Tiefdruckstürme treiben Lachgasemissionen im Südlichen Ozean an

Stürme, die das Klimagleichgewicht verändern

Weit draußen vor der Küste kreisen mächtige Tiefdruckstürme alle paar Tage um die Antarktis und peitschen im Südlichen Ozean hohe Wellen auf. Dieser Ozean ist bereits als wichtiger Faktor bekannt, der den Klimawandel abschwächt, indem er Kohlendioxid aufnimmt. Die vorliegende Studie zeigt, dass dieselben Sturmsysteme auch wie riesige Staubsauger für ein anderes Gas wirken — Lachgas —, das den Planeten erwärmt und die Ozonschicht angreift. Das Verständnis dieses verborgenen, sturmgetriebenen „Lecks“ hilft uns, besser einzuschätzen, wie viel Schutz der Ozean tatsächlich vor dem Klimawandel bietet.

Ein verborgenes Treibhausgas in stürmischer See

Lachgas (N₂O) ist ein starkes Treibhausgas mit nahezu 300-facher Erwärmungswirkung pro Molekül verglichen mit Kohlendioxid über einen Zeitraum von hundert Jahren. Es ist außerdem inzwischen die wichtigste menschengemachte Bedrohung für die Ozonschicht. Der Ozean gibt insgesamt N₂O an die Atmosphäre ab, doch Wissenschaftler hatten lange Schwierigkeiten, diese Menge genau zu bestimmen, besonders im entlegenen und turbulenten Südlichen Ozean. Frühe Schätzungen deuteten darauf hin, dass diese Region bis zu 40 Prozent aller marinen N₂O-Emissionen ausmacht. Neuere Arbeiten, die grobe Mittelwerte und spärliche Schiffsmessungen nutzten, schienen diesen Beitrag zu halbieren. Diese widersprüchlichen Zahlen hinterließen ein großes Fragezeichen darüber, wie dieser ferne Ozean das Klima wirklich beeinflusst.

Roboter, maschinelles Lernen und eine Datenlücke

Traditionelle Messungen stammen von Forschungsschiffen, die selten direkt durch das Zentrum gewaltiger Stürme im Südlichen Ozean fahren. Um diese Lücke zu schließen, griffen die Autoren auf eine Flotte robotischer Profilierungsbojen namens Biogeochemical Argo (BGC-Argo) zurück. Diese Instrumente treiben mit den Strömungen, tauchen bis zu 2.000 Meter und tauchen etwa alle zehn Tage wieder auf, um Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff, Nitrat und mehr zu melden. Sie können Lachgas nicht direkt messen, daher trainierte das Team Modelle des maschinellen Lernens mit hochwertigen N₂O-Daten von Forschungskreuzfahrten. Indem die Modelle lernten, wie N₂O mit den Variablen zusammenhängt, die die Bojen messen, konnten sie N₂O in der Oberflächenwasserzone über Zehntausende von Profilen schätzen — und so Bedingungen sowohl bei ruhigem Wetter als auch während heftiger Stürme erfassen.

Wenn Tiefdruck Gas aus dem Meer saugt

Mit diesen maschinellen Schätzungen und Wetter-Reanalyse-Daten berechneten die Autoren, wie viel N₂O zwischen Ozean und Atmosphäre an jedem Bojenstandort ausgetauscht wird. Sie fanden heraus, dass die stärksten Ausbrüche von N₂O unter den Zentren von Tiefdruckstürmen gehäuft auftreten, wo die Winde heftig sind und der Luftdruck um bis zu etwa 8 Prozent unter den Standardwert von einer Atmosphäre fallen kann. Niedrigerer Luftdruck verringert die Menge an N₂O, die die Luft im Gleichgewicht „halten“ kann, erhöht das Ungleichgewicht zwischen Wasser und Luft und treibt Gas aus dem Meer. Die Autoren bezeichnen dieses Phänomen als den „Hoover-Effekt“: Stürme saugen effektiv N₂O aus dem Ozean in die Atmosphäre. Nur ein kleiner Bruchteil der Bojenprofile — etwa 10 Prozent — ist für die Hälfte der jährlichen N₂O-Emissionen verantwortlich, was zeigt, dass kurze, intensive Sturmereignisse den Gesamtwert dominieren.

Stürme verdoppeln fast die N₂O-Emissionen des Südlichen Ozeans

Um zu testen, wie wichtig der niedrige Druck ist, berechnete das Team die N₂O-Flüsse neu, als säße die Luft über dem Südlichen Ozean immer auf einer Atmosphäre, wobei Wind und Ozeanzustände unverändert blieben. Unter dieser vereinfachten Annahme gibt der Südliche Ozean etwa 0,9 Teragramm Stickstoff in Form von N₂O pro Jahr ab. Verwendeten sie stattdessen die realen, sturmgeprägten Druckwerte, stieg der geschätzte Fluss auf 1,6 Teragramm pro Jahr — ein Anstieg um 88 Prozent. Das bedeutet, dass etwa die Hälfte des in dieser Region emittierten N₂O allein durch den Druckabfall in Stürmen angetrieben wird, besonders in Kombination mit starken Winden. Saisonale Muster traten ebenfalls hervor: Die Emissionen erreichen ihren Höhepunkt im südlichen Herbst, wenn die Winde zunehmen und Aufmischung aus tieferen Wasserschichten etwas mehr N₂O an die Oberfläche bringt, während Meereis im Winter die Emissionen in den polarsten Gewässern vorübergehend drosseln kann.

Warum das für die Zukunft des Planeten wichtig ist

Indem diese Arbeit die N₂O-Freisetzung des Südlichen Ozeans nach oben korrigiert, legt sie nahe, dass die Region für fast 40 Prozent aller marinen Lachgasemissionen verantwortlich ist — deutlich mehr als jüngere Schätzungen annahmen. Umgerechnet in Kohlendioxid-„Äquivalente“ heben diese Emissionen etwa 7 Prozent der jährlichen CO₂-Aufnahme des Südlichen Ozeans wieder auf. Anders gesagt: Die Hilfe des Ozeans bei der Abschwächung des Klimawandels wird teilweise durch sein eigenes N₂O-Ausgasen während Stürmen ausgeglichen. Sensitivitätstests in der Studie zeigen ferner, dass stärkere Winde, weniger Meereis oder etwas niedrigere Durchschnittsdruckwerte in einer sich erwärmenden Atmosphäre die künftigen N₂O-Freisetzungen weiter erhöhen könnten. Für die breite Leserschaft ist die Botschaft klar: Das wilde Wetter über dem Südlichen Ozean ist nicht nur Kulisse für den Klimawandel — es ist ein aktiver Akteur, der still und leise ein starkes Treibhausgas in die Luft pumpt und das Gleichgewicht des Klimasystems der Erde verändert.

Zitation: Kelly, C.L., Chang, B.X., Emmanuelli, A.F. et al. Low-pressure storms drive nitrous oxide emissions in the Southern Ocean. Nat Commun 17, 2037 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68744-2

Schlüsselwörter: Südlicher Ozean, Lachgas, Stürme, Treibhausgase, Klimawandel