Studie: El Niño wird intensiver durch den Klimawandel

„Es ist natürlich ein großer Fortschritt, zu verstehen, wie sich die El-Niño-Southern-Oscillation (ENSO) in einer Zeit verändert haben könnte, für die keine operativen oder instrumentellen Messungen vorliegen. Andererseits ist unklar, welche Auswirkungen diese Erkenntnis darauf hat, wie sich ENSO in einem zukünftigen Klima verändern wird.“

„Insbesondere jüngste Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass das genaue Muster der Meeresoberflächentemperaturen im tropischen Pazifik entscheidend dafür sein könnte, wie sich ENSO in Zukunft entwickelt. Daher sind Punktmessungen an wenigen Orten möglicherweise kein ausreichender Indikator, um die zukünftige Entwicklung von ENSO genügend einzugrenzen – auch wenn sie für Daten, die so weit in die Vergangenheit zurück gehen, häufig das Beste sind, was man tun kann. Konkret bleibt es schwierig, vor dem Hintergrund des sich stark erwärmenden Klimas genaue Prognosen für die weitere Entwicklung von ENSO zu machen.“

„Andererseits wird es interessant sein zu sehen, ob aktuelle Modelle in der Lage sind, die in dieser neuen Studie gewonnenen Daten für Simulationen der vergangenen Jahrzehnte und Jahrhunderte zu reproduzieren. Diese Daten können daher als wichtige Randbedingungen für Modelle dienen, die die Entwicklung von ENSO über die vergangenen Jahrhunderte simulieren. Sie können zudem Anhaltspunkte sein, welche Modelle für die zukünftige Simulation von ENSO möglicherweise am ehesten in Frage kommen, indem man erforscht, warum bestimmte Modelle die aus den Daten gewonnenen Erkenntnisse möglicherweise besser reproduzieren können als andere.“

„Eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Julia Cole hat eine einzigartige Sammlung fossiler Korallen von fünf Inseln des Galápagos-Archipels untersucht, um den langfristigen Veränderungen der El-Niño-Southern-Oscillation (ENSO) auf die Spur zu kommen. Korallen liefern anhand geochemischer Signale, die in ihr Skelett eingelagert werden, monatlich aufgelöste Aufzeichnungen der Wassertemperatur, des Salzgehalts und zahlreicher weiterer physikalischer Größen des Ozeans. Diese geochemischen Indikatoren im Skelett fungieren als natürliche Sensoren des Ozeanklimas und liefern somit wertvolle Klimadaten, die zeitlich erheblich weiter zurückreichen als jegliche von Menschen installierten Messinstrumente. Korallen sind damit das am höchsten aufgelöste Klimaarchiv der tropischen Ozeane und eignen sich besonders gut dazu, das Klimaphänomen El Niño besser zu verstehen.“

„Die Studie konzentriert sich dabei auf die Galápagos-Inseln, da diese geographisch im sogenannten Aktionszentrum des El-Niño-Phänomens liegen. Besonders starke El-Niño-Ereignisse der jüngeren Vergangenheit haben sich signifikant auf die Korallenriffe und die Fischerei ausgewirkt. In extremen El-Niño-Jahren verzeichnen die Galápagos-Inseln besonders starke Temperaturanstiege, die deutlich ausgeprägter ausfallen als im zentralen und westlichen Pazifik, wo bislang die meisten Korallenarchive gewonnen wurden. Somit trägt diese Studie dazu bei, eine entscheidende Lücke in den Korallenarchiven zu schließen, beziehungsweise einen wichtigen ersten Schritt in diese Richtung zu leisten.“

„Die Studie kommt eindeutig zu dem Ergebnis, dass die derzeit untersuchte Sammlung moderner und fossiler Korallen einen deutlichen Anstieg der El-Niño-Variabilität nach 1984 anzeigt, die stärker ausfällt als im 20. Jahrhundert und im vorindustriellen Zeitalter. Die Autoren haben verschiedene statistische Methoden angewandt, um die Aussagekraft ihrer Ergebnisse zu unterstreichen.“

