„Marine Hitzewelle“ – Versionsunterschied

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Version vom 30. März 2019, 02:17 Uhr

Bedeutende marine Hitzwellen 2000–2016[1]

Eine marine Hitzewelle (MHW) ist eine relativ lange Zeitspanne ungewöhnlich hoher Meerestemperaturen in einer Region. Nach einer 2016 vorgeschlagenen konkreteren Definition spricht man von einer marinen Hitzewelle, wenn über einen Zeitraum von mindestens fünf Tagen die Temperaturen höher sind als 90 % der Temperaturwerte, die in einem 30-jährigen Vergleichszeitraum für die gleichen Kalendertage und die Region ermittelt wurden.

Marinen Hitzewellen stellen eine Bedrohung für wichtige Ökosysteme dar, vor allem Korallenriffe, Tangwälder und Seegraswiesen. Sie können die Wanderung von Arten und Massensterben auslösen und zu erheblichen wirtschaftlichen Einbußen in Fischerei und Aquakulturen führen. Die Häufigkeit, Dauer und Intensität mariner Hitzwellen nehmen mit der gegenwärtigen anthropogenen globalen Erwärmung deutlich zu.

Begriff

Ähnlich wie in der Atmosphäre gibt es auch im Meer Extremereignisse. Dazu zählen die Wirkungen von Fluten und starker Stürme oder extreme Anomalien der Wassertemperaturen. Extrem hohe Temperaturabweichungen über einen längeren Zeitraum an einem Ort werden als marine Hitzewellen (MHW) bezeichnet. Sie sind ein erst seit Ende der 2000er Jahren näher erforschtes Phänomen.[2][3]

Der australische Ozeanograf und Meeresökologe Alistair J. Hobday und andere schlugen 2016 eine Definition vor, die sich an der atmosphärischer Hitzewellen orientiert:

Eine marine Hitzewelle liegt vor, wenn die Oberflächentemperatur des Meeres an mindestens fünf aufeinander folgenden Tagen höher ist, als 90 % der Werte eines 30-jährigen Vergleichszeitraums für den jeweiligen Kalendertag und den gleichen Ort.[2]

Die Definition verwendet als Temperaturschwelle T90 das 90 Perzentil der Tagestemperaturen. Es handelt sich um eine relative Temperaturschwelle, die regionale und jahreszeitliche Variabilität berücksichtigt (→ Jährlichkeit). Sie erlaubt somit Vergleiche über verschiedene Jahreszeiten und Regionen. Auch im Winter und in hohen Breiten können marine Hitzewellen auftreten und ernste Folgen haben – so hängt etwa bei einigen Seegrasarten die Überlebensrate junger Pflanzen von niedrigen Wassertemperaturen in der kühlen Jahreszeit ab. Die Mindestdauer von fünf Tagen ist so gewählt, dass marine Hitzewellen an einem Ort gegenwärtig seltene Ereignisse sind. Die Abweichungs gemessener Temperaturen TMHW von den langjährigen Tagesmitteltemperaturen Tc wird Intensität genannt.[2]

Aufgrund seiner thermischen Trägheit ändert sich die Temperatur des Wassers in der Regel langsamer als die der Luft. Daher spricht man von einer mariner Hitzwellen erst, wenn mindestens fünf Tage lang die Temperaturschwelle überschritten worden ist, statt drei, wie bei der analogen Definition atmosphärischer Hitzewellen. Die Schwankungen der Meerestemperaturen sind auch geringer als die der Luft. Um von einer marinen Hitzwelle sprechen zu können, genügen daher schon vergleichsweise geringere Temperaturabweichungen.[1]

Kategorisierung mariner Hitzewellen anhand ihrer maximalen Intensität[4]

Hobday und andere schlugen 2018 vor, marine Hitzewelle anhand ihrer Intensität in vier Kategorien einzustufen.[4]

  • Kategorie I: moderate MHW
  • Kategorie II: starke MHW
  • Kategorie III: schwere MHW
  • Kategorie IV: extreme MHW

Sei ΔT die Differenz zwischen der langjährigen Mitteltemperatur Tc und der Temperaturschwelle T90. Die Kategorie C der Hitzewelle gibt an, um das Wievielfache von ΔT die maximale Intensität Imax die Temperaturschwelle höchstens überschreitet:

Auslöser und Verbreitung

Marine Hitzwellen können durch verschiedene Kombination von atmosphärischen und ozeanischen Prozessen verursacht werden. In Zusammenhang mit Klimaereignissen wie dem El Niño treten sie häufiger und großflächiger auf.

