Sonne und Ozeane sind entscheidend für das Klima

Die der Politik und der Finanzelite hörige „Wissenschaft“ missachtet völlig die zwei wichtigsten Klimafaktoren Sonne und Ozeane. Die Modelle der UNO-IPCC können daher weder die Vorgänge in der Vergangenheit beschreiben, noch konnten sie bisher zukünftige Entwicklungen richtig prognostizieren.Hier eine Zusammenschau wie Ozeane das Klima beeinflussen und regeln.

Mit einer Gesamtmasse, die 265 Mal so groß ist wie die der Atmosphäre, und einer Wärmekapazität, die 1000 Mal größer ist, speichert der Ozean 96 % der Energie im Klimasystem und empfängt 75 % der Energie, die von der Sonne auf die Oberfläche des Planeten trifft.

Obwohl die oberen 2,5 m des Ozeans so viel Wärme enthalten wie die gesamte Atmosphäre, besteht seine Hauptfunktion beim Klimawandel darin, Wärme zu absorbieren, wenn sich der Planet erwärmt, und sie abzugeben, wenn er sich abkühlt, und so für thermische Trägheit zu sorgen.

Dieser Beitrag enthält ein Kapitel aus dem neuen Buch Solving the Climate Puzzle: The Sun’s Surprising Role von Javier Vinos. Das Buch enthält zahlreiche Belege dafür, dass Veränderungen im polwärts gerichteten Wärmetransport eine der Hauptursachen für die natürlichen Klimaveränderungen auf unserem Planeten sind. Es zeigt auch, dass Veränderungen der Sonnenaktivität diesen Transport beeinflussen und die Sonne als Hauptursache der globalen Erwärmung wiederherstellen.

Da die Klimamodelle den Wärmetransport nicht richtig abbilden und die IPCC-Berichte diesen Prozess völlig vernachlässigen, wird man diese neue Hypothese nicht so leicht abtun können. Bei ernsthaften Wissenschaftlern werden die Erkenntnisse mit der Zeit zu einem besseren Verständnis der natürlichen Klimaveränderungen und hoffentlich zu weniger Klimahysterie führen.

Ein 50-seitiger Auszug aus dem Buch Solving the Climate Puzzle: The Surprising Role of the Sun ist auf der ResearchGate-Seite des Autors verfügbar:.

Die englische Ausgabe des Buches ist bei Amazon und Google Books erhältlich und wird in Kürze über das IngramSpark-Vertriebsnetz auch anderswo verfügbar sein. Die Taschenbuchausgabe enthält schwarz-weiße Abbildungen. Die deutsche Ausgabe wird bald folgen.

Hier ist der mit DeepL übersetzte Text von Kapitel 17 des neuen Buches.

Der Wärmetransport des Ozeans ist weitgehend windgetrieben

Der Ozean ist die Hauptquelle für den polwärts gerichteten Wärmetransport in den Tropen, wobei der tropische Pazifik aufgrund seiner Größe der dominierende Akteur ist. Er exportiert Wärme in den Atlantik und den Indischen Ozean, die als Einzige Wärme über den Äquator transportieren. Der Austausch zwischen den Becken ist jedoch relativ gering, was darauf hindeutet, dass die globalen Meerwasserpfade beim Wärmetransport eine untergeordnete Rolle spielen. Der Atlantik ist einzigartig, da er aufgrund seiner meridionalen Umwälzzirkulation, auf die etwa 60 % der im Nordatlantik transportierten Wärme entfallen, einen ausschließlich nach Norden gerichteten Nettowärmetransport aufweist. Der ozeanische Wärmetransport aus dem Nordatlantik in die nordischen Meere und die Arktis hat zwischen 1998 und 2002, während einer Periode der arktischen und globalen Klimaveränderung, erheblich zugenommen.

Der größte Teil der vom globalen Ozean transportierten Wärme wird durch Wasser mit einer Temperatur von über 10°C (50 °F) transportiert, das sich zwischen 40°N und 40°S in einer Tiefe von weniger als 500 m befindet. Selbst die atlantische meridionale Umwälzzirkulation ist ebenso windabhängig wie die Bildung von Tiefenwasser in den hohen Breiten.