„Die El-Niño-Rekonstruktion unterscheidet sich von jenen des zentralen Pazifiks, da die Galápagos-Inseln im Aktionszentrum der extremen ostpazifischen El-Niño-Ereignisse liegen. Zudem werden die geochemischen Indikatoren – Sauerstoffisotope und das Strontium-Kalzium-Verhältnis im Korallenskelett – auf den Galápagos-Inseln fast ausschließlich von den Ozeantemperaturen gesteuert, während die zentralpazifischen Korallen eine Mischung aus Veränderungen der Ozeantemperatur und des Salzgehalts widerspiegeln. Der Salzgehalt ist dabei auf erhöhte Niederschläge während El-Niño-Ereignissen zurückzuführen ; diese Niederschläge beeinflussen vor allem die Sauerstoffisotope. Somit argumentieren die Autoren, dass die Galápagos-Korallen ein reines Temperatursignal anzeigen, während die bisher verwendeten zentralpazifischen Korallen ein Mischsignal aufweisen.“

„Die fossilen Korallen aus der vorindustriellen Zeit zeichnen 20 bis 40 Jahre der Klimavariabilität auf. Es bestehen weiterhin erhebliche Lücken, die in den kommenden Jahren hoffentlich weiter geschlossen werden können. Längere Korallenzeitreihen aus der vorindustriellen Zeit sowie kontinuierlich wachsende Korallen können dazu beitragen, die El-Niño-Rekonstruktion erheblich zu verbessern. Die Autoren werden mit Sicherheit weitere Korallen bearbeiten, und weitere Teams werden versuchen, dazu beizutragen.“

„Der untersuchte Zeitraum von 1000 Jahren reicht aus, um verlässliche Aussagen über Veränderungen der El-Niño-Variabilität zu treffen. Korallen sind die besten Archive, da sie – wie kein anderes Archiv – absolut datierte Chronologien liefern. Zudem können die Jahresbänder sehr genau mittels Datierungsmethoden bestätigt werden. Korallenarchive haben gezeigt, dass sie sehr genau aufzeichnen: ähnlich genau wie die modernen Messdaten von Satelliten und kommerziellen Schiffen seit dem 20. Jahrhundert. Korallendaten können Ungenauigkeiten in observierten Daten sogar korrigieren.”

„Die Studie zeigte eine um 36,5 Prozent höhere ENSO-Variabilität nach 1984 im Vergleich zum gesamten Zeitraum der vergangenen 1000 Jahre. Damit bestätigt diese Studie, dass die El-Niño-Variabilität bereits zugenommen hat und nach 1984 die natürliche Schwankungsbreite des El-Niño-Phänomens überstiegen hat. Somit hat der menschengemachte Klimawandel im Zuge der Ozeanerwärmung die Extreme des El-Niño-Phänomens bereits deutlich verstärkt beziehungsweise erhöht. Diese Entwicklung entspricht den Vorhersagen der besten Klimamodelle: Diese prognostizieren eine messbare höhere Wahrscheinlichkeit für extreme ostpazifische El-Niño-Ereignisse in den 2030er-Jahren.“

„Die Ergebnisse dieser Studie tragen somit zur Sorge bei, dass sich das Klimaphänomen El Niño weiterhin verstärken wird – mit deutlichen Konsequenzen für das Weltklima, insbesondere für Regionen, die historisch stark an die El-Niño-Variabilität gekoppelt sind. Zu diesen Regionen zählen die USA, Brasilien, der Maritime Kontinent ( Region zwischen dem Indischen und dem Pazifischen Ozean, zu der die Inselgruppen Indonesiens, Borneo, Neuguinea, die Philippinen, die Malaiische Halbinsel und die umliegenden Meere gehören; Anm. d. Red. ), Ostafrika und die vom indischen Monsun geprägten Gebiete. Alle diese Regionen beherbergen mehrere Milliarden Menschen, die für ihre Landwirtschaft und Nahrungssicherheit von einem stabilen Klima abhängig sind.”

„Die Methodik der Studie ist solide, da sie auf hochauflösenden Korallenproxydaten – Strontium/Kalzium, δ18-O – aus dem Ostpazifik basiert, die direkt mit den Meeresoberflächentemperaturen und der El-Niño-Southern-Oscillation-Dynamik (ENSO) – also der Abfolge von El Niño- und La Niña-Ereignissen – korrelieren. Durch den Vergleich mit zwölf Klimamodellen und einer 1000-jährigen Rekonstruktion wird eine gute Datenbasis geschaffen, die sowohl natürliche Variabilität als auch anthropogene Trends berücksichtigt. Die Studie bestätigt bestehende Studie insofern, als dass sie die Projektionen einer zunehmenden ENSO-Variabilität unter dem Klimawandel stützt. Neu und bedeutend ist der empirische Nachweis, dass die aktuelle ENSO-Variabilität – rund 36,5 Prozent höher – außergewöhnlich hoch ist und mit der globalen Erwärmung korreliert. Allerdings bleiben Schwächen, die die Proxydaten beeinflussen könnten: etwa die regionale Begrenzung auf den Ostpazifik und mögliche Störfaktoren wie pH-Wert oder Ozeanversauerung. Die Zurechnung der erhöhten ENSO-Variabilität zum Klimawandel ist plausibel, aber kausal nicht absolut zwingend, da zum Beispiel interne Ozeandynamik eine Rolle spielen kann.“