Marine Hitzwellen können weltweit auftreten. Typisch sind ein bis drei Ereignisse pro Jahr. Besonders intensive MHW gibt es in Äquatornähe im östlichen und zentralen Pazifik und in östlichen und westlichen [boundary current] Gebieten. In den Tropen dauern MHW meist 5–10 Tage, im Einflussgebiet der El Niño-Southern Oscillation (ENSO) wird eine längere Dauer von bis zu 60 Tagen beobachtet.[5]

Die Ozeane nehmen über 90 % der Wärme auf, die durch die in der Atmosphäre zunehmenden Treibhausgaskonzentrationen zusätzlich im Erdsystem bleibt. Sie erwärmten sich weltweit um 0,12 °C pro Jahrzehnt (→ Wärmeinhalt der Ozeane). Marine Hitzewellen werden dadurch häufiger und intensiver. Die Meeresfläche, die von Hitzewellen betroffen ist, nimmt zu.[4] Zur Variabilität im Auftreten mariner Hitzwellen tragen außerdem, sowohl regional als auch global, Schwankungen wie El Nino, die pazifische Dekadenoszillation (PDO) und die atlantische Multidekaden-Oszillation (AMO) bei.[5]

Eine 2018 durchgeführte Auswertung von Satellitendaten und Messungen vor Ort ergab, dass die Häufigkeit mariner Hitzewellen seit 1925 um mehr als ein Drittel zugenommen hat, ihre Dauer verlängerte sich um mehr als die Hälfte. Die Zahl der Hitzewellentage im Zeitraum 1987–2016 war gegenüber dem Zeitraum 1925-1954 um 54 % größer.[5] Am deutlichsten ist die Zunahme der von Kategorie II betroffenen Hitzewellen um knapp ein Viertel bis Mitte der 2000er Jahre.[4] Außer in einigen Gebieten südlich 50° südlicher Breite und des Ostpazifiks nahm die Häufigkeit mariner Hitzewellen überall zu. Die größte Häufigkeitszunahme gab es im Nordatlantik. Über 80 % der auftretenden Hitzewellen lassen sich wahrscheinlich auf die menschenverursachte globale Erwärmung zurückführen. Bei unvermindert fortschreitender Erwärmung würde die Häufigkeit mariner Hitzwelle bis Ende des Jahrhunderts um das über 40-fache zunehmen, ihre räumliche Ausdehnung wäre mehr als 20-fach größer und ihre Dauer würde sich über 100 Tage verlängern.[6]

Folgen

Verhungernder junger Seelöwe, 2015 während der „The Blob“ genannten MHW an der US-Pazifikküste gestrandet[7]

Marine Hitzewellen als kurzfristige Extremereignisse überlagern den langfristigen Trend steigender Meerestemperaturen. Die extrem hohen Temperaturen können über den thermalen Toleranzbereichen wichtiger Habitat-bildender Arten und ganzer mariner Ökosysteme liegen. Sie haben dann zerstörerische Wirkungen auf biologische Prozesse und Artengruppen. Einige Regionen sind besonders verwundbar, sie zeichnen sich durch eine hohe Biodiversität und das Vorkommen von Spezies aus, für die die regionaltypischen Temperaturen schon in der Nähe ihrer tolerierbaren Temperaturgrenze liegen. Auch sonstige menschliche Einflüsse erhöhen die Verwundbarkeit.[8] Bedeutende Habitate – Korallenriffe, Tangwälder und Seegraswiesen – sind seit den 2000er Jahren durch marine Hitzewellen, teilweise in Verbindung mit anderen anthropogenen Stressoren, wie Schaddstoffeintrag oder schädliche Fischereipraktiken, großräumig und in Teilen möglicherweises irreversibel geschädigt worden. Arten haben ihr Verbreitungsgebiet und ihre Phänologie verändert. Es kam zu regionalem Massensterben entlang von Nahrungsketten. Dies hatte auch sozioökonomischen Auswirkungen, vor allem in den vom Meer abhängigen Wirtschaftssektoren Fischerei, Aquakultur und Tourismus.

