Hitzewelle in der Antarktis, marine Hitzewellen auf den Meeresoberflächen: Was nach frost- und gänsehautfreiem Urlaubsambiente für Pinguine, Fische und Menschen klingt, bedroht mit seinen Rückkopplungseffekten Wasser- und Küstenbewohner.
Der menschgemachte Klimawandel ist auf große Fahrt gegangen. In den Weiten der Meere, bis hin zu den Polargebieten. Das Südpolarmeer wird wärmer, das Eis in der Westantarktis geht rapide und möglicherweise unwiederbringlich verloren. Die Schelfeise in der Amundsensee werden mit warmem Wasser aus dem Zirkumpolarstrom geschmolzen. Die Eismassen ziehen sich im Rekordtempo zurück. Mag sein so lange, bis der auf dem Meeresboden aufliegende Westantarktische Eisschild ganz zerfallen ist. Hitze bringt Wasser und Polargebiete zum Schwitzen und verändert Winde.
Nahe der Concordia-Forschungsstation stiegen im März 2022 die Temperaturen in der Ostantarktis um 30 bis 40 Grad Celsius. Normalerweise fallen sie auf der Schwelle zum antarktischen Winter rapide. Ein internationales Team hat die zunächst rätselhafte Hitzewelle aufgeklärt. Geowissenschaftlerinnen starteten dafür ein großes Gemeinschaftsprojekt zu den meteorologischen Ursachen, den Auswirkungen des Wärmetransports und dem historischen, klimatischen Kontext. Sie stellten beispielsweise fest, dass die Wärmeadvektion die bereits rekordverdächtig niedrige Meereisausdehnung weiter verringerte.
Der Sauerstoff wird knapp
Immer häufigere Hitzewellen in den Meeren und in der Antarktis drohen Wasser- und Landbewohner in noch teils unerforschten Dimensionen zu überrollen. Bringt warmes Wasser das Eis zum Schmelzen, wird – vereinfacht gesagt – die Sonnenenergie nicht mehr ins All zurückgeworfen, sondern erwärmt das Wasser weiter. Weltweit. Das schädigt die Ökologie, damit auch den sozio-ökonomischen Wert des Meeres sowie die Gesundheit und Lebensbedingungen der Menschen und anderer Lebewesen am Meer und in den Polargebieten. Profan ausgedrückt schmälern Hitzewellen Ökosystemleistungen und Einkommen.
Seit den 1970er-Jahren haben die Meere fast 90 Prozent der überschüssigen Wärme in der Atmosphäre aufgenommen und so das Klima zunächst entlastet. Seit einigen Jahren zeugen jedoch immer mehr und immer häufigere sogenannte marine Hitzewellen (MHW) auf den Meeresoberflächen von der Erd- und Wassererwärmung. Beispielsweise im Mittelmeer, in der Nordsee oder im Golf von Florida, dort mit 38,4 Grad Celsius im Juli 2023. Solche mindestens fünf Tage währenden MHWs hinterlassen auch jenseits der Gewässer Spuren: „2023 und 2024 sind die Meerestemperaturen weltweit sprunghaft auf neue Rekordwerte gestiegen, das ist sehr besorgniserregend“, sagt Philipp Kanstinger, Meeresschutz-Experte beim WWF Deutschland.
Beispielsweise sinkt der Sauerstoffgehalt im Meer immer weiter, je höher die Temperaturen steigen. Der Geologe Diego Kersting gibt in diesem Zusammenhang zu bedenken, dass höhere Temperaturen den Stoffwechsel der Meeresorganismen beschleunigen. Deshalb müssen sie mehr atmen, was durch die geringere Sauerstoffkonzentration im Wasser erschwert werde.