Auf die Frage, inwiefern mit dieser Studie die bisher ungeklärte Frage nach der künftigen ENSO-Entwicklung beantwortet sein könnte:
„Die Ergebnisse der Studie sind zwar ein solider Hinweis auf ein stärkeres ENSO-Signal bei steigender Temperatur, aber keineswegs eine Klärung dieser Frage. Vor einer verlässlichen Antwort muss unter anderem verstanden werden, wie genau die globale Erwärmung zu stärkeren ENSO-Ereignissen führt, warum der Ostpazifik eine stärkere Reaktion als der Zentralpazifik zeigt, und welche Rolle natürliche Schwankungsmuster spielen – zum Beispiel die Pacific Decadal Oscillation (PDO) (veränderliche Oberflächentemperaturen im Nordpazifik, die wegen abrupter Temperaturwechsel kaum vorhersagbar sind; Dauer 20 bis 30 Jahre; Anm. d. Red.) oder andere Ozeanzyklen. Wichtig ist auch die Frage, ob die Klimamodelle, die eine Zunahme projizieren, die komplexe ENSO-Dynamik korrekt abbilden.“

„Die erhobenen Korallendaten – Strontium/Kalzium und δ18-O – aus den Galápagos-Inseln sind meines Wissens ein gutes Proxy für historische Ozeanoberflächentemperaturen Denn diese chemischen Signale lassen sich direkt mit der Meeresoberflächentemperatur und ENSO-Dynamik verknüpfen und ermöglichen somit hochaufgelöste Rekonstruktionen über Jahrhunderte. Allerdings könnten andere Umweltfaktoren wie die Versauerung der Ozeane (pH-Wert), lokale Veränderungen der Salzgehalte oder biologische Störeinflüsse die Daten beeinflussen und die Interpretation der Proxydaten verzerren. Obwohl der Ostpazifik gut für die Proxy-Studie geeignet ist, wäre die Einbeziehung des anderen ‚Pols‘ der ENSO-Schwankung – des Westpazifiks – in meinen Augen relevant. Die Studie kann keinen Beitrag zum physikalischen Verständnis der ENSO-Variabilität leisten. Auch dies schränkt die Verlässlichkeit für die zukünftige ENSO-Entwicklung ein.“

„Der 1000-Jahre-Zeitraum liefert wichtige Erkenntnisse über natürliche ENSO-Variabilität, reicht aber in meinen Augen nicht aus, um anthropogene Einflüsse klar von natürlichen Schwankungen zu trennen. Hier wären vermutlich mehrere tausend Jahre nötig. Korallendaten erreichen zwar eine hohe zeitliche Auflösung – monatlich bis saisonal –, aber ihre Genauigkeit hängt von lokalen Bedingungen ab, sodass direkte Vergleiche mit modernen Messdaten mit Unsicherheiten behaftet sind.“

„Es lässt sich anhand der Studie nicht quantitativ ableiten, was eine um 36,5 Prozent höhere ENSO-Variabilität für extreme meteorologische Ereignisse bezüglich Häufigkeit und Intensität bedeutet.“

„Das physikalische Verständnis des ENSO-Phänomens und die physikalische Klimamodellierung gibt uns bisher keine klare Antwort, ob die Intensität von ENSO mit der vom Menschen verursachten Klimaerwärmung zunimmt. Einige frühere Studien weisen in diese Richtung. Die aktuelle Studie spricht in meinen Augen allerdings dafür, sich in der Klimawissenschaft verstärkt der Frage zu widmen, ob wir bisher nicht fälschlicherweise den Zusammenhang zwischen dem vom Menschen gemachten Klimawandel und intensiveren ENSO-Ereignissen ausschließen. Ein solch ‚falsch negatives Ergebnis‘ wäre mit Blick auf die Klimaanpassung in den nächsten Jahrzehnten fatal. Ich sehe hier sehr hochaufgelöste klassische Klimamodelle und neuartige KI-basierte Klima- und ENSO-Modelle als vielversprechenden Ansatz zur Klärung dieser Frage.“

