Aktuelle Forschung
Hier werden aktuelle Forschungsthemen der Sektion vorgestellt.
2021
Dürren in Deutschland könnten extremer werden
[19 März 2021] Zukünftig könnten Dürren noch stärker ausfallen, als dies im Jahr 2018 in Teilen Deutschlands der Fall war. Die Analyse von Klimadaten des letzten Jahrtausends zeigt, dass mehrere Faktoren zusammenkommen müssen, damit eine Megadürre auftritt. Neben steigenden Temperaturen sind das die Sonneneinstrahlung sowie bestimmte Wetterlagen und Strömungsverhältnisse im Nordatlantik, wie sie für die Zukunft prognostiziert werden. Das berichten Forschende unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts jetzt im Fachmagazin Communications Earth & Environment.
Originalpublikation
Monica Ionita, Mihai Dima, Viorica Nagavciuc, Patrick Scholz, and Gerrit Lohmann: Past megadroughts in central Europe were longer, more severe and less warm than modern droughts. Communications Earth & Environment. doi: 10.1038/s43247-021-00130-w
"Problem des fehlenden Eises" gelöst
[23 Februar 2021] Während der Eiszeiten sinkt der Meeresspiegel, weil viel Wasser in den riesigen Festlandgletschern gespeichert ist. Rechenmodelle konnten die Höhe des Meeresspiegels und die Dicke der Gletschermassen für die letzten Eiszeiten aber nicht miteinander in Einklang bringen. Mit neuen Berechnungen ist es einem Team von Klimaforschenden unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts gelungen, die Diskrepanz aufzulösen. Die jetzt im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichte Studie könnte die Erforschung der Klimavergangenheit deutlich voranbringen.
Originalpublikation
Evan J. Gowan, Xu Zhang, Sara Khosravi, Alessio Rovere, Paolo Stocchi, Anna L. C Hughes, Richard Gyllencreutz, Jan Mangerud, John-Inge Svendsen, and Gerrit Lohmann: A new global ice sheet reconstruction for the past 80 000 years. Nature Communications. doi: 10.1038/s41467-021-21469-w
Wanderlustige Eisberge
[14 Januar 2021] Während Eiszeiten sind Eisberge aus der Antarktis viel weiter nach Norden gewandert als heute. Wie das möglich war und welche Konsequenzen das für die Ozeane hatte, hat jetzt ein internationales Team unter Leitung der Universität Cardiff und Beteiligung des AWI herausgefunden. Demnach wirkte sich der Ferntransport gefrorenen Süßwassers bis auf die nördliche Halbkugel und in die Tiefen des Atlantiks aus. Welche Konsequenzen dies für die Entwicklung des damaligen Klimas hatte, ist Gegenstand aktueller Forschungsprojekte.
Originalpublikation
Aidan Starr, Ian R. Hall, Stephen Barker, Thomas Rackow, Xu Zhang, Sidney R. Hemming, H.J.L van der Lubbe, Gregor Knorr, Melissa A. Berke, Grant R. Bigg, Alejandra Cartagena, Francisco J. Jiménez-Espejo, Xun Gong, Jens Gruetzner, Nambiyathodi Lathika, Leah J., LeVay, Rebecca S. Robinson, Martin Ziegler, and Exp. 361 Science Party: Antarctic Icebergs Reorganize Ocean Circulation During Pleistocene Glacials. Nature. doi: 10.1038/s41586-020-03094-7
2020
Dürrevorhersage - Mitteleuropa: Trockenheit im April stellt Weichen für Dürre im Sommer
[07. Dezember 2020] Mitteleuropa ist in den zurückliegenden 20 Jahren sechsmal von schweren sommerlichen Hitzewellen und Dürreperioden getroffen worden. Bislang war jedoch unklar, welche Faktoren den Grundstein für diese Extremereignisse legen. Forschende zweier Helmholtz-Zentren haben nun herausgefunden, dass in Mitteleuropa die Temperatur- und Niederschlagsmuster im Monat April maßgeblich darüber entscheiden, ob die Böden im anschließenden Sommer überdurchschnittlich trocken sind oder nicht. Ist der April zu warm und niederschlagsarm, verdunstet ein so großer Teil der im Erdreich gespeicherten Feuchtigkeit, dass eine Sommerdürre sehr wahrscheinlich wird. Eine Ursache für die wiederkehrende April-Trockenheit und die damit steigende Dürregefahr hat das Team ebenfalls identifiziert. Abnehmende Temperaturunterschiede zwischen der Arktis und den mittleren Breiten führen im April zu einer Verlagerung des Jetstream und der Herausbildung eines blockierenden Hochdrucksystems über der Nordsee und Teilen Deutschlands. Dieses wiederum beschert Mitteleuropa dann viel zu warmes und trockenes Aprilwetter, berichten die Forschenden in einer Studie, die heute im Nature-Fachmagazin „npj Climate and Atmospheric Science“ erschienen ist.
