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Auswirkung auf das globale Klima

Oberflächenströmungen spielen eine enorme Rolle für das Klima der Erde. Obwohl das Klima am Äquator und an den Polen sehr unterschiedlich ist, würden sich diese Regionen noch stärker voneinander unterscheiden, wenn die Meeresströmungen nicht Wärme aus den Äquatorregionen in die höheren Breiten übertragen würden.

Der Golfstrom ist ein Fluss aus warmem Wasser im Atlantischen Ozean, der etwa 160 Kilometer breit und etwa einen Kilometer tief ist. Das Wasser, das in den Golfstrom eintritt, wird auf seinem Weg entlang des Äquators erwärmt. Das warme Wasser fließt dann die Ostküste Nordamerikas hinauf und über den Atlantischen Ozean nach Europa (siehe Abbildung unten). Die Energie, die der Golfstrom überträgt, ist enorm: mehr als das 100-fache des Weltenergiebedarfs.

Das warme Wasser des Golfstroms erhöht die Temperaturen in der Nordsee, wodurch die Lufttemperaturen über dem Land um 3 bis 6oC steigen. London, Großbritannien, liegt zum Beispiel auf demselben Breitengrad wie Quebec, Kanada. Die durchschnittliche Januartemperatur in London liegt jedoch bei 3,8 °C, während die Temperatur in Quebec nur -12 °C beträgt. Da die Luft, die über das warme Wasser des Golfstroms fliegt, viel Wasser aufnimmt, regnet es in London sehr viel. Im Gegensatz dazu ist Quebec viel trockener und erhält seinen Niederschlag als Schnee.

Auf einem Satellitenbild der Wassertemperatur im westlichen Atlantik ist der Golfstrom, der wärmeres Wasser vom Äquator in den Osten Nordamerikas bringt, leicht zu erkennen.

TiefenströmungenDie thermohaline Zirkulation treibt die Zirkulation in den Tiefen des Ozeans an. Thermo bedeutet Wärme und halin bezieht sich auf den Salzgehalt. Temperatur- und Salzgehaltsunterschiede verändern die Dichte des Meerwassers. Die thermohaline Zirkulation ist also das Ergebnis von Dichteunterschieden in den Wassermassen aufgrund ihrer unterschiedlichen Temperatur und ihres Salzgehalts.

Was ist die Temperatur und der Salzgehalt von sehr dichtem Wasser? Bei niedrigerer Temperatur und höherem Salzgehalt ist das Wasser am dichtesten. Wenn ein Wasservolumen abgekühlt wird, bewegen sich die Moleküle weniger stark, so dass die gleiche Anzahl von Molekülen weniger Raum einnimmt und das Wasser dichter ist. Wenn einem Wasservolumen Salz hinzugefügt wird, gibt es mehr Moleküle im gleichen Volumen, so dass das Wasser dichter ist.

Die Veränderungen der Temperatur und des Salzgehalts des Meerwassers finden an der Oberfläche statt. In der Nähe der Pole wird das Wasser dichter. Kalte Polarluft kühlt das Wasser ab und senkt seine Temperatur, wodurch sich sein Salzgehalt erhöht. Süßwasser gefriert aus dem Meerwasser und wird zu Meereis, wodurch sich auch der Salzgehalt des verbleibenden Wassers erhöht. Dieses sehr kalte, sehr salzhaltige Wasser ist sehr dicht und sinkt ab. Dieses Absinken wird als Downwelling bezeichnet.

In dieser Videovorlesung geht es um die vertikale Verteilung des Lebens in den Ozeanen. Durch die Dichte des Meerwassers entstehen Strömungen, die verschiedene Lebensräume für unterschiedliche Lebewesen bieten (5d): http://www.youtube.com/watch?v=LA1jxeXDsdA (6:12).

Dann geschehen zwei Dinge. Das dichte Wasser verdrängt tieferes Wasser aus seinem Weg, und dieses Wasser bewegt sich auf dem Meeresboden. Dieses tiefe Wasser vermischt sich mit weniger dichtem Wasser, während es fließt. Die Oberflächenströmungen bewegen das Wasser in den Raum, der an der Oberfläche durch das Absinken des dichten Wassers frei geworden ist (siehe Abbildung unten). Das Wasser sinkt auch in den tiefen Ozean vor der Antarktis.