Die Analyse des kritischen Wärmehaushalts der oberen Tropenschicht hat eine bemerkenswerte 11-jährige Variabilität im Zusammenhang mit dem Sonnenzyklus ergeben, die zehnmal größer ist als die Veränderungen der Sonneneinstrahlung. Darüber hinaus zeigen Modellstudien der atlantischen meridionalen Zirkulation, dass der solare Antrieb ihre wichtigste natürliche Determinante ist. Diese Studien unterstreichen die entscheidende Rolle der Sonne bei der Beeinflussung des ozeanischen Wärmetransports durch Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation.

Wärmetransport im Ozean

Der Ozean spielt eine entscheidende Rolle im Klimasystem der Erde, da er für thermische Stabilität sorgt und einen großen Teil der Energie des Systems speichert. Mit einer Gesamtmasse, die 265 Mal so groß ist wie die der Atmosphäre, und einer Wärmekapazität, die 1000 Mal größer ist, speichert der Ozean 96 % der Energie im Klimasystem und empfängt 75 % der Energie, die von der Sonne auf die Oberfläche des Planeten trifft. Diese wesentliche Eigenschaft des Ozeans hat die Existenz von komplexem Leben ermöglicht. Da sich die Erde jedoch derzeit in einer Eiszeit befindet, die vor 34 Millionen Jahren begann (die späte känozoische Eiszeit), hat der Ozean einen kalten Zustand mit einer Durchschnittstemperatur von etwa 4 °C erreicht, und nur die obere gemischte Schicht ist aufgrund der Sonnenerwärmung und windinduzierter Turbulenzen wesentlich wärmer. Die Oberflächentemperatur des offenen Ozeans ist auf 30 °C begrenzt, da oberhalb von 27 °C tiefe Konvektion auftritt, die die Verdunstung erhöht und Wolken bildet, die die Oberfläche wirksam abkühlen. Obwohl die oberen 2,5 m des Ozeans so viel Wärme enthalten wie die gesamte Atmosphäre, besteht seine Hauptfunktion beim Klimawandel darin, Wärme zu absorbieren, wenn sich der Planet erwärmt, und sie abzugeben, wenn er sich abkühlt, und so für thermische Trägheit zu sorgen.

Der Ozean trägt etwa 25 % zum globalen polwärts gerichteten Wärmetransport bei (Kap. 10). In den Tropen ist der Ozean der wichtigste Wärmetransporteur. Noch größer ist sein Beitrag auf der Nordhalbkugel, wo er etwa 30 % des Wärmetransports ausmacht. Der Atlantische Ozean weist jedoch ein einzigartiges Wärmetransportmuster auf. Im Südatlantik findet ein Nettowärmetransport in Richtung Äquator statt (Abb. 25).

Abbildung 25. Wärmetransport im Ozean. Mittlerer meridionaler ozeanischer Wärmetransport (in Petawatt) für den globalen Ozean (durchgezogenes Schwarz), den Atlantik (gestricheltes Rot) und den Indopazifik (gepunktetes Blau).[1]

Der größte Teil der Ozeanwärme wird durch Wasser mit einer Temperatur von über 10 °C transportiert, und zwar hauptsächlich in dem Ozeanband zwischen 40°S und 40°N und oberhalb einer Tiefe von 500 m. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass der meridionale Wärmetransport in diesen Breitengraden wichtiger ist, wo die Hadley-Zelle nicht sehr effektiv ist, um die Wärme polwärts zu transportieren (Kap. 13).

Der globale ozeanische Wärmetransport wird durch den Wärmeexport aus dem tropischen Pazifik dominiert, der die größte tropische Oberfläche hat und die meiste Sonnenenergie erhält. Auffallend ist jedoch, wie sehr der tropische Pazifik den Wärmeexport in andere Ozeane dominiert: Er exportiert viermal mehr Wärme als in den Atlantik und die Arktis importiert wird. Der Atlantik und der Indische Ozean transportieren Wärme nach Norden bzw. Süden über den Äquator, aber der Pazifik liefert diese Wärme durch die Drake-Passage und den indonesischen Durchfluss. Zwar findet ein gewisser Austausch zwischen den Becken statt, doch ist dieser relativ gering, was darauf hindeutet, dass die globalen Meerwasserpfade eine geringe Rolle im Wärmehaushalt der Erde spielen[2].

