Die Ozeane

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Luft-Meer Gasaustausch

Eine Wanderung von Gasen erfolgt in beide Richtungen, sowohl aus der Atmosphäre in die Ozeane als auch aus den Ozeanen in die Atmosphäre. Die wichtigsten Faktoren, die diesen Austausch bestimmen, sind die Konzentrationsunterschiede des Gases zwischen Luft und Wasser und die Windgeschwindigkeit. Wir kennen bislang nicht alle Faktoren, die die Bewegung von Gasen über der Meeresoberfläche kontrollieren. Weitere Erkenntnisse hierüber werden uns ermöglichen zu verstehen, wie wichtig der Luft-Meer Gasaustausch für unser Klima ist und für die Qualität der Luft, die wir atmen.

Der Einfluss von Kohlendioxid (CO₂) auf unser Klima hängt davon ab, wie viel Kohlendioxid sich in der Atmosphäre befindet. Etwa ein Drittel des CO₂, das wir durch die Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Öl und Erdgase erzeugen, wird über die Meeresoberfläche in den Ozean überführt. Durch diese Entfernung des Kohlendioxids aus der Atmosphäre werden die möglichen Auswirkungen der weltweiten Erwärmung stark gedämpft. Über den meisten Ozeanregionen erfolgt der Transport von Kohlendioxid zwischen Luft und Wasser in Richtung der Ozeane. Warum erfolgt der Transport generell in diese Richtung? Sowohl physikalische als auch biologische Prozesse, die im Meerwasser ablaufen, erlauben es den Ozeanen, Kohlendioxid effizient aufzunehmen. (Mehr hierzu auch in Basis - Einheit 1 - Aufnahme von Kohlendioxid).

Kurz gefasst: Sobald Kohlendioxid in das Meerwasser eintritt, reagiert es mit Carbonationen (CO₃^2-), die Hydrogencarbonat (HCO₃^-) bilden können. Dies lässt die Reaktion primär in eine Richtung ablaufen und ermöglicht es weiterem Kohlendioxid aus der Atmosphäre in das Wasser einzutreten.

Zusätzlich zu dieser physikalischen Entfernung kann Kohlendioxid auch biologisch durch die Photosynthese beim Wachstum von Phytoplankton aufgenommen und in pflanzliches Material umgewandelt werden. 

Genauso wie ein Transport von Gasen aus der Luft in das Meerwasser erfolgt, so erfolgt umgekehrt auch ein Transport aus dem Ozean in die Atmosphäre. Für das Klima wichtige Gase wie Dimethylsulfid (DMS) und Methyliodid (CH₃I) werden in den Ozeanen erzeugt, wirken sich aber erst dann auf unsere Klima aus, wenn sie in die Atmosphäre übergegangen sind. Da ihre Konzentration in der Luft fast immer sehr niedrig ist, verglichen mit der im Meerwasser, tendieren sie vorwiegend dazu, vom Wasser in die Luft überzugehen.

Wir wissen, dass der Gasaustausch stark von der Windgeschwindigkeit abhängt. Grundsätzlich wird umso mehr Gas ausgetauscht, je stärker der Wind ist. Ein Grund hierfür ist, dass starke Winde hohe Wellen erzeugen und die Oberfläche der See rau machen und hierdurch mit dem Wasser darunter durchmischen.

Wenn die Wellen brechen, führen sie Milliarden von Luftbläschen in das Oberflächenwasser ein. Diese lassen Gase aus der Atmosphäre in das Wasser übergehen. Genauso, wie sie Gase in die Ozeane eindringen lassen, führen die Luftbläschen aber auch zu einer Durchmischung des Wassers. Diese trägt zusätzlich dazu bei, dass Gase aus dem Wasser entweichen und in die Luft eintreten.

Wenn die Blasen hochsteigen und die Wasseroberfläche durchbrechen, platzen sie und eine kleine Fontäne von Seewasser spritzt in die Luft. Hierbei zerfällt sie in Tröpfchen. Das Wasser verdunstet und gibt Aerosolpartikel frei, die aus Seesalz bestehen. Milliarden von Tonnen an Seesalz gehen auf diesem Wege in die Atmosphäre über. Sie streuen nicht nur Sonnenlicht in den Weltraum zurück und bewirken so eine direkte Abkühlung der Erde, sie wirken auch als effektive Wolkenbildungskeime und lösen so die Bildung von Wolken aus. In dieser Weise bewirken sie eine indirekte Abkühlung.
 

2. Zeichnung einer Luftblase, die die Wasseroberfläche durchbricht und Seesalzaerosol in die Luft entlässt.
Bild: Lucinda Spokes
 

Die Windgeschwindigkeit ist nicht der einzige Faktor, der den Gasaustausch beeinflusst. Wir wissen, dass auch die Temperatur des Wassers wichtig ist, dass Regen die Emissionen der Gase aus dem Ozean erhöhen kann und dass die Anwesenheit von Seeeis die Austauschrate verändert.

Da der Gasaustausch durch zahlreiche Umweltfaktoren beeinflusst wird, können wir nicht sagen, was den Transfer von Gasen über die Meeresoberfläche kontrolliert. Wichtige Informationen fehlen z.B. über die Prozesse, die ablaufen, wenn es wirklich windig ist. Der Grund hierfür ist, dass es ziemlich schwierig und geradezu lebensgefährlich sein kann, Messungen auf einem Schiff vorzunehmen, das vom Sturm gepeitscht von den Wellen hin und her geworfen wird.

About this page:

author: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
1. sci reviewer: Prof. Peter Liss - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
2. sci. reviewer: Dr. Phil Nightingale - Plymouth Marine Laboratory, Plymouth - U.K.
translation: Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2004-07-07
Letzte Aktualisierung: 2007-09-10