Originalpublikation
Monica Ionita, Viorica Nagavciuc, R. Kumar, O. Rakovec: On the curious case of the recent decade, mid-spring precipitation deficit in central Europe. npj Climate and Atmospheric Science. doi: 10.1038/s41612-020-00153-8
Wasserwirbel verschieben die Tropen
[23. September 2020] Die schweren Dürren in den USA oder in Australien sind erste Anzeichen dafür, dass sich die Tropen mit ihren warmen Temperaturen offenbar im Zuge des Klimawandels immer weiter ausdehnen. Die Gründe dafür konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bisher aber nicht schlüssig erklären, weil sie vor allem die Vorgänge in der Atmosphäre im Blick hatten. Jetzt haben AWI-Experten das Rätsel gelöst: Die bedenkliche Ausdehnung der Tropen wird nicht etwa durch Prozesse in der Atmosphäre verursacht, sondern ganz einfach durch Meeresströmungen.
Originalpublikation
Hu Yang, Gerrit Lohmann, Jian Lu, Evan J. Gowan, Xiaoxu Shi, Jiping Liu, Qiang Wang: Tropical Expansion Driven by Poleward Advancing Midlatitude Meridional Temperature Gradients. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. doi: 10.1029/2020JD033158
Niedrigwasservorhersage für Elbe und Rhein: Dürre-Stresstest bestanden!
[06. August 2020] Die Wasserstände in deutschen Flüssen lassen sich mit herkömmlichen Methoden etwa sechs Wochen im Voraus vorhersagen. Aus diesem Grund überraschte der Dürresommer 2018 mit seinen extremen Niedrigwassern in Rhein und Elbe nicht nur die Binnenschiffer, sondern auch die meisten Verantwortliche in Raffinerien, Stahlwerken und Chemiekonzernen entlang der Flussläufe. Viele der von Schiffstransporten abhängigen Firmen vermeldeten alsbald Lieferengpässe und Produktionsausfälle. Dieser wirtschaftliche Schaden hätte sich durchaus verhindern lassen, wären damals moderne Vorhersagemethoden zum Einsatz gekommen. Dieses ernüchternde Fazit ziehen Forscherinnen des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), nachdem sie ein von ihnen entwickeltes Berechnungsmodell zur langfristigen Vorhersage von Durchflussmengen in Flüssen dem Dürresommer-2018-Härtetest unterzogen haben. Das Ergebnis: Mithilfe der von ihnen verwendeten globalen Meeres- und Klimadaten konnten das Elbe- und Rhein-Niedrigwasser bereits drei Monate vor ihrem Eintreten zuverlässig vorhergesagt werden. Die umfassende Analyse der AWI-Wissenschaftlerinnen ist heute als frei verfügbarer Fachartikel im Nature-Online-Magazin Scientific Reports erschienen.