Ausgeblichene Korallen im Great Barrier Reef, 2016

Korallen leben in Symbiose mit einzelligen Algen, von denen sie Sauerstoff und Energie beziehen und die ihnen ihre Farbe verleihen. Bei zu hohen Wassertemperaturen stoßen Korallen die Algen ab, es kommt zur Korallenbleiche. So kam es in den Sommern 2016 und 2017 vor Australien im Great Barrier Riff bei wochenlangen Hitzewellen zu einem Verlust von insgesamt 50 % der Korallen. Im Nordteil des Riffs, das vor allem von der Hitzewelle 2016 betroffen war, starben 90 % der Geweih- und Tafelkorallen. Korallen brauchen 10 bis 15 Jahre, um sich von einem Bleich-Ereignis zu erholen. Bis Beginn der 1980er Jahre lagen im Mittel noch 25 bis 30 Jahre zwischen zwei Ereignissen, zuletzt traten sie in etwa alle sechs Jahre auf. Es besteht die Befürchtung, dass MHW künftig zu häufig für die Regenerationsfähigkeit der Korallen auftreten und diese endgültig absterben.[9][10]

Seegraswiesen bilden wichtige Lebensräume und stehen am Anfang mariner Nahrungsketten (→ Produzent (Ökologie)). Sie sind eine bedeutene Kohlenstoffsenke, im obersten Meter der von Seegraswiesen gebildeten Sedimente sind weltweit 4,2 – 8,5 Gt Kohlenstoff gespeichert. Bei marinen Hitzewellen gingen Bestände Habitat-formender Arten, wie das Neptungras im Mittelmeer und Amphibolis antarctica in Westaustralien, verloren. Wenn der Boden unterhalb von Seegraswiesen freigelegt werden, kommt es zu Erosion und Remineralisierung der kohlenstoffreichen Sedimente.[11]

Tangwälder kommen außerhalb der Tropen vor, sie sind auf kühlere Gewässer angewiesen. Die rasch wachsenden, bis zu 30 m hohen Makroalgen bilden komplexe, artenreiche Meereslebensräume. Ähnlich wie Seegras stehen sie als basale Art am Anfang von Nahrungsketten. Sie sind wichtige Fischfanggebiete und Tourismusziele. Bis zu 80 % des Tangs werden losgerissen und in Regionen mit niedriger Primärproduktion getrieben, wo sie ebenfalls eine wichtige Nahrungsquelle sind.[12] Teile des abgetriebenen Tangs sinken auf den Grund der Tiefsee. Jährlich entziehen sie dem Kohlenstoffkreislauf 1,73 Gt Kohlenstoff.[13] In Regionen, wo Tangwälder am oberen Rand ihres thermalen Toleranzbereichs vorkommen und wo sich die Meere besonders rasch erwärmen, wurde häufig der Rückgang oder sogar Kollaps von Tangwäldern beobachtet. Dabei spielen sowohl die allmähliche Zunahme der Meerestemperaturen eine Rolle, etwa im Nordatlantik, vor Spanien oder im Westpazifik, als auch marine Hitzewellen, zum Beispiel bei einem Kollaps des Tangwaldes vor Westaustralien. Seit den 2000er Jahren werden Tangwälder zunehmend durch Matten kleinwüchsiger Algen (turf) ersetzt. Es wird befürchtet, dass in einigen Regionen Kipppunkte überschritten wurden und ein irreversibler Kollaps der dortigen Ökosysteme eingetreten ist.[12] In einigen kühleren Regionen überstanden die dortigen Tangwälder Episoden höherer Meerestemperaturen oder zeigten Anzeichen einer Wiederbesiedlung von turf-Arealen.[14]

Bedeutende Hitzewellen

MHW im Mittelmeer 2003

Im Sommer 2003 führte eine starke[4] atmosphärische Hitzwelle über Nordwesteuropa zu einem verstärkten Wärmeeintrag in das nördliche Mittelmeer. Dies in Kombination mit nur geringem Wind löste eine thermale Stratifikation des Meerwassers in der Region aus: Der Austausch des erwärmten Oberflächenwassers mit tieferen Wasserschichten kam weitgehend zum Erliegen, es erwärmte sich um 2–3 °C. Die Hitzewelle dauerte länger als 10 Wochen an.[1] Ein Massensterben bodenbewohnender wirbelloser Tiere in flachen Gewässern war die Folge.[15] Seegraswiesen gingen verloren.[2]

