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Ozeanische Magnetfelder als Indikator für das Klimaphänomen El Niño

Fishing Boats (Foto: pixabay, CCO Creative Commons).

Um das Klimaphänomen El Niño Southern Oscilliation (ENSO) zu erforschen, hat die Wissenschaft in der Vergangenheit vor allem Veränderungen an der Meeresoberfläche betrachtet, beispielsweise in der Wassertemperatur oder der Höhe des Meeressspiegels. Wissenschaftler der GFZ-Sektion Erdsystem-Modellierung zeigen nun einen anderen Weg: Die Betrachtung der ozeanischen Magnetfelder, die aus der Wechselwirkung zwischen Erdmagnetfeld und Gezeitenströmung entstehen. Sie könnte die Vorhersage von ENSO-Ereignissen verbessern und grundlegende Prozesse erklären helfen.

Durchschnittlich alle vier Jahre steigen die Meerestemperaturen vor der Küste Perus zur Weihnachtszeit an, und zwar wenn schwächer werdende Passatwinde das Oberflächenwasser weniger stark nach Westen verdrängen und so der Strom kalten und nährstoffreichen Tiefenwassers an die Meeresoberfläche versiegt. Man spricht von einem El Niño-Ereignis, benannt nach dem 'Christkind' (spanisch: el Niño). Der verminderte Nährstoffgehalt des oberflächennahen Wassers hat einen merklichen Rückgang der lokalen Fischpopulation und somit Einbußen der Fischereiindustrie in dieser Region zur Folge. Auf ein El Niño-Ereignis folgt in der Regel eine Phase ungewöhnlich kalter Oberflächentemperaturen: La Niña. Beide Phasen zeigen neben den regionalen auch starke globale Auswirkungen, unter anderem auf das Wetter in Europa oder den Monsun, und werden unter dem Begriff ‚ENSO‘ zusammengefasst.

Die durch ENSO verursachten Veränderungen in Temperatur und Salzgehalt des Meerwassers haben einen unmittelbaren Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit des Wassers. Die Leitfähigkeit wiederum beeinflusst die Stärke des ozeanischen Magnetfelds, das durch Wechselwirkungen zwischen Erdmagnetfeld und Gezeiten entsteht. Die Wissenschaftler zeigen in einer numerischen Modellstudie, dass Messungen dieser Magnetfeldstärken das Potenzial haben, als früher Indikator für das Auftreten eines El Niño oder La Niña-Ereignisses zu dienen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Ocean Science, wo der Artikel als Highlight hervorgehoben wurde.

Mithilfe eines Ozean-Atmosphäre-Modells simulierten die Wissenschaftler ozeanische Strömungen, Temperaturen und Salzgehalte über eine Zeitspanne von 50 Jahren. Daraus berechneten sie die ozeanischen Magnetfeldstärken. Johannes Petereit, Doktorand in der Sektion und Erstautor: „Wir konnten zeigen, dass in unserer Simulation einem ENSO-Ereignis immer eine veränderte Amplitude des Gezeitenmagnetfeldes vorausging. Und zwar statistisch etwa vier Monate bevor die ebenfalls typischen Temperaturveränderungen an der Wasseroberfläche auftreten.“ Grund dafür ist, dass sich vor einem ENSO-Ereignis das vertikale Temperaturprofil im äquatorialen Pazifik verändert, also die Temperaturverteilung in der Tiefe. Das hat eine Änderung in der ozeanischen Leitfähigkeit zur Folge die sich auf die ozeanischen Magnetfeldstärken auswirkt.

Bisher gelingen Magnetfeldmessungen in ausreichender Genauigkeit für eine ENSO-Vorhersage nur im Labor. Mit verbesserter Technik könnte jedoch in Zukunft eine auf den Veränderungen des Gezeitenmagnetfelds basierende Vorhersage für ENSO-Ereignisse möglich werden und die negativen Folgen für beispielsweise die Fischereiindustrie abmildern.

Würden in Zukunft die elektromagnetischen Signale des Ozeans kontinuierlich gemessen, trüge das außerdem dazu bei, die physikalischen Prozesse im Ozean und damit auch ENSO besser zu verstehen. (ak)

Originalstudie: Petereit, J., Saynisch, J., Irrgang, C., Weber, T., Thomas, M., 2018. Electromagnetic characteristics of ENSO. Ocean Science 14, pp 515-524. DOI: https://doi.org/10.5194/os-14-515-2018

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