Originalpublikation
Monica Ionita & Viorica Nagavciuc: Forecasting low flow conditions months in advance through teleconnection patterns, with a special focus on summer 2018. Scientific Reports. doi: 10.1038/s41598-020-700600-8
Spuren eines Regenwaldes in der Westantarktis
[01. April 2020] Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Geowissenschaftlern des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, hat ein neues und bislang einzigartiges Fenster in die Klimageschichte der Antarktis aufgestoßen. In einem Sedimentbohrkern, den die Forschenden im Februar 2017 im westantarktischen Amundsenmeer geborgen haben, fanden sie nahezu ursprünglich erhaltenen Waldboden aus der Kreidezeit, einschließlich vieler Pflanzenpollen und -sporen sowie eines dichten Wurzelnetzwerkes. Die Vegetationsüberreste belegen, dass vor etwa 90 Millionen Jahren ein gemäßigter, sumpfiger Regenwald im Küstenbereich der Westantarktis wuchs und die Jahresdurchschnittstemperatur etwa 12 Grad Celsius betrug – ein für das Südpolargebiet außergewöhnlich warmes Klima, welches nach Auffassung der Wissenschaftler nur möglich wurde, weil der antarktische Eisschild fehlte und die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre deutlich höher war als Klimamodellierungen bislang vermuten ließen. Die Studie, welche die südlichsten direkt verwertbaren Klima- und Umweltdaten aus der Kreidezeit liefert und Klimamodellierer auf der ganzen Welt vor neue Herausforderungen stellt, erscheint heute im Fachmagazin NATURE.
Originalpublikation
Johann P. Klages, Ulrich Salzmann, Torsten Bickert, Claus-Dieter Hillenbrand, Karsten Gohl, Gerhard Kuhn, Steven M. Bohaty, Jürgen Titschack, Juliane Müller, Thomas Frederichs, Thorsten Bauersachs, Werner Ehrmann, Tina van de Flierdt, Patric Simões Pereira, Robert D. Larter, Gerrit Lohmann, Igor Niezgodzki, Gabriele Uenzelmann-Neben, Maximilian Zundel, Cornelia Spiegel, Chris Mark, David Chew, Jane E. Francis, Gernot Nehrke, Florian Schwarz, James A. Smith, Tim Freudenthal, Oliver Esper, Heiko Pälike, Thomas A. Ronge, Ricarda Dziadek, and the Science Team of Expedition PS104: Temperate rainforests near the South Pole during peak Cretaceous warmth. Nature. doi:10.1038/s41586-020-2148-5
Große, windgetriebene Meeresströmungen verschieben sich polwärts
[24. Februar 2020] Die großen, windgetriebenen Strömungssysteme der Ozeane haben sich in den zurückliegenden 40 Jahren mit hohem Tempo Richtung Pol verschoben. Zu diesem Ergebnis kommen Forschende des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresfoschung (AWI), nachdem sie globale Langzeit-Satellitendaten zur Meeresoberflächentemperatur und zur Höhe des Meeresspiegels ausgewertet haben. Aus beiden Datensätzen lassen sich Rückschlüsse auf den Verlauf der großräumigen Oberflächenströmungen ziehen. Demnach verschieben sich sowohl auf der Nordhalbkugel als auch auf der Südhalbkugel der Erde die Grenzen der sogenannten Ozeanwirbel und ihrer wichtigen Randströme um 800 Meter pro Jahr Richtung Pol. Angetrieben wird diese Verlagerung gigantischer Wassermassen maßgeblich durch die Erderwärmung, wie zum Beispiel Berechnungen mit einem neuen AWI-Klimamodell belegen. Die Folgen des Wandels spüren Mensch und Natur, berichten die Forscher: Unter anderem steigt in den betroffenen Regionen der Meeresspiegel, Arten wandern ab und Sturmgebiete ziehen auf neuen Bahnen. Die Studie erscheint heute im Fachmagazin Geophysical Research Letters.