Ningaloo-Niño MHW 2011

Im südhemisphärischen Sommer 2011 trat, in Zusammenhang mit dem starken La Niña-Ereignis 2010/2011, eine auch als Ningalo-Nino bezeichnete extreme[4] marine Hitzewelle vor der Küste Westaustraliens auf. Es kam zu einer ungewöhnlichen Strömung von tropisch warmem Wasser polwärts in die gemäßigten Breiten. Dies löste ein Massensterben unter Arten aus, die für die benthischen Habitate in der Übergangszone zwischen Tropen und gemäßigten Breiten entscheidend sind. Benthische Ökosysteme veränderten sich dadurch grundlegend. Tangwälder entlang eines über 100 km langen Küstenstrichs zwischen Kalbarri und der Jurien Bay gingen verloren und wurden durch Matten niedrigwüchsiger Algen ersetzt.[16] Die Fischerei erlitt erhebliche Einbußen.

Die Ningaloo-Hitzewelle schädigte mehr als ein Drittel der bedeutenden Seegraswiesen in der Haifischbucht (Shark Bay), einem UNESCO-Welterbe an der Westküste Australien. Dort hatte sich in den letzten 8000 Jahren eine ausgedehnte Seegrasfläche entwickelt, die einen Anteil von 0,7 – 2,4 % an der weltweiten Seegrasfläche hat.[11]

Nordwestatlantische MHW 2012

Im Jahr 2012 wurde infolge einer starken[4] marinen Hitzewelle im nordwestlichen Atlantik und besonders im Golf von Maine eine drastische Veränderung der Verbreitung und jahreszeitlichen Entwicklung einiger für die Fischerei wichtiger Arten beobachtet. Wärmeliebende Arten wanderten nach Norden, bei anderen Arten kam es zu einer verfrühten Fischwanderung. Kalmare tauchten vor Maine auf. Hummer wanderten drei Wochen zu früh in die flachen Gewässer. Dies führte zu früheren und größeren Fängen in der Fischerei, einem Preisverfall und bedrohte die US-amerikanischen und kandaischen Hummerfischer.[17]

Die Fischereipraktiken mussten danach angepasst werden, mit ökonomisch und politisch signifikanten Implikationen.[4]

Der Blob im nordöstlichen Pazifik 2014-2016

Der „Blob“ im Mai 2015[7]

Vom Frühjahr 2014 bis in den Sommer 2016 kam es im nordöstlichen Pazifik zu einer – nach einem gleichnamigen Horrorfilm aus dem Jahr 1959[3] – The Blob getauften schweren[4] besonders ausgedehnten Hitzwelle, die zeitweise von Alaska bis nach Mexiko und von der US-Küste bis nach Hawaii reichte. Die Wassertemperaturen vor der Küste Kaliforniens lagen zeitweise sechs Grad höher als normal.[1] Ein langanhaltendes blockierendes Hoch über Alaska hatte im Herbst 2013 dafür gesorgt, dass die sonst üblichen arktischen Stürme den Nordwest-Pazifik nicht erreichen und das Wasser nicht durchmischen konnten. Zudem wurde die Wärme über der Meeresoberfläche nicht abtransportiert. Das stabil geschichtete Wasser erwärmte sich in der oberen Schicht stark und nährstoffreiches Tiefenwasser drang nicht mehr an die Oberfläche.[18] Im Winter 2014/2015 brachten Südwinde ungewöhnlich warme Luft. In den Jahren 2015 und 2016 kam ein El Niño-Ereignis hinzu.[3]

Die Folge war ein Massensterben von Ruderfußkrebsen und des Krill sowie weiterer Tiere, wie Seevögel oder Wale, die in der Nahrungskette auf den Krill angewiesen sind. Die Kabeljaubestände gingen um 70 % zurück.[3][19] Gift produzierende Kieselalgen hingegen vermehrten sich stark. Aufgrund der Algenblüte musste die Fischerei an der Westküste der USA über mehrere Monate eingestellt werden.[18] Die hohen Temperaturen der Meeresoberfläche beeinflussten wahrscheinlich das Wetter entlang der US-Westküste und trugen zu der Dürre in Kalifornien 2011–2017 bei.[1]