Die Rekordtemperaturen von fast 30 Grad in mehreren Meeresregionen vor zwei Jahren gaben einen Vorgeschmack darauf, wie solch hohe Temperaturen zu einem Massensterben endemischer Arten führen werden. Für in einer bestimmten Region beheimatete Tiere und Pflanzen fühlt sich ihr Lebensraum bei Hitze so an wie ein vollbesetzter Besprechungsraum, in dem lange nicht gelüftet wurde: Sauerstoff wird knapp, die Lebewesen beginnen zu leiden und suchen nach Fluchtmöglichkeiten.
Ausgehend von Satellitendaten und Modellsimulationen prognostizierte ein Team um den Physiker Thomas Frölicher von der Universität Bern bereits 2018, dass sich Hitzetage im Meer bei einer Erderwärmung von 3,5 Grad Celsius bis zum Ende des Jahrhunderts vervierzigfachen würden. „Heute sind 87 Prozent der marinen Hitzewellen auf die vom Menschen verursachte Erwärmung zurückzuführen, wobei dieser Anteil bei jedem globalen Erwärmungsszenario über zwei Grad Celsius auf fast 100 Prozent ansteigt“, heißt es in einer Veröffentlichung des Fachmagazins „Nature“ von 2018, an der Frölicher beteiligt war. Immer mehr Meer wäre also von Klimawandel-Hitzewellen betroffen.
Zurück zum Rätsel um die Hitzewelle in der Antarktis. Der Temperaturanstieg in der Ostantarktis ging auf einen intensiven „atmosphärischen Fluss“, somit auf ein konzentriertes Band atmosphärischen Wasserdampfs, zurück. Dieses transportierte Wärme und Feuchtigkeit aus den Subtropen tief in das Innere der Antarktis. Hinzu kam eine erhöhte Welligkeit des Jetstreams, der sie zügig beförderte.
Eine Fläche so groß wie Indien war in der Antarktis von dem Phänomen betroffen. Wirbelstürme im Indischen Ozean hatten den Wolkenimport originär ausgelöst. Einem Web-Bericht der Uni Innsbruck zufolge förderte die Feuchtigkeit „weit verbreitete Anomalien der abwärts gerichteten langwelligen Strahlung, die sich mit der gestreuten Sonnenstrahlung vermischte und letztlich zu einer starken Erwärmung der Oberfläche beitrug“.
Küstenregionen sind betroffen
Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, darunter Elisabeth Schlosser vom Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften der Universität Innsbruck, veröffentlichte 2024 eine Analyse der Hitzewelle im „Journal of Climate“. „Für so ein Extremereignis müssen allerdings mehrere Faktoren begünstigend zusammenkommen“, erläuterte Polarmeteorologin Schlosser zu diesem Anlass. „Zu einer anderen Jahreszeit, mit anderen Meereisbedingungen und anderen Temperaturbedingungen über dem Kontinent, wäre die Temperaturanomalie geringer ausgefallen.“ Die Hitzewellen-Forscherinnen und -Forscher fürchten ähnliche Temperaturextreme während der sommerlichen Eisschmelze über einem empfindlichen Schelfeis in der Westantarktis: Der Meeresspiegel könnte heftiger ansteigen und der Eisschild instabiler werden. In der Ostantarktis hatte die „Hitzewelle“ von -9,4 Grad Celsius am Winterbeginn durch mehr Schneefall noch dazu beigetragen, dass 2022 der antarktische Eisschild weniger zum Anstieg des Meeresspiegels beitrug.
Bereits 2019 hatten Wissenschaftler, vor allem aus den Einrichtungen des Konsortiums Deutsche Meeresforschung (KDM), auf der Website worldoceanreview.com über „Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Polarregionen“ geschrieben. Sie warnten, dass es auch in der Ostantarktis, wo der Totten-Gletscher an Bodenhaftung verliere, sowie aus dem Weddellmeer, „wo warme Wassermassen das zweitgrößte Schelfeis der Antarktis gefährden“, Anzeichen dafür gebe, dass sich die Eismassen im Rekordtempo zurückzögen. „Der Rückzug des polaren Eises gefährdet aufgrund der steigenden Wasserpegel Küstenregionen auf der gesamten Welt“, bilanzierten die Autorinnen.