Originalpublikation
Hu Yang, Gerrit Lohmann, Uta Krebs-Kanzow, Monica Ionita, Xiaoxu Shi, Dmitry Sidorenko, Xun Gong, Xueen Chen, and Evan J. Gowan: Poleward Shift of the Major Ocean Gyres Detected in a Warmin Climate. Geophysical Research Letters. doi: 10.1029/2019GL085868
2018
Schmelze folgt auf Schmelze
[11. Juli 2018] Eine Gletscherschmelze auf der einen Seite der Erde kann auf der anderen Seite des Globus ebenfalls Gletscher in Bewegung bringen. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von AWI-Forschern, die eiszeitliche Ablagerungen von Meeresalgen untersucht und gestützt auf diese Daten Klimaberechnungen durchgeführt haben. Dabei aufgedeckte Prozesse sind beunruhigend: Bei weiterer Erwärmung der Ozeane können sie auch zum Abbau heutiger polarer Eismassen und zu einem raschen Anstieg des Meeresspiegels führen.
Originalpublikation
Edith Maier, Xu Zhang, Andrea Abelmann, Rainer Gersonde, Stefan Mulitza, Martin Werner, Maria Méheust, Jian Ren, Bernhard Chapligin, Hanno Meyer, Rüdiger Stein, Ralf Tiedemann und Gerrit Lohmann: North Pacific freshwater events linked to changes in glacial ocean circulation. Nature, 2018. doi: 10.1038/s41586-018-0276-y
Hinweis auf Kipp-Punkt für Sauerstoffminimum-Zonen im Ozean
[08. Mai 2018] Ändern sich die Ozeantemperaturen, so reagieren die natürliche Variabilität der Sauerstoffversorgung und die damit verbundenen biogeochemischen Stoffkreisläufe nicht linear. Stattdessen gab es vor etwa 6.000 Jahren einen relativ rasch auftretenden Kipp-Punkt. Das ist das Ergebnis einer Studie, die Wissenschaftler unter Leitung von Geologen des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) jetzt in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht haben.
Originalpublikation
Lester Lembke-Jene, Ralf Tiedemann, Dirk Nürnberg, Xun Gong, and Gerrit Lohmann: A rapid shift and millennial-scale variations in Holocene North Pacific Intermediate Water ventilation. Proceedings oft he National Acedemy of Sciences oft he United States of America (PNAS). doi: 10.1073/pnas.1714754115
2017
Neue Erkenntnisse zur arktischen Meereisbedeckung in Vergangenheit und Zukunft
[29. August 2017] Die Temperatur in der Arktis erwärmt sich heute zwei bis dreimal schneller als die globale Mitteltemperatur. Folge - und durch Rückkopplungseffekte auch Ursache - hiervon ist das schwindende Meereis. Geo- und Klimawissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) zeigen in einer aktuellen Nature Communications-Studie, dass in der zentralen Arktis in der Erdgeschichte bei noch höheren globalen Temperaturen – jedoch einem geringeren CO2-Gehalt - als heute auch im Sommer Meereis vorkam.
Originalpublikation
Ruediger Stein, Kirsten Fahl, Paul Gierz, Frank Niessen & Gerrit Lohmann: Arctic Ocean sea ice cover during the penultimate glacial and the last interglacial. Nature Communications, 2017. doi: 10.1038/s41467-017-00552-1
Sinkender Meeresspiegel brachte Vulkane zum Überlaufen
[06. Juli 2017] Während der letzten 800.000 Jahre zeigten antarktische Temperaturen und atmosphärischer Kohlendioxidgehalt eine im Wesentlichen gleichgerichtete Entwicklung. Doch der Übergang in die letzte Eiszeit verlief anders: Vor ca. 80.000 Jahren sanken die Temperaturen, der Kohlendioxidgehalt aber blieb stabil. Ein internationales Forscherteam unter gemeinsamer Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel und des Alfred-Wegener-Instituts Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung hat nun mit Hilfe von Modellrechnungen herausgefunden, dass ein Zusammenspiel aus abfallendem Meeresspiegel und zunehmender Vulkanaktivität zu der Anomalie geführt haben könnte. Die Ergebnisse erscheinen heute in der internationalen Fachzeitschrift Nature Communications.