Literatur

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e Thomas L. Frölicher, Charlotte Laufkötter: Emerging risks from marine heat waves. In: Nature Communications. Band 9, Nr. 650, Februar 2018, doi:10.1038/s41467-018-03163.
  2. ↑ a b c d Alistair J. Hobday u. a.: A hierarchical approach to defining marine heatwaves. In: Progress in Oceanography. Februar 2016, doi:10.1016/j.pocean.2015.12.014.
  3. ↑ a b c d Warren Cornwall: Ocean heat waves like the Pacific’s deadly ‘Blob’ could become the new normal. In: Science News. 31. Januar 2019, abgerufen am 5. März 2019.
  4. ↑ a b c d e f g h i Alistair J. Hobday u. a.: Categorizing and Naming Marine Heatwaves. In: Oceanography. Mai 2018, doi:10.5670/oceanog.2018.205.
  5. ↑ a b c Eric C. J. Oliver u. a.: Longer and more frequent marine heatwaves over the past century. In: Nature Communications. Nr. 1324, April 2018, doi:10.1038/s41467-018-03732-9.
  6. ↑ Thomas L. Frölicher, Erich M. Fischer. Nicolas Gruber: Marine heatwaves under global warming. In: Nature. August 2018, doi:10.1038/s41586-018-0383-9.
  7. ↑ a b Laura Naranjo: The blob. 15. März 2019, abgerufen am 29. März 2019.
  8. ↑ Dan A. Smale u. a.: Marine heatwaves threaten global biodiversity and the provision of ecosystem services. In: Nature Climate Change. März 2019, doi:10.1038/s41558-019-0412-1. Siehe dazu auch: Anja Garms, dpa/chs: Erderwärmung – Hitzewellen in Ozeanen nehmen zu. 4. März 2019, abgerufen am 29. März 2019.
  9. ↑ Terry P. Hughes u. a.: Spatial and temporal patterns of mass bleaching of corals in the Anthropocene. In: Science. Januar 2018, doi:10.1126/science.aan8048. Siehe dazu auch den Artikel: Warnsignal aus dem Ozean – Korallenbleichen folgen in immer kürzeren Abständen. In: Spiegel-Online. 4. Januar 2018, abgerufen am 29. März 2019.
  10. ↑ Terry P. Hughes u. a.: Global warming transforms coral reef assemblages. In: Nature. April 2018, doi:10.1038/s41586-018-0041-2. Siehe dazu auch: Volker Mrasek: Gefahr durch Hitzewelle – Korallen vor dem Kollaps. Deutschlandfunk, 19. April 2018, abgerufen am 7. März 2019.
  11. ↑ a b A. Arias-Ortiz u. a.: A marine heatwave drives massive losses from the world’s largest seagrass carbon stocks. In: Nature Climate Change. 2018, doi:10.1038/s41558-018-0096-y.
  12. ↑ a b Karen Filbee-Detxer, Thomas Wernberg: Rise of Turfs: A New Battlefront for Globally Declining Kelp Forests. In: BioScience. Februar 2018, doi:10.1093/biosci/bix147.
  13. ↑ Dorte Krause-Jense u. a.: Sequestration of macroalgal carbon: the elephant in the Blue Carbon room. In: Biology Letters. Juni 2018, doi:10.1098/rsbl.2018.0236.
  14. ↑ Hartvig Christie u. a.: Shifts Between Sugar Kelp and Turf Algae in Norway: Regime Shifts or Fluctuations Between Different Opportunistic Seaweed Species? In: Frontiers in Marine Science. Februar 2019, doi:10.3389/fmars.2019.00072.
  15. ↑ J. Garrabou: Mass mortality in Northwestern Mediterranean rocky benthic communities: effects of the 2003 heat wave. In: Global Change Biology. April 2009, doi:10.1111/j.1365-2486.2008.01823.x.
  16. ↑ Thomas Wernberg u. a.: Climate-driven regime shift of a temperate marine ecosystem. In: Science. Juli 2016, doi:10.1126/science.aad8745.
  17. ↑ K. E. Mills u. a.: Fisheries management in a changing climate: lessons form the 2012 ocean heat wave in the Northwest Atlantic. In: Oceanography. Band 26, Oktober 2015, doi:10.5670/oceanog.2013.27.
  18. ↑ a b Volker Mrasek: Marine Hitzewelle "The Blob" – Todesurteil für Meeresbewohner. Deutschlandfunk, 8. Juni 2018, abgerufen am 7. März 2019.
  19. ↑ L. M. Cavole u. a.: Biological impacts of the 2013–2015 warm-water anomaly in the Northeast Pacific: Winners, losers, and the future. In: Oceanography. Band 29, Nr. 2, Juni 2016, doi:10.5670/oceanog.2016.32.
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