Die Ozeane

Basis

Ozeanzirkulation

Die Energie der Sonne fällt nicht überall in gleicher Intensität auf die Erde. Den höchsten Anteil bekommt der Äquator ab. Dies führt zu großen Temperaturunterschieden zwischen dem Äquator und den beiden Polen. Diese Temperaturunterschiede bestimmen die Bewegung der Luft wie auch der Ozeane. Das Ergebnis ist, dass Wärme vom Äquator zu den Polen transportiert wird.

Etwa die Hälfte dieses Energietransportes entfällt auf die Ozeane. Diese üben daher eine sehr wichtige Kontrollfunktion im Klimasystem aus. Sollte sich der Ozeankreislauf durch die Erderwärmung ändern, so sind auch wesentliche Änderungen im Klima wahrscheinlich. Die Zirkulation der Ozeane transportiert auch Sauerstoff aus der Luft in den Ozean und macht so das Leben im Meer möglich.

Das Wasser der Ozeane bewegt sich in einem fort um den Erdball, als handle es sich um ein gigantisches Förderband. Man spricht daher auch vom 'marinen Förderband'. Wassermassen werden von der Oberfläche in die Tiefe bewegt und wieder zurück. Die Distanz, die das Wasser dabei zurücklegt, ist riesig. Tausend Jahre brauchen die Ozeane, um einmal um den Erdball zu fließen.
Die Bewegung des Wassers hat zwei Komponenten, die eng miteinander verwoben sind:

1. eine durch Dichte getriebene Zirkulation, die von Unterschieden in der Dichte des Seewassers an verschiedenen Orten gesteuert wird. Die Dichte hängt zum einen von der Temperatur ab, zum anderen vom Salzgehalt des Wassers. Die Bewegung wird aus diesem Grund auch thermohaline Zirkulation genannt (griechisch: thermo = warm, háls = Salz).
2. eine vom Wind getriebene Zirkulation, die zu riesigen Oberflächenströmen führt, wie z.B. dem Golfstrom.

1. Schematische Ansicht der Ozeanzirkulation
Der rot gefärbte Teil des Bandes zeigt die Hauptströmungen an der Oberfläche, die blau gefärbten Teile die Hauptströmungen in der Tiefe, der violette Teil das antarktische Bodenwasser. Die Nummern zeigen: (1) den Golfstrom, der Wärme von den Tropen nach Nordeuropa transportiert, (2) die Bildung nordatlantischen Tiefenwassers, die aus einer starken Abkühlung resultiert, (3) die Bildung antarktischen Tiefenwassers infolge der Produktion von Seeeis rund um die Antarktis. Basisbild: © Stefan Rahmstorf
Für eine nicht animierte Karte bitte die Grafik anklicken!

Thermohaline Zirkulation

In der nördlichen Hemisphäre

Die Ozeanströme transportieren Oberflächenwasser in die Polargebiete, wo es sich abkühlt. Dieser Prozess des Abkühlens setzt die Wärme frei, die die Luft z.B. vor Norwegen erwärmt, das Wasser aber so stark abkühlen lässt, dass es dicht genug ist, um auf den Grund des Ozeanes abzusinken. Hierbei gebildetes Tiefenwasser schiebt das bestehende Tiefenwasser in Richtung des Äquators. Die wichtigsten Regionen, in denen die Bildung solchen Tiefenwassers abläuft, sind die Labrador- und Grönlandsee im Nordatlantik. Das abgesunkene Wasser fließt auf dem Grund des Atlantiks in Richtung Süden, während es weiterem warm-salzigen Oberflächenwasser die Möglichkeit gibt, nach Abkühlen seine Stelle einzunehmen. Eine starke Abkühlung erfolgt auch in der Beringsee im Nordpazifik. Aber hier verhindert die Struktur des Ozeangrundes, dass das gebildete Tiefenwasser in die globale Ozeanzirkulation einfließt.