Originalpublikation
Hasenclever, J., G. Knorr, L. H. Rüpke, P. Köhler, J. Morgan, K. Garofalo, S. Barker, G. Lohmann, I. R. Hall: Sea level fall during glaciation stabilized atmospheric CO2 by enhanced volcanic degassing. Nature Communications, 2017. doi: 10.1038/NCOMMS15867
Wie sich das Klima an Kipppunkten in kurzer Zeit ändert
[19. Juni 2017] Während der letzten Eiszeit konnte der Einfluss von atmosphärischem CO2 auf den Nordatlantikstrom innerhalb weniger Jahrzehnte in Grönland einen Anstieg der Temperatur um bis zu 10 Grad Celsius verursachen. Das zeigen neue Klimaberechnungen von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Instituts und der Universität Cardiff. Erstmals konnte damit nachgewiesen werden, dass es in der jüngeren Erdgeschichte Situationen gab, in denen graduell steigende CO2-Konzentrationen an sogenannten Kipppunkten abrupte Ozeanzirkulations- und Klimaänderungen ausgelöst haben. Diese abrupten Übergänge wurden in grönländischen Eiskernen beobachtet und sind als Dansgaard-Oeschger-Ereignisse bekannt. Die Ergebnisse der Studie sind nun in dem Fachjournal Nature Geoscience erschienen.
Originalpublikation
Xu Zhang, Gregor Knorr, Gerrit Lohmann, Stephen Barker: Abrupt North Atlantic circulation changes in response to gradual CO2 forcing in a glacial climate state. Nature Geoscience, 2017. doi: 10.1038/NGEO2974
Wie der Arktische Ozean salzig wurde
[06. Juni 2017] Der Arktische Ozean war einst ein gigantischer Süßwassersee. Erst als die Landbrücke zwischen Grönland und Schottland weit genug abgesunken war, strömte eine große Menge Salzwasser aus dem Atlantik ein. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts haben nun mit Hilfe eines Klimamodells nachvollzogen, wie dieser Prozess vonstattenging. Dadurch lässt sich die Geburt der Arktischen Zirkulation wie wir sie heute kennen auch erstmalig genauer beschreiben. Die Ergebnisse der Studie erscheinen nun im Fachmagazin Nature Communications.
Originalpublikation
Michael Stärz, Wilfried Jokat, Gregor Knorr, Gerrit Lohmann: Threshold in North Atlantic-Arctic Ocean circulation controlled by the subsidence of the Greenland-Scotland Ridge. Nature Communications, 2017. doi: 10.1038/NCOMMS15681
2016
Wie vor 10.000 Jahren das Schmelzwasser der Eisschilde das Klima durcheinanderbrachte
[18. Juli 2016] Wie wird das Abschmelzen des Grönlandeises unser Klima beeinflussen? Um eine Vorstellung davon zu erlangen, blicken Forscher weit zurück in die Vergangenheit. Im frühen Holozän - vor etwa 11.700 bis 8.000 Jahren - schmolz ein großer Eispanzer in Nordamerika ab. Anhand von Tropfsteinen in Höhlen und Computersimulationen rekonstruierte ein internationales Team die Folgen.
