Klimaforschung mit alten Schiffslogbüchern: Wind hinterlässt keine Spuren auf dem Meer

Was verrät eine Windflaute vor der Westküste Afrikas im Jahr 1783 darüber, wie der heutige Klimawandel die Lebensbedingungen von Millionen Menschen in den Tropen verändern wird? Eine ganze Menge, folgt man Dr. Claudia Timmreck, Dr. Julia Windmiller und Prof. Dr. Eleonora Rohland.

Die drei Forscherinnen eint eine ungewöhnliche Idee: Aus historischen Schiffslogbüchern wollen sie ableiten, wie sich die sogenannte Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) – umgangssprachlich als tropisches Regenband bekannt – verändert, wenn sich die globale Durchschnittstemperatur ändert. Die VolkswagenStiftung fördert das Vorhaben über vier Jahre in der Initiative Pioniervorhaben – Explorationen des unbekannten Unbekannten.

Windmiller, die inzwischen an der australischen Monash University forscht und lehrt, hat als Meteorologin selbst Messkampagnen im tropischen Atlantik geleitet und kennt die ITCZ aus nächster Nähe. Aber auch auf einer globalen Niederschlagskarte ist die Zone gut zu erkennen: Sie beschreibt ein wenige hundert Kilometer breites Band in Äquatornähe, in dem ein Drittel des gesamten Niederschlags der Erde fällt. Hunderte Millionen Menschen leben dort. "Würde sich dieses Band nur um ein Grad verschieben, wären ganze Agrargegenden auf einmal ohne Niederschlag", sagt die Forscherin. "Das würde Nahrungsunsicherheit für Millionen Menschen bedeuten." Hinzu kommt: Wenn sich die ITCZ verlagert, beeinflusst das die globale Zirkulation der Atmosphäre. Das hätte auch Auswirkungen auf das Wetter in Europa.

Flauten und heftige Gewitter im Wechsel

Über dem Atlantik zeichnet sich das Regenband vor allem durch große windstille Zonen im Wechsel mit heftigen Niederschlägen aus. Schon der Astronom und Meteorologe Edmund Halley beschrieb Ende des 17. Jahrhunderts die äquatoriale Region vor Afrika als ein Gebiet aus Flauten und heftigen Gewittern. Später entwickelte sich der Begriff "Doldrums" für diese Zonen, der dem heutigen Forschungsprojekt seinen Namen gibt.

Während des Zeitalters der Segelschifffahrt waren die Doldrums gefährliche Gebiete. Ohne Wind blieben die Schiffe immer wieder für Stunden oder Tage stecken und ihre Reise über den Atlantik verlängerte sich in Summe manchmal sogar um Wochen. "Menschen sind verhungert und verdurstet, weil der Vorrat nicht ausreichte", schildert die Klimahistorikerin Rohland, die an der Universität Bielefeld arbeitet. Meutereien und Sklav:innennaufstände seien nicht selten gewesen. Erfahrene Kapitäne passten daher ihren Kurs entsprechend an oder konnten das Wetter gut genug lesen, um die Doldrums zu vermeiden. Andere hatten jedoch weniger Glück und auch weniger Übung, die gefährlichen, windstillen Regionen zu vermeiden. In jedem Fall wurde in den damaligen Logbüchern im Zuge der täglichen Messungen notiert, wann an welcher Stelle des tropischen Atlantiks Windstille herrschte.

36.000 Sklaventransporte über den Atlantik

Aber welche Schiffe fuhren damals überhaupt durch die Tropen? "Wir kamen auf den atlantischen Dreieckshandel, beim dem versklavte Menschen aus Afrika in die Karibik geschafft wurden", erzählt Timmreck, Klimaphysikerin am Max-Planck-Institut für Meteorologie – und ergänzt: "Erschütternd, wie viele Reisen stattgefunden haben und wie viele Menschen verschifft worden sind."

Rund 36.000 transatlantische Überfahrten sind in der Datenbank Slave Voyages dokumentiert. In den entsprechenden Logbüchern schlummern detaillierte Angaben zu Windverhältnissen und Niederschlägen.

Weil es unmöglich wäre, all diese Daten innerhalb des Projekts auszuwerten, konzentrieren sich die Forscherinnen auf einige wenige Jahre ab 1783. In jenem Jahr brach der isländische Vulkan Laki über mehrere Monate aus, und seine Aerosole sorgten für eine kurzzeitige Abkühlung der nördlichen Hemisphäre. "Die globale Erwärmung schreitet graduell voran", sagt Timmreck, "aber ein großer Vulkanausbruch stellt eine massive kurzfristige Störung des Klimasystems dar – man kann relativ schnell Veränderungen beobachten." Daraus könne man viel lernen. Stimmen die Modelle und Hypothesen, müsste die Laki-Eruption die ITCZ vorübergehend nach Süden verschoben haben. In den Schiffslogbüchern könnte der Beweis dafür verborgen liegen.