Polwärts gerichteter Wärmetransport in die Arktis

Im Atlantischen Ozean findet aufgrund der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation ein nordwärts gerichteter Wärmetransport in beiden Hemisphären und über den Äquator statt. Diese Zirkulation ist Teil der thermohalinen Zirkulation, bei der wärmeres, leichteres Wasser in den oberen Schichten des Atlantiks nach Norden und kühleres, dichteres Wasser in der Tiefe nach Süden strömt. Obwohl die beiden Zweige mechanisch angetrieben werden, sind sie durch die Umwandlung von warmen in kalte Wassermassen in hohen Breiten miteinander verbunden (Kap. 10).

Die Einzigartigkeit des atlantischen Wärmetransports wird in Abbildung 25 hervorgehoben und hängt mit der Asymmetrie des Temperaturgradienten in Breitenrichtung zwischen den beiden Hemisphären zusammen. Jedes Jahr erhält die südliche Hemisphäre mehr Sonnenenergie als die nördliche Hemisphäre. Dies ist auf die derzeitige axiale Präzession der Erde zurückzuführen, die bewirkt, dass die südliche Hemisphäre der Sonne zugewandt ist, wenn die Erde näher an ihr ist. Die Albedo korrigiert diesen Unterschied aufgrund der interhemisphärischen Symmetrie nicht (Kasten 2, Kap. 3). Obwohl die südliche Hemisphäre jährlich mehr Sonnenenergie erhält, ist sie etwa 2 °C kühler als die nördliche Hemisphäre, und die Erde weist einen steileren Temperaturgradienten zur kälteren Antarktis als zur wärmeren Arktis auf (Kap. 9, Abb. 13). Die Transporttheorie besagt, dass mehr Wärme in Richtung des kälteren Pols fließen sollte, da Temperaturunterschiede den Transport antreiben. Der Atlantik transportiert jedoch mehr Wärme von der südlichen zur nördlichen Hemisphäre, was darauf hindeutet, dass der Energietransport nicht allein durch die Entropieproduktion bestimmt wird. Vielmehr wird er stark von geografischen und klimatischen Faktoren beeinflusst und kann daher ein Antriebsmechanismus für den Klimawandel sein.

Der außergewöhnliche Charakter des Wärmetransports im Atlantischen Ozean hat wichtige Auswirkungen auf das Klima der umliegenden Regionen des Nordatlantiks, der Arktis und des globalen Klimas. Die Meeresoberflächentemperatur im Nordatlantik weist eine multidekadische Oszillation auf, die mit der globalen Temperatur korreliert (Kap. 19).[3] Die Analyse des atlantischen Wärmeflusses im Zeitverlauf zeigt eine klare Beziehung zwischen dem ozeanischen Wärmetransport und den Meeresoberflächentemperaturen im Nordatlantik (Abb. 26). Dies stützt die Annahme, dass die Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur des Nordatlantiks auf Veränderungen des meridionalen Wärmetransports zurückzuführen sind. Überraschenderweise werden Ozeanschwankungen trotz dieser Beweise nur selten unter dem Aspekt des Wärmetransports betrachtet.

Abbildung 26. Atlantischer Wärmetransport und Meeresoberflächentemperatur des Nordatlantiks. a) Integrierter meridionaler Wärmetransport des Atlantiks über die Zeit in Petawatt aus der Reanalyse. b) Aufzeichnung der Meeresoberflächentemperatur des Nordatlantiks für denselben Zeitraum.[4]

