Gibt es Belege für Änderungen im Wasserkreislauf der Erde? (FAQ 3.2)

Bei meinen Vorträgen hatte ich gelegentlich den Eindruck, dass ein gewisses Informationsdefizit über den Klimawandel besteht. Auch hört man ab und zu Zweifel, ob es den Klimawandel überhaupt gibt. Um da ein wenig mehr Licht ins Dunkel zu bringen, gibt es diese Serie mit wesentlichen Fragen zum Klimawandel. Die Fragen und Antworten sind nicht von mir, sondern vom Weltklimarat der Vereinten Nationen (IPCC). Die deutsche Übersetzung kommt von meinen Kollegen aus dem Klimabüro (REKLIM). Die Fragen und Antworten (FAQ) sind so formuliert, dass man sie als nicht Wissenschaftler verstehen kann.

Zum Wasserkreislauf der Erde gehören Verdunstung und Niederschlag von Feuchtigkeit an der Erdoberfläche. Änderungen des Wassergehalts der Atmosphäre liefern deutliche Belege dafür, dass der Wasserkreislauf bereits auf ein wärmer werdendes Klima reagiert. Weitere Belege stammen aus Änderungen der Salzgehaltverteilung im Ozean, die aufgrund fehlender Langzeitbeobachtungen von Regen und Verdunstung über den globalen Ozeanen zu einem wichtigen Proxy für diese Größen geworden ist.

Für ein wärmeres Klima wird erwartet, dass sich der Wasserkreislauf verstärkt, da wärmere Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann: Für jedes Grad Celsius an Erwärmung kann die Atmosphäre ungefähr sieben Prozent mehr Wasserdampf aufnehmen. Beobachtungen seit den 1970er Jahren zeigen Zunahmen des Wasserdampfs in der bodennahen und der unteren Atmosphäre (FAQ 3.2, Abbildung 1a) mit einer Änderungsgeschwindigkeit, die mit der beobachteten Erwärmung konsistent ist. Darüber hinaus wird projiziert, dass sich Verdunstung und Niederschlag in einem wärmeren Klima verstärken. 

Aufzeichnungen von Änderungen des Ozeansalzgehalts in den letzten 50 Jahren unterstützen diese Projektion. Meerwasser enthält sowohl Salz als auch Wasser und sein Salzgehalt ist eine Funktion des Gewichts der enthaltenen gelösten Salze. Da sich die gesamte Salzmenge – die aus Gesteinsverwitterung stammt – innerhalb von für den Menschen relevanten Zeiträumen nicht verändert hat, kann der Salzgehalt von Meerwasser – über Tage oder Jahrhunderte – nur durch den Eintrag oder den Verlust von Süßwasser verändert werden.

Die Atmosphäre verbindet diejenigen Ozeangebiete, in denen Wasser verdunstet, mit denen, die Süßwasser hinzubekommen, indem sie Wasserdampf von einem Ort  zum anderen transportiert. Die Verteilung des Salzgehalts an der Meeresoberfläche spiegelt weitgehend die räumliche Verteilung von Verdunstung minus Niederschlag, Abfluss von den Kontinenten und Meereisprozessen wider. Die Verteilungsmuster verschieben sich teilweise relativ zueinander aufgrund der Meeresströmungen. 

In den Subtropen ist der Ozean aufgrund der im Vergleich zum Niederschlag größeren Verdunstung sehr salzhaltig, während der Salzgehalt in den hohen Breiten und in den Tropen niedriger ist, da dort die Niederschläge gegenüber der Verdunstung überwiegen (FAQ 3.2, Abbildung 1b, d). Der Atlantik – das Ozeanbecken mit dem höchsten Salzgehalt – verliert mehr Wasser durch Verdunstung als er durch Regen gewinnt. Im Pazifik dagegen ist diese Balance nahezu ausgewogen (d. h. Zuwachs durch Niederschlag gleicht den Verlust durch Verdunstung fast aus) und im Südlichen Ozean (Region um den Antarktischen Kontinent) überwiegen die Niederschläge.

Änderungen des Salzgehalts nahe der Meeresoberfläche und im oberen Ozean haben das durchschnitt- liche Verteilungsmuster des Salzgehaltes verstärkt. Die durch Verdunstung dominierten subtropischen Gebiete wurden salzhaltiger und die niederschlagsdominierten subpolaren und tropischen Regionen süßten aus. Betrachtet man die obersten 500 m, wurde der verdunstungsdominierte Atlantik salzreicher, während der nahezu neutrale Pazifik und der niederschlagsdominierte Südliche Ozean salzärmer wurden (FAQ 3.2, Abbildung 1c). 