Zu ihnen gehörte Dr. Michaela Mayer, die als Diplom-Biologin besonders auf die Ökologie der Polargebiete im Antarktisvertragssystem spezialisiert ist und beispielsweise als Meeresbiologin und Ornithologin auf der Antarktis-Forschungsstation Carlini auf King George Island forschte. Mayer gründete und leitet das Institut für nachhaltige Aktivitäten auf See (Inasea) in Bremen. Oder auch Dr. Volker Strass, der sich als seefahrender Ozeanograf in der Sektion Physikalische Ozeanografie der Polarmeere im Fachbereich Klimawissenschaften am Alfred-Wegener-Institut (AWI) in Bremerhaven beschreibt und auf Forschungsfahrten bevorzugt die Region des Antarktischen Zirkumpolarstroms sowie das Weddellmeer ansteuerte.
Nicht nur lokale Auswirkungen
Exakte Prognosen sind angesichts der Dynamik des Klimawandels schwierig. Wer Schnee, Eisschilde, Gletscher, Schelfeise, Meereis und Permafrost mehrfach und mit Wissenschaftsbrille live erlebt hat, hat dennoch eine recht klare Vorstellung davon, was los ist, wenn Atmosphäre und Meere stetig wärmer werden: nicht nur in der Antarktis. Der Klimawandel habe die Polarregionen längst erreicht und wirke sich großräumig auf alle Bestandteile der Kryosphäre – der Eiswelten – aus. Das ist beispielsweise so in der „WOR6 – Arktis und Antarktis“ seit sechs Jahren zu lesen, ohne dass in der aktuellen Politik angemessene Reaktionen auf diese beängstigende Entwicklung zu sehen wären.
Die Details, laut „WOR6“: Das Meereis und die Schneedecke würden schrumpfen, die Gletscher ihr Eis immer schneller Richtung Meer transportieren, verlören auf diese Weise an Masse und würden sich zurückziehen. Die dauergefrorenen Böden würden tiefer und länger anhaltend auftauen. Schwimmende Landeisflächen wie die Schelfeisgebiete in der Antarktis würden von der Wärme zerfressen. „Hinzu kommt, dass jede dieser Einzelveränderungen unmittelbare Folgen für die anderen Komponenten des Klimasystems hat und die Prozesse sich auf diese Weise gegenseitig verstärken“, warnen die wissenschaftlich berichtenden Augenzeugen und Modellierer. „Der Klimawandel hat aber auch längst die Antarktis erreicht – mit Folgen, die mittlerweile an allen Küsten dieser Welt zu spüren sind.“
Verlässliche Vorhersagen zu den Entwicklungen der Meereisentwicklung in der Antarktis sind schwierig, aber nötig: weil beispielsweise die Larven des Krills an der Unterseite des Eises überwintern und weil Kaiserpinguin und Weddellrobben aufs Meereis setzen, um ihren Nachwuchs großzuziehen. Der WWF betont in seinem Internet-Auftritt, dass sich die Hitzeperioden im Meer nicht nur lokal drastisch auswirken. Dies zeige ein Modell für die Analyse von marinen Hitzewellen. Wobei die zeitweise, mindestens fünf Tage andauernde Erwärmung eines bestimmten Meeresgebiets bei MHWs weit über dem üblichen Temperaturanstieg im Jahresverlauf liegt.
Ortswechsel zu den marinen Hitzewellen: Dauern sie länger an, können Korallenriffe, laut World Wide Fund For Nature (WWF), großflächig absterben. Steigt die Erderwärmung auf zwei Grad Celsius, kann das 99 Prozent der Riffe betreffen. Abhängig auch von Dauer, Heftigkeit und Häufigkeit mariner Hitzewellen. Korallenriffe sind nicht nur schön, sondern für ein Viertel aller bekannten Meeresarten notwendig, um zu überleben, sagt der WWF. Schwierig und hässlich sei ihr Verlust, auch für die Menschen.