Originalpublikation
Jasper A. Wassenburg, Stephan Dietrich, Jan Fietzke, Jens Fohlmeister, Klaus Peter Jochum, Denis Scholz, Detlev K. Richter, Abdellah Sabaoui, Christoph Spötl, Gerrit Lohmann, Meinrat O. Andreae and Adrian Immenhauser: Reorganization of the North Atlantic Oscillation during early Holocene deglaciation. Nature Geoscience, 2016. doi: 10.1038/NGEO2767
Ozeanische Randströme werden stärker und verlagern sich Richtung Pol
[28. Juni 2016] Die Erwärmung der Erde führt zu grundlegenden Veränderungen wichtiger Meeresströmungen. Wie Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes in einer neuen Studie zeigen, werden die vom Wind angetriebenen subtropischen Randströmungen auf der Nord- und Südhalbkugel bis zum Ende dieses Jahrhunderts nicht nur stärker. Der Kuroshio-Strom, der Agulhasstrom und andere Meeresströmungen verlagern ihre Pfade auch Richtung Pol und bringen mehr Wärme und somit Sturmgefahr in die gemäßigten Breiten. Für die Studie hatten die Forscher eine Vielzahl unabhängiger Beobachtungsdaten und Klimasimulationen ausgewertet. Sie zeigen für alle Randströme das gleiche Muster. Die einzige Ausnahme bildet der Golfstrom. Er wird sich den Daten zufolge in den kommenden Jahrzehnten abschwächen. Die Studie ist heute im Fachjournal Journal of Geophysical Research erschienen.
Originalpublikation
Hu Yang, Gerrit Lohmann, Wei Wei, Mihai Dima, Monica Ionita, Jiping Liu: Intensification and Poleward Shift of Subtropical Western Boundary Currents in a warming climate, Journal of Geophysical Research. doi: 10.1002/2015JC011513
Vor sechs bis zehn Millionen Jahren gab es im Sommer kein Meereis am Nordpol
[04. April 2016] Einem internationalen Wissenschaftler-Team unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) ist es gelungen, ein neues Fenster in die Klimageschichte des Arktischen Ozeans aufzustoßen. Mithilfe einzigartiger Bodenproben vom Lomonossow-Rücken konnte das Forscherteam belegen, dass die zentrale Arktis vor sechs bis zehn Millionen Jahren im Sommer vollkommen eisfrei und das Meer an seiner Oberfläche 4 bis 9 Grad Celsius warm war. Im Frühjahr, Herbst und Winter dagegen schwammen Eisschollen auf dem Ozean, berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Communications. Diese neuen Klimadaten stellen einen fundamentalen Baustein für die Rekonstruktion arktischer Klimabedingungen in der Vergangenheit dar und können dazu dienen, Klimamodelle zu überprüfen.
Originalpublikation
Ruediger Stein, Kirsten Fahl, Michael Schreck, Gregor Knorr, Frank Niessen, Matthias Forwick, Catalina Gebhardt, Laura Jensen, Michael Kaminski, Achim Kopf, Jens Matthiessen, Wilfried Jokat, and Gerrit Lohmann: Evidence for ice-free summers in the late Miocene central Arctic Ocean. Nature Communications 7: 11148. doi: 10.1038/ncomms11148
Wie stabil ist der Westantarktische Eisschild?
[05. Februar 2016] Eine zukünftige Erwärmung des Südlichen Ozeans bedingt durch steigende Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre könnte die Stabilität des Westantarktischen Eisschildes empfindlich stören. Ein Anstieg des globalen Meeresspiegels um mehrere Meter wäre die Folge. Ein Kollaps der Westantarktis könnte sich auch in der letzten Warmzeit vor 125.000 Jahren vollzogen haben, einer Zeit, in der die polare Oberflächentemperatur um etwa zwei Grad Celsius höher war als heute. Das ist das Ergebnis einer Reihe von Modellrechnungen, die Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) jetzt online in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlichen.
Originalpublikation
Johannes Sutter, Paul Gierz, Klaus Grosfeld, Malte Thoma, Gerrit Lohmann: Ocean temperature thresholds for Last Interglacial West Antarctic Ice Sheet collapse. Geophysical Research Letters 2016. doi: 10.1002/2016GL067818
