beiden größten CO2-Senken des globalen Kohlenstoffkreislaufes Aufnahme: ESA/Meris [DOWNLOAD]

Um dem fortschreitenden Klimawandel entgegenzuwirken, ist es wichtig zu verstehen, wie sich CO2-Emissionen verteilen. Und welche Austauschprozesse zwischen Atmosphäre, Ozean und Land die Verteilung regulieren. Methodische Entwicklungen der vergangenen Jahre erlauben es, physikalische und biogeochemische Prozesse in Klimarechenmodellen flexibler einzubinden und einzelne Regionen mit einer höheren Auflösung zu erfassen.

Dies haben sich Forschende des Exzellenzclusters „Climate, Climatic Change, and Society“ (CLICCS) zunutze gemacht. In einer Zusammenarbeit des Helmholtz-Zentrums Hereon, der Universität Hamburg, des Max-Planck-Instituts für Meteorologie sowie der Universität Bern haben sie ein neuartiges Ozeanmodell entwickelt, das erstmalig den Transport von Kohlenstoff sowie dessen Einlagerung und Umsatz für den globalen Küstenozean effizient simulieren kann: ICON-Coast.

Das Ozeanmodell ICON-Coast kann gleichzeitig physikalische und biogeochemische Prozesse in verschiedenen Maßstäben darstellen. Es berücksichtigt erstmals die Rolle von Küstenmeeren im globalen Kohlenstoffkreislauf. Rötlich markierte Gebiete zeigen Regionen mit erhöhtem Planktonwachstum, das zur Aufnahme von CO2 aus der Atmosphäre beiträgt. Grafik: Hereon/ Moritz Mathis [DOWNLOAD]

In der computergestützten Klimaforschung wurden Land und Ozean, die beiden großen Kohlenstoffspeicher der Erde, bisher nur getrennt voneinander berücksichtigt. Der Transport von Kohlenstoff in die Küstenmeere, beispielsweise über Flusseinträge, Küstenerosion und Tidenwattflächen, wurde außer Acht gelassen. Küstenspezifische Prozesse ließen sich nur eingeschränkt und räumlich grob abbilden, weil die Modelle für globale Skalen entwickelt wurden.

Aufgrund der in ICON-Coast verwendeten realistischeren Darstellung und höheren Auflösung in der Übergangszone zwischen Land und Ozean bietet das Modell neue Möglichkeiten, die Auswirkungen des Klimawandels auf Küstengebiete und marine Ökosysteme zu erforschen, wie etwa Risiken durch Hitzewellen, Stürme oder den globalen Meeresspiegelanstieg.

Aus Beobachtungen ist bekannt, dass der Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentration die Aufnahme von CO2 in den Ozean verstärkt und dadurch den Klimawandel erheblich abmildert. Simulationen mit ICON-Coast geben jetzt Aufschluss über die Ursachen und ermöglichen es, die Funktion von Küsten- und Randmeeren in der Klimadynamik der Erde besser zu verstehen: „Unsere Analysen zeigen, dass erhöhtes Planktonwachstum der Schlüssel zur verstärkten CO2-Aufnahme im Küstenmeer ist und diese höher ist als im offenen Ozean. Grund dafür sind klimabedingte Veränderungen der Ozeanzirkulation und wachsende Nährstoffeinträge aus Flüssen", sagt Dr. Moritz Mathis, der die Studie leitete. Die Forschenden erwarten außerdem, dass der Intensitätsunterschied zwischen Küstenmeer und offenem Ozean mit fortwährenden CO2-Emissionen weiter zunimmt.

Umso wichtiger: „Küstenmanagementstrategien, die die biologische Produktion beeinträchtigen, könnten die CO2-Aufnahme des Ozeans abschwächen und den Klimaschutz erschweren.“, betont Mathis. „Mit dem neuen Modell können wir auch Ansätze zur CO2-Vermeidung wie Offshore-Windenergie auf ihre Wirksamkeit und unerwünschte Nebenwirkungen prüfen.“