Der Transport von atlantischem Wasser in die Arktis erfolgt durch die nordischen Meere, und das Volumen und die Temperatur des transportierten Wassers haben einen starken Einfluss auf das Klima in Nordeuropa und der Arktis. Die Umwandlung von warmen in kalte Wassermassen, die für die atlantische meridionale Umwälzzirkulation erforderlich ist, findet im Nordmeer und im Arktischen Ozean statt. Obwohl der ozeanische Wärmetransport nur einen kleinen Teil des arktischen Wärmehaushalts ausmacht (Kap. 11 & 16), kann seine Analyse sehr aufschlussreich sein. Eine kürzlich durchgeführte Studie über den ozeanischen Wärmetransport in den Nordischen Meeren und im Arktischen Ozean ergab einen plötzlichen Anstieg des Transports. Vom Durchschnitt der Jahre 1993-98 bis zum Durchschnitt der Jahre 2002-2016 stieg der ozeanische Wärmetransport in dieser wichtigen Klimaregion, dem „Vorboten“ des Klimawandels, zwischen 1998 und 2002 um 25 Terawatt (9 %) an (Abb. 27).[5]

Abbildung 27. Die arktische Verschiebung im Meerestransport. Der ozeanische Wärmetransport in die Arktis und die nordischen Meere im Zeitraum 1993-2017 zeigt eine abrupte Veränderung während der Arktischen Verschiebung.

Ich bezeichne den Zeitraum des raschen Klimawandels in der Arktis, der mit der Veränderung des ozeanischen Transports zusammenfiel, als Arktische Verschiebung. Wie wir sehen werden, nahm der atmosphärische Wärmetransport in die Arktis während der Arktischen Verschiebung ebenfalls zu, ohne dass es zu dem von den Modellen vorhergesagten Ausgleich zwischen atmosphärischem und ozeanischem Wärmetransport kam (Kasten 8, Kap. 12). Er beschleunigte den Klimawandel in der Arktis und zeigt deutlich, wie Veränderungen im Transport zu tiefgreifenden Klimaveränderungen führen, die fälschlicherweise dem anthropogenen Antrieb zugeschrieben werden. Die Arktisverschiebung war nur einer der auffälligsten Teile der bedeutendsten globalen Klimaverschiebung der letzten 40 Jahre. Dieses Thema wird in Kapitel 33 ausführlich behandelt.
Windgetriebene und thermohaline Zirkulationen

Die Ozeanzirkulation kann in zwei Arten unterteilt werden: eine schnelle, durch Windstress angetriebene Zirkulation, die in Ozeanwirbeln organisiert ist, und eine langsamere Zirkulation, die mit Änderungen der Wasserdichte aufgrund von Änderungen der Temperatur und des Salzgehalts zusammenhängt (thermohalin). Diese beiden Arten der Zirkulation sind nicht unabhängig voneinander, da der Wind auch die thermohaline Zirkulation beeinflusst. Der Begriff thermohaline Zirkulation, der sich auf die Zirkulation von Masse, Wärme und Salz bezieht, kann irreführend sein, da Wärme- und Salzzirkulationen unterschiedlich sind[6]. Im Atlantik tragen windgetriebene und thermohaline Zirkulationen zum polwärts gerichteten Transport bei, während windgetriebene Wirbel die meiste Wärme in anderen Ozeanen transportieren.

Trotz ihrer Bedeutung für das Verständnis des Klimasystems ist unser Wissen über die vertikale Struktur des ozeanischen Wärmetransports gering. Diese Frage ist von grundlegender Bedeutung für die Debatte darüber, ob der ozeanische Wärmetransport durch abyssale Durchmischung, Tiefenwasserbildung in hohen Breiten oder Winde gesteuert wird. Diese Debatte hat zu ungerechtfertigten Befürchtungen geführt, dass die atlantische Umwälzzirkulation gestört werden könnte, was zu einer erheblichen Abkühlung in Europa führen würde. Frühere Untersuchungen der vertikalen Struktur des ozeanischen Wärmetransports unter Berücksichtigung des Temperaturunterschieds an der Ozean-Atmosphären-Grenze haben gezeigt, dass wir diesen entscheidenden Prozess falsch verstehen[7]. Solche Analysen zeigen, dass die Oberflächenzirkulation, die sehr empfindlich auf Windstress reagiert, den gesamten ozeanischen Wärmetransport dominiert, während die abyssale Durchmischung praktisch keinen Einfluss hat. Die Bildung von Tiefenwasser in hohen Breiten trägt zu 60 % zum Wärmetransport im Nordatlantik bei, aber auch die meridionale Zirkulation ist proportional zur Windbelastung und reagiert ebenso empfindlich auf Winde wie auf Konvektion in hohen Breiten.