„Das Mittelmeer leidet seit Anfang der 2000er-Jahre unter Hitzewellen im Meer und dem damit verbundenen Sterben von Meeresbewohnern. Die Hitzewelle im Jahr 2003 führte zu einem weit verbreiteten Massensterben von Meeresorganismen – hauptsächlich Korallen, Gorgonien und Schwämme – im nordwestlichen Mittelmeer“, erklärt Dr. Diego Kersting. Der Geologe arbeitet als Forscher am Instituto de Acuicultura de Torre de la Sal, Spanish National Research Council (CSIC), Spanien. Der Meereswissenschaftler hielt sich 2023 als Gastwissenschaftler an der Freien Universität Berlin, Fachrichtung Paläontologie am Institut für Geologische Wissenschaften auf. „Die Häufigkeit der Hitzewellen hat jedoch zugenommen, sodass jetzt fast jeden Sommer eine Hitzewelle im Meer zu verzeichnen ist – und auch mit hohen Sterblichkeitsraten“, betont Kersting. Solche Anomalien würden „leider zur Norm“.
Hitzewellen und Wassererwärmung bringen Hunger und Tod. Nährstoffe fürs Leben fehlen, wenn im Klimawandel die Sommerbedingungen im Mittelmeer ausgedehnt werden. Der Zugang vom oberen, wärmeren Wasser zum tieferen, nahrungs- und nährstoffreichen Wasser ist durch ein Dichtegefälle versperrt. „Diese langanhaltenden, sommerlichen Bedingungen wirken sich nachteilig auf die Organismen aus, die fest am Boden leben und nicht in kältere Gewässer flüchten können, wie etwa Korallen oder Schwämme“, erläutert Kersting. „Da der obere Teil der Wassersäule nicht mit den tieferen, nährstoffreicheren Gewässern verbunden ist, werden die Nährstoffe und die Nahrung, die diese Organismen zum Leben brauchen, schließlich aufgebraucht.“
Invasive Arten profitieren von wärmeren Gewässern. „Die mediterranen Ökosysteme verändern sich auch aufgrund der veränderten Verbreitung vieler mobiler Arten, die je nach ihrer Temperaturaffinität wandern: Einige von ihnen wandern in kältere Gewässer, während Arten, die in wärmeren Regionen leben, ihre Verbreitung infolge der Wassererwärmung ausweiten“, erläutert Kersting. „All diese Veränderungen in den mediterranen Ökosystemen haben tiefgreifende Auswirkungen auf unsere Gesellschaft, von der Nahrungsmittelversorgung – der Fischerei – bis hin zur Freizeitgestaltung – dem Tourismus und dem Tauchen.“ Seine Einschätzung bestätigt auch Dr. Katrin Schroeder, die als Ozeanographin am Institute of Marine Science (ISMAR), National Research Council of Italy, arbeitet: „Marine Hitzewellen können schädliche Folgen für die marinen Ökosysteme, die biologische Vielfalt und menschliche Aktivitäten haben, die eng mit ihnen verbunden sind.“ Auch Schroeder nennt hier die Nahrungsmittelversorgung, den Tourismus und die Freizeitgestaltung als Beispiele. Detailliert beschreibt sie, wie die Wesen im Wasser unter den MWHs leiden: „Es wurde beobachtet, dass sie Massensterben bei benthischen Organismen auslösen, also bei weniger mobilen Lebewesen, die den Meeresboden bewohnen. Darüber hinaus können sie zu Krankheitsausbrüchen führen und Verschiebungen in der Verteilung von Meerestieren wie Korallen, Seegräsern, Fischen und Mollusken bewirken.“ Sauerstoffmangel und eine beeinträchtigte Wasserqualität seien weitere Folgen. Außerdem könnten diese Ereignisse schädliche Algenblüten auslösen, die Giftstoffe produzieren könnten. Auch die Wirtschaft vor Ort leidet der Ozeanographin zufolge unter großen Hitzeereignissen im Wasser. „Abgesehen von den ökologischen Folgen haben marine Hitzewellen auch das Potenzial, die Produktivität der Fischerei zu verringern und die Leistung von Aquakulturanlagen zu beeinträchtigen“, so Schroeder.