Niederschlags- und Verdunstungsänderungen direkt und global zu beobachten ist schwierig, da der Großteil des Austausches von Süßwasser zwischen Atmosphäre und Oberfläche über den 70% der Erdoberfläche stattfindet, die von Ozean bedeckt sind. Langfristige Niederschlagsaufzeichnungen sind nur für Standorte an Land verfügbar und es gibt keine Langzeitmessungen von Verdunstung. 

Beobachtungen an Land zeigen, dass Niederschläge in einigen Gebieten zunehmen und in anderen abnehmen, was die Ableitung eines global integrierten Musters erschwert. Beobachtungen an Land haben eine Zunahme von extremen Niederschlagsereignissen und von Überflutungen im Zusammenhang mit früher einsetzender Schneeschmelze in hohen nördlichen Breiten gezeigt; die Trends sind jedoch sehr regional. Beobachtungen an Land liefern bisher keine hinreichenden Belege für Änderungen von Dürren.

Der Salzgehalt im Ozean bietet allerdings ein empfindliches und effektives Maß für den Niederschlag über dem Ozean. Er integriert und glättet auf natürliche Weise die Differenz zwischen Wasser, das der Ozean durch Niederschläge erhält und Wasser, das der Ozean durch Verdunstung verliert, die beide sehr lokal und episodisch auftreten. Der Salzgehalt der Ozeane wird auch vom Wasserabfluss der Kontinente und vom Schmelzen und Gefrieren des Meereises oder schwimmenden Gletschereises beeinflusst. Süßwassereinträge von geschmolzenem Festlandeis werden den global gemittelten Salzgehalt verändern, diese Änderungen sind jedoch zurzeit noch zu gering, um beobachtet werden zu können.

Daten aus den letzten 50 Jahren zeigen weitverbreitete Salzgehaltsänderungen im oberen Ozean und deuten damit systematische Änderungen in der Differenz zwischen Niederschlag und kontinentalem Abfluss auf der einen und Verdunstung auf der anderen Seite an (FAQ 3.2, Abbildung 1). FAQ 3.2 basiert auf Beobachtungen, die in den Kapiteln 2 und 3 dargestellt sind, und auf Modellanalysen aus den Kapiteln 9 und 12. 

FAQ 3.2, Abbildung 1 | Änderungen des Oberflächensalzgehalts stehen im Zusammenhang mit den atmosphärischen Verteilungsmustern von Verdunstung minus Niederschlag (V–N) und Trends im gesamten niederschlagsfähigen Wasser: (a) Linearer Trend (1988 –2010) im gesamten niederschlagsfähigen Wasser (Wasserdampfgehalt integriert über die gesamte Höhe der Atmosphäre; kg m2 pro Jahrzehnt) aus Satellitenbeobachtungen (Special Sensor Microwave Imager)(nach Wentz et al., 2007)(Blautöne: feuchter; Gelbtöne: trockener). (b) Die über 1979 –2005  klimatologisch gemittelten netto V-N-Werte (cm pro Jahr) aus meteorologischen Reanalyse-Daten (National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research; Kalnay et al., 1996)(Rottöne: Netto-Verdunstung; Blautöne: Netto-Niederschlag). (c) Trend (1950–2000) des Oberflächensalzgehalts (PSS78 pro 50 Jahre)(nach Durack und Wijffels, 2010)(Blautöne: salzärmer geworden; Gelb- bis Rottöne: salzhaltiger geworden). (d) Klimatologisch gemittelter Salzgehalt (PSS78)(Blautöne: < 35; Gelb- bis Rottöne: > 35).

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Diese deutsche Übersetzung sollte zitiert werden als:

IPCC 2014: Klimaänderung 2013: Naturwissenschaftliche Grundlagen. Häufig gestellte Fragen und Antworten – Teil des Beitrags der Arbeitsgruppe I zum Fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) [T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex und P.M. Midgley (Hrsg.)]. Deutsche Übersetzung durch die deutsche IPCC-Koordinierungsstelle und Klimabüro für Polargebiete und Meeresspiegelanstieg, Bonn, 2017.

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