Die Ergebnisse dieser Studien stellen das gängige Verständnis des ozeanischen Wärmetransports, wie es in Büchern dargestellt und durch bunte Banddiagramme illustriert wird, in Frage. Es ist klar, dass die Winde eine entscheidende Rolle beim Wärmetransport im Ozean spielen und dass die von den Ozeanen transportierte Wärmemenge linear proportional zum Ausmaß der Windbelastung ist. Diese Erkenntnisse führen zu drei kontroversen und weitreichenden Schlussfolgerungen über den Klimawandel:

• Die atmosphärische Zirkulation ist in erster Linie für den Wärmetransport auf globaler Ebene verantwortlich, entweder direkt oder durch ihren Einfluss auf den ozeanischen Transport.
• Atmosphärischer und ozeanischer Wärmetransport können sich nicht gegenseitig kompensieren. Da sie grundsätzlich durch die Wirkung des Windes miteinander verbunden sind, muss jede Änderung des einen mit einer Änderung des anderen in der gleichen Richtung einhergehen. Folglich sind Änderungen der polwärts transportierten Wärmemenge nicht nur möglich, sondern unvermeidlich.
• Die Variabilität des globalen Wärmetransports muss auf dekadischen Zeitskalen stattfinden, die für die Variabilität der Atmosphäre und des oberen Ozeans typisch sind, und nicht auf hundertjährigen oder längeren Zeitskalen, die für die tiefe meridionale Umwälzung charakteristisch sind.

Kasten 14. Reaktion des ozeanischen Wärmetransports auf solare Variabilität

Der ozeanische Wärmetransport findet hauptsächlich in flachen tropischen Gewässern statt, so dass der Wärmehaushalt der oberen Schicht für den globalen ozeanischen Transport entscheidend ist. Studien zur Variabilität der Meeresoberflächentemperatur und des Luftdrucks haben typische Frequenzen der quasi-zweijährlichen und der Südlichen-El-Niño Oszillation sowie eine 11-Jahres-Frequenz ermittelt. Obwohl diese 11-Jahres-Schwankungen mit dem Sonnenzyklus synchron sind, lässt sich ihr Ausmaß nicht durch einen direkten Strahlungsantrieb von der Sonne an der Oberfläche erklären.[8] Im globalen tropischen Ozean schwankt die Temperatur in der oberen Schicht in der Phase des Sonnenzyklus um ±0,1 °C, was eine Änderung von ±0,9 W/m2 erfordert, während die Änderung des Strahlungsantriebs an der Oberfläche durch den Sonnenzyklus mit ±0,1 W/m2 um eine Größenordnung zu klein ist. Daher muss die Variabilität trotz der Synchronisation mit der Sonne auf Mechanismen zwischen Ozean und Atmosphäre zurückzuführen sein.

Die Auswirkung von El Niño auf den Wärmetransport im Ozean ist durch die Erwärmung der oberen Schicht des globalen tropischen Ozeans gekennzeichnet, die dann die darüber liegende Atmosphäre erwärmt. Im Gegensatz dazu führt die mit dem Sonnenzyklus verbundene Variabilität zu einer Erwärmung der globalen tropischen Atmosphäre, die dann den darunter liegenden Ozean erwärmt. Dieser Prozess wird in erster Linie durch eine Verringerung des sensiblen und latenten Nettowärmeflusses vom Ozean in die Atmosphäre erreicht, da die Zunahme der Sonneneinstrahlung im Ozean nicht ausreicht. Es gibt Hinweise darauf, dass die Wirkung des Sonnenzyklus auf den Ozean indirekt ist und über die Atmosphäre erfolgt. Behauptungen, dass die Sonne nicht für den Klimawandel verantwortlich sein kann, weil die Schwankungen der Gesamtsonneneinstrahlung nur gering sind, ignorieren die zahlreichen Belege dafür, dass Sonnenschwankungen indirekt wirken, indem sie die atmosphärische Zirkulation beeinflussen.