Kaltes Wasser (blaue Linien) sinkt im Nordatlantik, fließt am Meeresboden entlang und steigt im Pazifik oder im Indischen Ozean auf. Das Wasser wandert dann in Oberflächenströmungen (rote Linien) zurück in den Nordatlantik. Auch vor der Antarktis bildet sich Tiefenwasser.

Da nicht unbegrenzt viel Wasser auf den Grund des Ozeans sinken kann, muss das Wasser aus der Tiefe irgendwo an die Oberfläche steigen. Dieser Vorgang wird als Auftrieb bezeichnet (siehe Abbildung unten).

Durch den Auftrieb wird dichteres Wasser von unten an die Stelle von weniger dichtem Wasser an der Oberfläche gepresst, das durch den Wind weggedrückt wird.

Im Allgemeinen tritt der Auftrieb an der Küste auf, wenn der Wind das Wasser stark von der Küste wegbläst. Dies hinterlässt eine Lücke, die von tiefem Wasser gefüllt wird, das an die Oberfläche steigt.

Auftrieb ist dort, wo er auftritt, äußerst wichtig. Während seiner Zeit am Grund hat das kalte Tiefenwasser Nährstoffe gesammelt, die durch die Wassersäule nach unten gefallen sind. Der Auftrieb bringt diese Nährstoffe an die Oberfläche. Diese Nährstoffe fördern das Wachstum von Plankton und bilden die Grundlage für ein reichhaltiges Ökosystem. Kalifornien, Südamerika, Südafrika und das Arabische Meer profitieren alle vom Offshore-Auftrieb.

Eine Animation des Auftriebs ist hier zu sehen: http://oceanservice.noaa.gov/education/kits/currents/03coastal4.html.

Auftrieb findet auch entlang des Äquators zwischen den Nord- und Südäquatorialströmen statt. Die Winde treiben das Oberflächenwasser nördlich und südlich des Äquators, so dass das Tiefenwasser aufsteigt. Die Nährstoffe steigen an die Oberfläche und unterstützen das Leben in den äquatorialen Ozeanen.

Zusammenfassung der Lektion

• Ozeanische Oberflächenströmungen werden durch globale Winde, den Coriolis-Effekt und die Form jedes Ozeanbeckens erzeugt.
• Der Pazifische und der Atlantische Ozean haben ein kreisförmiges Muster von Oberflächenströmungen, die als Wirbel bezeichnet werden und in der nördlichen Hemisphäre im Uhrzeigersinn und in der südlichen entgegen dem Uhrzeigersinn kreisen. Der Indische Ozean hat nur einen Wirbel gegen den Uhrzeigersinn.
• Die Oberflächenzirkulation des Ozeans bringt warmes Wasser aus dem Äquator zu den Polen und kühleres Wasser aus den Polen zum Äquator.
• Die thermohaline Zirkulation treibt die Strömungen in der Tiefe des Ozeans an.
• Auftrieb von kaltem, nährstoffreichem Wasser schafft biologisch reiche Gebiete, in denen das Oberflächenwasser von der Küste weggeblasen wird oder in denen das äquatoriale Wasser nach außen geblasen wird.

Wiederholungsfragen

1. Was verursacht die Muster der Oberflächenströmungen im Ozean?
2. Wie beeinflussen die Oberflächenströmungen das Klima?
3. Was ist der Coriolis-Effekt?
4. Welcher Prozess kann tiefes, dichtes Wasser an die Oberfläche steigen lassen?
5. Warum sind Auftriebsgebiete wichtig für das Leben im Meer?

Weitere Lektüre / ergänzende Links

• Learn About Ocean Currents, 5 min. Life Videopedia http://www.5min.com/Video/Learn-about-Ocean-Currents-117529352
• NOAA’s Ocean Explorer program http://oceanexplorer.noaa.gov/edu/welcome.html
• Ein Tutorial für die Klassen 6 bis 12 über Strömungen von NOAA: http://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_currents/welcome.html
• Colle Jobs: Ozeanograph http://news.discovery.com/videos/cool-jobs-cool-jobs-oceanographer.html

Punkte zum Nachdenken

• Einige Wissenschaftler haben die Hypothese aufgestellt, dass der Golfstrom zum Erliegen kommen könnte, wenn genügend Eis in Grönland schmilzt. Warum könnte das passieren?
• Wenn der Golfstrom versiegt, wie würde sich das auf das Klima in Europa auswirken?
• Wie tragen die Bewegungen des Meerwassers zum Leben im Ozean bei?