Ständiger Stress durch die Wärme
Weil sich MWHs negativ auf die lokale Ökologie und die Küstengemeinschaften auswirken, untersuchen Forscher mittlerweile auch die betroffenen, lokalisierten Küstengebiete, Randmeere und Fjorde mit Blick auf die Folgen der Hitzewellen. Das Strandleben im und am hitzeerschütterten Wasser könnte auch Urlauber enttäuschen. „Die Erwärmung des Mittelmeers wirkt sich in vielerlei Hinsicht auf menschliche Aktivitäten aus“, erläutert Professor Dr. Christian Wild. Er ist Leiter der Arbeitsgruppe Marine Ökologie, Fachbereich Biologie/Chemie an der Universität Bremen. „Die Fischer fangen nicht mehr die Arten, die sie früher gefangen haben, sondern invasive Arten, die sie nicht verkaufen können, weil die Menschen nicht gewohnt sind, sie zu essen.“ Kaninchenfische und Rotfeuerfische seien essbar, aber andere invasive Fische seien es nicht – oder sogar giftig, wie die Kugelfische. Stichwort: „Tourismusbranche“. „Es gibt Mikroalgen, die bei hohen Temperaturen blühen und Giftstoffe in die Atmosphäre freisetzen können, was in einigen Fällen dazu führte, dass Strände geschlossen wurden. Menschen, die zum Tauchen kommen, um schöne Meereslandschaften voller Gorgonien zu sehen, könnten enttäuscht werden, da die Meereslandschaften nicht mehr so schön sind wie früher“, sagt Wild.
Der erste „obligatorische“ Schritt zur Rettung der mediterranen Ökosysteme besteht, Kersting zufolge, darin, „unser irrationales Wachstum und den Ausstoß von Treibhausgasen zu stoppen“. Vergangenes Jahr kamen die Autorinnen des wissenschaftlichen Überblicksartikels „A global overview of marine heatwaves in a changing climate“ (Communications Earth & Environment, 2024) zum Ergebnis, dass die Definition von MWHs unter „nicht-stationären Bedingungen“ immer schwieriger werde. Grund hierfür ist das Handeln und Nichthandeln der Menschen: Die Ozeane werden im Zuge des „anthropogenen Klimawandels“ immer wärmer. In Gebieten mit „ausreichender Erwärmung“ führten die üblicherweise verwendeten Definitionen zu einem „permanenten MWH-Zustand“.
Dass sich einzelne Regionen unserer Meere und Polargebiete durch den Klimawandel ständig im Stress durch Hitzewellen befinden, ist das eine. Dass Ereignisse, den Verfassern des MHW-Überblicksartikels von 2024 zufolge, zeitgleich in verschiedenen Regionen auftreten, ist das andere. Hierzu nennen sie die weitreichenden Auswirkungen auf die Fischerei durch marine Hitzewellen und niedrige Nährstoffwerte im oberen Ozean während El Niño. Dies schwächte den Auftrieb ab. So gab es weniger Phytoplankton für die Fische aus der Tiefe und weniger Fisch auf den Tisch für Menschen.
Der Wirkung von Hitzewellen im Eis und in den Meeren kann sich keiner entziehen. So wie auch die „Hitzewelle“ in der Antarktis im Jahr 2022 demonstrierte, wie sich tropische Aktivitäten direkt und komplex auf den antarktischen Eisschild auswirken können. Eine Warnung. Und es ist keine Abkühlung in Sicht.