Welche Windstärke hat eine "leichte Brise"?

Doch wie wertet man Logbücher wissenschaftlich präzise aus? 1783 hatte sich zwar schon einrelativ standardisiertes Vokabular zur Beschreibung von Winden auf See etabliert, die Beaufortskala als Standardmaß der Windstärke wurde jedoch erst 1806 erfunden und in der britischen Seefahrt erst 1838 für obligatorisch erklärt. "Was also heißt vor diesem Zeitpunkt genau 'light breeze' oder 'soft gale'?", fragt Rohland. Vor 20 Jahren wertete bereits ein EU-gefördertes Projekt fast 300.000 Logbücher aus, um damit die Klimaforschung zu unterstützen und Wetterbeschreibungen in digitale Daten zu überführen. Mit heutigen Methoden – unter anderem des maschinellen Lernens – wollen Rohland und ihre Kolleginnen zum einen versuchen, diese schon erhobenen Daten in Bezug auf die ITCZ noch präziser einzuordnen. Zum anderen werden sie aber auch selbst von Grund auf historische Daten aus Schiffslogbüchern erheben.

Wie verändert das Klima das Regenband?

Zusätzlich wollen die Forscherinnen basierend auf Klima- und Wettermodellen hochaufgelöste Simulationen nutzen, um virtuelle Schiffe zu unterschiedlichen Jahren und Windbedingungen fahren zu lassen. Aus dem Abgleich mit den Logbüchern lässt sich ableiten, wie gut die Modelle unter veränderten Klimabedingungen arbeiten. "Unser Ziel ist es zu gucken, wie sich die ITCZ unter klimatisch extremeren Bedingungen verhält", erläutert Rohland. Dann ließe sich vorhersagen, wie sich das Regenband infolge der Klimaerwärmung verändern wird. Das könnte eine bessere Anpassung der Menschen in den betroffenen Regionen ermöglichen. "Aber wir können die Zukunft nur modellieren, wenn wir Daten aus der Vergangenheit haben", betont die Klimahistorikerin. Als gesichert gilt, dass die ITCZ sich immer zur wärmeren Hemisphäre verschiebt. Aber wie breit das Band ist und wie stark die Wetterphänomene ausfallen, dazu sind die Daten bislang sehr unsicher.

"Wir wollen besser verstehen, die wie die globale Zirkulation unseres Planeten funktioniert", beschreibt die Meteorologin Windmiller. Das sei spannend, weil diese so ein zentrales Element des Klimasystems sei. "Für die Klimaforschung ist das schon sehr grundlegend – und doch unmittelbar relevant." Timmreck, die immer schon interessiert war, die Vergangenheit zu begreifen, um dadurch vielleicht zu verstehen, was in der Zukunft passiert, ergänzt: "Grundlagenforschung ist auch Risikoversicherung. Wir investieren in Möglichkeiten, auf die wir später zurückgreifen können."

Grundlagenforschung ist Vorsorge-Wissen

"Grundlagenforschung zu machen, ist total wichtig, auch ohne jeweils immer eine direkte Anwendung zu sehen", findet auch die Historikerin Rohland. Sie interessiert im Projekt zudem, wie etwa Sklavenaufstände auf den Schiffen und das Feststecken in Doldrums zusammenhängen oder welches Wissen über Doldrums in historischen Segelhandbüchern vermittelt wurde. "Auch wenn in der Geschichtsforschung etwas nicht immer direkt gegenwartsrelevant scheint, ist es trotzdem wichtig, dass wir die Dinge wissen", findet Rohland. Vielleicht brauche man das Wissen in einem bestimmten Kontext wieder. "Aber bei Katastrophenereignissen und Klimaforschung ist Geschichte fast immer gegenwartsrelevant", weiß die Forscherin aus Erfahrung.

"Niemand von uns könnte diese Arbeit für sich allein machen", sind sich die drei Forscherinnen einig und schwärmen über die vielfältigen Möglichkeiten, aber auch Herausforderungen, die eine interdisziplinäre Zusammenarbeit bietet. Es sei toll, dass es Förderer wie die VolkswagenStiftung gebe, die solche interdisziplinären und experimentellen Projekte fördern. Das gelte insbesondere in einer Zeit, in der Förderprogramme durch politisch motivierte Entscheidungen thematisch neu ausgerichtet und enggeführt würden, und Grundlagenforschung sich zunehmend rechtfertigen müsse. "Wir wissen nicht, ob unsere Idee letztlich erfolgreich sein wird", resümieren Timmreck, Windmiller und Rohland. "Aber wir hoffen sehr, dass wir das Ziel erreichen und werden auf jeden Fall auf dem Weg dahin schon ganz viele neue Erkenntnisse gewinnen."