„Generell sind Studien zur Vergangenheit des Klimas mit Hilfe von Proxy-Daten – also nicht mit Messinstrumenten, sondern durch indirekte Methoden gewonnen – sehr wichtig. Denn sie sind die einzige Möglichkeit, mehr über das Klima der Vergangenheit zu erfahren und die natürlichen Klimaschwankungen zu verstehen. Allerdings sind solche Studien mit sehr großen Unsicherheiten behaftet. Dies ist auch hier so.“

„Die Studie basiert auf wenigen Messpunkten in einer recht kleinen Region, die nicht im Zentrum der El-Niño-Region liegt. Es sind viele einzelne Messpunkte, die zu einem Ganzen kombiniert werden müssen, wobei recht viele Annahmen gemacht werden müssen, um dies zu erreichen. Diese hat inhärent sehr große Unsicherheiten.“

„Die Studie ist ein wichtiger Datenpunkt, der zusammen mit vielen anderen Studien ein Gesamtbild erzeugt. Dieses deutet auf eine Verstärkung der El-Niño-Southern-Oscillation (ENSO) durch den vom Menschen verursachten globalen Klimaveränderung hin.“

Auf die Frage, inwiefern mit dieser Studie die bisher ungeklärte Frage nach der künftigen ENSO-Entwicklung beantwortet sein könnte:
„Die Studie kann nicht klären, ob ENSO sich verstärkt, abschwächt oder bleibt, wie sie ist. Die Arbeit ist aber ein weiteres Indiz, das auf eine Verstärkung hindeutet, – sowie auch viele andere Studien. Die Studie macht indirekt selbst klar, das Klimamodell-Simulationen dies nicht bestätigen können. Das ist ein Schwachpunkt. Nur wenn Klimamodelle es simulieren können und wir verstehen, warum sie dies tun, können wir von einer recht gesicherten Erkenntnis ausgehen.“

„Korallen-Proxies sind sehr gut geeignet für die Abschätzung der Variabilität der Oberflächentemperaturen in Meeren. Die Schwachpunkte liegen bei dieser Studie in der begrenzten Region, die nicht im Zentrum von ENSO liegt, und in der Länge der einzelnen Zeitreihen der Korallen, die alle recht kurz sind und dann miteinander verbunden werden müssen. Die Galápagos-Inseln liegen zwar im Bereich von ENSO, sind aber nicht im Zentrum. Es ist eine Region, die relativ starke eigene Klimaschwankungen hat, die nicht direkt mit dem großräumigen ENSO zusammenhängen. Daher können starke Schwankungen auftreten, die nicht auf ENSO zurückzuführen sind.“

„1000 Jahre sind lang genug um ENSO-Variabilität verlässlich abzuschätzen. Prinzipiell sind Korallendaten gut geeignet für Temperaturableitungen. Der Schwachpunkt liegt hier in der Länge der einzelnen Korallen-Daten – etwa 50 Jahre –, aus denen sich nur schwer eine 1000 Jahre lange Zeitreihe herleiten lässt. Der zweite Schwachpunkt ist die räumlich begrenzte Region.“

„Die Ergebnisse der Studie für bare Münze genommen deuten auf einen sehr starken Anstieg der ENSO-Variabilität hin – weit über das hinaus, was der IPCC-Report berichtet. Zusammen mit anderen Studien, die auch noch eine Verstärkung der ENSO-Auswirkungen über Fernwirkungen durch die Verstärkungen des hydrologischen Zyklus‘ – verstärkte Niederschläge und Dürren – sehen, deutet dies auf extreme ENSO-Auswirkungen in der Zukunft hin. Jahrhundert-El-Niños würden dann alle paar Jahrzehnte auftreten, mit stärkeren Auswirkungen als in der Vergangenheit. Es ist kein gutes Szenario.“

„Aber: Ich würde diese Studie nicht für bare Münze nehmen und sie in eine Reihe von Studien einordnen, die Hinweise geben, dass es wohl wahrscheinlicher ist, dass ENSO stärker wird. Wieviel stärker ist noch nicht klar, aber es muss bei weitem nicht so schlimm kommen wie in dieser Studie angedeutet.“