Die Modelle stimmen darin überein, dass solare Schwankungen einen erheblichen Einfluss auf den Wärmetransport im Ozean haben. Das vollständig gekoppelte atmosphärisch-ozeanische allgemeine Zirkulationsmodell des Hadley Centre des britischen Met Office zeigt, dass der solare Antrieb der wichtigste natürliche Faktor ist, der die multidekadische Reaktion der atlantischen Meridionalzirkulation bestimmt.[9] Der solare Antrieb steht im Zusammenhang mit lang anhaltenden Anomalien in der atmosphärischen Zirkulation über dem Nordatlantik, die durch Veränderungen in der Stratosphäre aufgrund der schwächeren Sonneneinstrahlung im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert. Das Modell erfasst die atmosphärische Reaktion auf die solare Variabilität nicht vollständig, aber es zeigt bemerkenswerte Veränderungen in der Lage der intertropischen Konvergenzzone, der Niederschläge im Amazonasgebiet und der Temperaturen in Europa.

Zusammengefasst

Der Ozean spielt eine entscheidende Rolle beim Wärmetransport in die Pole aus den Tropen. Die windgetriebene Zirkulation in den Ozeanwirbeln ist für den größten Teil des Wärmetransports verantwortlich. Der Atlantische Ozean bildet jedoch eine Ausnahme und weist einen Nettowärmetransport nach Norden mit einem relevanten transequatorialen Transport auf, der hauptsächlich auf die atlantische meridionale Umwälzzirkulation zurückzuführen ist, die sowohl auf Windstress als auch auf die Tiefenwasserbildung in hohen Breiten empfindlich reagiert.

Die Atmosphäre ist direkt durch ihre Zirkulation und indirekt durch die Auswirkungen des Winddrucks auf den ozeanischen Transport in erster Linie für den größten Teil des polwärts gerichteten Wärmetransports verantwortlich. Die multidekadische Oszillation der Meeresoberflächentemperatur im Nordatlantik ist auf Veränderungen des polwärts gerichteten Wärmetransports zurückzuführen. Darüber hinaus weist die obere Schicht des tropischen Ozeans Temperaturänderungen auf, die mit dem Sonnenzyklus übereinstimmen und durch Änderungen der atmosphärischen Zirkulation verursacht werden, die den Wärmefluss vom Ozean in die Atmosphäre beeinflussen.

Referenzen

[1] Yang, H., et al. (2015). Clim. Dyn. 44, pp.2751-2768. doi.org/10.1007/s00382-014-2380-5

[2] Forget, G. & Ferreira, D., 2019. Nat. Geosci. 12 (5), pp.351-354. doi.org/10.1038/s41561-019-0333-7

[3] Chylek, P., et al. (2014). Geophys. Res. Lett. 41 (5), pp.1689-1697. doi.org/10.1002/2014GL059274

[4] Obere Grafik aus Macdonald, A.M. & Baringer, M.O., 2013. Internat. Geophys. Vol. 103, pp. 759-785. doi.org/10.1016/B978-0-12-391851-2.00029-5. Untere Grafik, NOAA-Daten.

[5] Tsubouchi, T., et al., 2021. Nat. Clim. Change, 11 (1), pp.21-26. doi.org/10.1038/s41558-020-00941-3. Quelle der Daten für Abb. 27.

[6] Wunsch, C., 2002. Science, 298 (5596), S.1179-1181. doi.org/10.1126/science.1079329

[7] Boccaletti, G., et al., 2005. Geophys. Res. Lett. 32 (10) L10603. doi.org/10.1029/2005GL022474 Ferrari, R. & Ferreira, D., 2011. Ocean Model. 38 (3-4), pp.171-186. doi.org/10.1016/j.ocemod.2011.02.013

[8] White, W.B., et al., 2003. J. Geophys. Res. Oceans, 108 (C8) 3248. doi.org/10.1029/2002JC001396http://doi.org/10.1029/2002JC001396

[9] Menary, M.B. & Scaife, A.A., 2014. Clim. Dyn. 42, pp.1347-1362. doi.org/10.1007/s00382-013-2028-x

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