Antarktis

Die Bildung von Tiefenwasser erfolgt auch rund um die Antarktis, während der Produktion von Seeeis. Das Eis selbst enthält sehr wenig Salz. Während seiner Bildung reichert sich daher das Salz in dem umgebenden Wasser an und dieses wird dichter. Es gleitet an der Küste des antarktischen Kontinentes zum Ozeanboden und bildet dort antarktisches Bodenwasser. Dieses breitet sich unter dem nordatlantischen Tiefenwasser aus und verteilt sich fast über den gesamten Ozeanboden.

Einige Zeit war die gängige Überzeugung, dass das an den Polen gebildete Tiefenwasser in Richtung des Äquators strömt, wobei es sich langsam erwärmt und aufsteigt. Im Anschluss wird es mit warmen Oberflächenströmungen wieder in Richtung der Pole getragen und der Kreislauf schließt sich. Jüngere Studien haben jedoch gezeigt, dass dieser Prozess des allmählichen Auftriebes zu langsam ist, um das Alter des Seewassers zu erklären.
Wir nehmen heute an, dass das Tiefenwasser auf dem Grund der Ozeane zirkuliert und dort auf die mittelozeanischen Rücken trifft, Gebirgsregionen auf dem Grund der See. Deren Oberflächenprofil ruft einen starken Mischungsprozess hervor, der das Tiefenwasser zum Auftrieb an die Oberfläche zwingt. Auch der Wind erzeugt eine starke Durchmischung im südlichen Ozean und bringt hierdurch ebenfalls Tiefenwasser an die Oberfläche zurück. Hat es diese erreicht, so nimmt es seinen Weg zurück zu den Polen über windgetriebene Oberflächenströme. Der Kreislauf ist wiederum geschlossen.

Windgetriebene Zirkulation

Der Golfstrom

Der Golfstrom ist einer der wichtigsten vom Wind angetriebenen Ozeanströme. Er transportiert sehr warme tropische Luft aus dem Karibischen Meer und dem Golf von Mexiko über den Nordatlantik nach Nordeuropa. Die Wärme des Wassers erwärmt die darüberliegende Luft und die Bewegung dieser warmen Luftmasse ist ein bedeutender Weg, über den der Wärmetransport in nördlicher Richtung erfolgt. Als ein Ergebnis dieser Wärmeströmung liegt in Nordeuropa die mittlere Temperatur deutlich höher, als in vergleichbaren Breiten auf dem nordamerikanischen Kontinent und in Ländern um den Pazifischen Ozean.

So beträgt z.B. die jährliche Durchschnittstemperatur in Iqaluit (64°N, 068°W) in den kanadischen Northwest Territories -9.1 °C.  Vergleichen wir dies mit dem Durchschnitt für Trondheim (63°N, 010°O) in Norwegen, wo sie +4.8 °C beträgt.  Langzeitaufzeichnungen führen zu dem Schluss, dass die Temperaturen in Nordwesteuropa im Mittel etwa um 9°C höher sind, als die Werte auf derselben geographischen Breite in anderen Teilen der Welt.
Der Golfstrom ist ein Beispiel für einen westlichen Grenzstrom. Er fließt entlang der Westseite des Hauptozeanbeckens. Vergleichbare Ströme gibt es mit dem Kuroshio Strom im Pazifik und dem Aghulas Strom im Indischen Ozean auch in den anderen Weltmeeren. Sie sind durch die Gestalt des Ozeanbeckens bestimmt sowie durch die Hauptwindrichtung und die Rotation der Erde. Ihnen ist gemein , dass sie alle eine hohe Geschwindigkeit haben (der Golfstrom z.B. 1 m s-1) und relativ schmale Strömungen darstellen (zwischen 100 und 200 km breit). Sie üben einen wichtigen Einfluss auf das Klima der jeweiligen Region aus. Es gibt auch östliche Grenzströme. Diese transportieren kaltes Wasser von den Polen zum Äquator. In der Regel sind sie schwächer ausgeprägt, als ihre westlichen Gegenstücke.

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author: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
1. sci. reviewer: Prof. Grant Bigg - Department of Geography, University of Sheffield, Sheffield - U.K.
Übersetzung 2003 und letzte Überarbeitung 2007-09-07: Elmar Uherek - MPI Mainz