„Die Studie verfolgt einen interessanten Ansatz, indem sie Korallengeochemie nutzt, um vergangene Veränderungen der Meeresoberflächentemperatur und der ENSO-Variabilität im tropischen Pazifik zu rekonstruieren. Dabei untersuchen die Autoren, ob die seit den frühen 1980er-Jahren beobachtete Zunahme starker El-Niño-Ereignisse im Kontext des letzten Jahrtausends außergewöhnlich ist. Sie verglichen die Korallenrekonstruktion mit beobachteten Meeresoberflächentemperaturen und unabhängigen ENSO-Rekonstruktionen.“

„Die Galápagos-Korallenrekonstruktion zeigt eine starke Zunahme der Variabilität in der jüngsten Periode, die mit stärkeren östlichen El-Niño-Ereignissen einhergeht und im Kontext des vergangenen Jahrtausends außergewöhnlich erscheint. Die Autoren führen die in jüngster Zeit beobachtete verstärkte Amplitude der El-Niño-Ereignisse im östlichen Pazifik auf den anthropogenen Treiber der globalen Erwärmung zurück. Sie untermauern die aus Proxydaten gewonnenen Schlussfolgerungen mit Modellergebnissen aus den Millennium- und CMIP-Simulationen.“

„Es gibt jedoch noch einige Aspekte beziehungsweise Einschränkungen der Studie, die erwähnenswert sind: Eine erhöhte ENSO-Variabilität im späten 19. Jahrhundert, die in instrumentellen Daten und anderen Rekonstruktionen erkennbar ist, wird vom Korallenproxy hingegen nicht erfasst.“

„Der Vergleich der ENSO-Variabilität im östlichen Pazifik mit dem Galápagos-Korallen-Proxy wurde ausschließlich für den Zeitraum von 1984 bis 2015 durchgeführt, wodurch die beiden sehr starken El-Niño-Ereignisse der Neuzeit (1982 bis 1983 und 2015 bis 2016) ausgeschlossen wurden. Der Vergleich zeigt eine sehr gute Übereinstimmung für das sehr starke El-Niño-Ereignis von 1997 bis1998, während die El-Niño-Amplitude für den Rest des Zeitraums eher überschätzt wird (Abbildung S3 im Supplementary Materials). Das erste extreme El-Niño-Ereignis von 1982 bis 1983 führte zu einem massiven Rückgang: 95 bis 99 Prozent der Korallen im Hauptarchipel starben ab. Für den Zeitraum ab 2015 lagen keine Korallendaten vor.“

„Die in dieser Studie verwendeten Klimamodelle (CMIP5, CMIP6 und Last-Millennium-Simulationen) weisen Einschränkungen bei der Darstellung der in den vergangenen Jahrzehnten beobachteten Veränderungen im tropischen Pazifik auf. So sind die Modelle häufig nicht hoch genug aufgelöst, um die beobachtete Abkühlung des tropischen Pazifiks adäquat abzubilden, die im Gegensatz zur Erwärmung der meisten anderen Ozeanregionen steht. Auch die zunehmende positive Schiefe der ENSO-Variabilität in den vergangenen Jahrzehnten wird von den meisten modernen globalen Klimamodellen nicht reproduziert. Einige Modelle simulieren zwar eine Zunahme der ENSO-Variabilität, führen diese jedoch auf einen zum Beispiel abgeschwächten zonalen Meeresoberflächentemperatur-Kontrast zwischen dem östlichen und westlichen tropischen Pazifik zurück. Dies steht im Gegensatz zu den Beobachtungen, die eine Zunahme dieses zonalen Temperaturkontrasts zeigen.“

„Die Ergebnisse der vorliegenden Studie könnten trotz bestehender Einschränkungen einen Ausblick auf die zukünftige Entwicklung der ENSO-Variabilität im tropischen Pazifik unter dem Einfluss des Klimawandels geben. Hochaufgelöste Klimamodelle, die diese Entwicklung untersucht haben, prognostizieren, dass der anthropogene Klimawandel El-Niño-Ereignisse in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts generell verstärken könnte. Ob und in welchem Ausmaß sich diese Veränderungen tatsächlich einstellen werden, ist jedoch weiterhin Gegenstand aktueller Forschung.“