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1 Mit den Meeren leben – ein Bericht über den Zustand der Weltmeere

Große Meeresströmungen

Antrieb des Klimas – die großen Meereströmungen

> Die Meeresströmungen transportieren gigantische Mengen Wärme um den Globus. Damit sind sie eine der wichtigsten Schubkräfte des Klimas. Da sie ausgesprochen träge auf Veränderungen reagieren, werden die Auswirkungen des globalen Wandels langsam, aber über Jahrhunderte zu spüren sein. Schneller könnten Klimaveränderungen beim Wind und beim Meereis sichtbar werden.

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Zusatzinfo Wasser – ein ganz besonderes Molekül

Was die Wassermassen antreibt

Im Klimasystem spielt das Wasser eine zentrale Rolle. Je nach Salzgehalt und Temperatur hat es eine unterschiedlich hohe Dichte. Kaltes salziges Wasser ist schwer und sinkt in die Tiefe ab. Im Meer werden dadurch Millionen von Kubikmetern Wasser umgewälzt. Fachleute nennen dieses Phänomen, das in einigen wenigen polaren Meeresregionen auftritt, Konvektion. Durch die Konvektion sinkt das kalte Oberflächenwasser im Nordatlantik bis in etwa 2000 Metern Tiefe ab. Dort lagert es sich wie auf einem Plateau auf dem noch dichteren Tiefenwasser ab, das aus den antarktischen Regionen stammt. Dieses Tiefenwasser reicht bis hinab zum Meeresgrund. Während das kalte salzige Oberflächenwasser durch die Konvektion absinkt, strömt salziges Wasser aus benachbarten wärmeren Meeresgebieten aus Richtung Äquator nach. Dieses Wasser kühlt sich in der arktischen Luft ab und beginnt ebenfalls abzusinken, sodass die Konvektion nie zum Halt kommt. Zuvor nimmt es an der Meeresoberfläche Gase wie etwa Kohlendioxid auf und transportiert diese dann rasch in die Tiefe. Daher sind die Konvektionsgebiete auch die Meeresgebiete, in denen man den höchsten Anteil an Kohlendioxid findet. Die durch die Konvektion ins Meer gepumpten hohen Kohlendioxid-Konzentrationen lassen sich heute bis in Tiefen von etwa 3000 Metern nachweisen. Bis in 2000 Metern Tiefe wird das Kohlendioxid durch die Konvektion recht schnell transportiert. Der Weg weiter hinab dauert im Nordatlantik deutlich länger, da das Kohlendioxid und andere Gase nur über langsame Durchmischungsprozesse ins Tiefenwasser vordringen können.
Die Kälte und der hohe Salzgehalt sind die wesentlichen Kräfte der Konvektion. Sie reißen das dichte Wasser in den polaren Regionen hinab und treiben damit eine weltumspannende Konvektionsmaschine an – die thermohaline Zirkulation (thermo – angetrieben durch Temperaturunterschiede; halin – angetrieben durch Salzgehaltsunterschiede). Das kalte salzige Wasser sinkt vor allem in der Labrador- und Grönlandsee in die Tiefe, um dann Richtung Äquator und darüber hinaus zu strömen. Die Konvektion tritt demnach nur lokal begrenzt in den polaren Regionen auf und treibt die thermohaline Zirkulation an, die wie ein gigantisches Förderband den Globus umspannt. Auch der Golfstrom und seine Ausläufer werden letzten Endes durch die Konvektion und die thermohaline Zirkulation angetrieben. Zwar tragen auch die Winde mit zum Transport der Wassermassen bei, ihr Anteil daran ist aber deutlich geringer.
1.6 > Die Funktionsweise der Konvektion im Nordatlantik: In den polaren Regionen, wie etwa in der Labradorsee südlich von Grönland, sinkt kaltes salziges Meerwasser ab. Diese Wassermassen schichten sich in etwa 2000 Metern Tiefe über dem noch dichteren Tiefenwasser antarktischen Ursprungs ein und wandern dort weiter Richtung Äquator. Wärmeres Wasser strömt aus den oberen Meeresschichten in das Konvektionsgebiet nach.
1.6 > Die Funktionsweise der Konvektion im Nordatlantik: In den polaren Regionen, wie etwa in der Labradorsee südlich von Grönland, sinkt kaltes salziges Meerwasser ab. Diese Wassermassen schichten sich in etwa 2000 Metern Tiefe über dem noch dichteren Tiefenwasser antarktischen Ursprungs ein und wandern dort weiter Richtung Äquator. Wärmeres Wasser strömt aus den oberen Meeresschichten in das Konvektionsgebiet nach. © maribus
Doch wie entstehen in den Ozeanen eigentlich Wassermassen unterschiedlicher Dichte, die letztlich auch die Konvektion antreiben? Zu den wichtigsten Faktoren zählen die Lufttemperatur, die Verdunstung und der Niederschlag. In den polaren Konvektionsgebieten spielt darüber hinaus auch noch das Gefrieren des Wassers eine zentrale Rolle. Da Eis nur ungefähr 5 Promille Salz enthält, setzt es während des Gefrierens eine beträchtliche Menge Salz frei, wodurch der Salzgehalt in den umgebenden Mee­resgebieten zu­­nimmt und sich somit zugleich die Dichte des Wassers erhöht. Das kalte salzreiche Wasser ist so dicht, dass es bei der arktischen Konvektion bis in etwa 2000 Metern Tiefe absinkt. Dieses Wasser bezeichnet man als Nordatlantisches Tiefenwasser (North Atlantic Deep Water, NADW).

Zusatzinfo Der Weg des Wassers in die Tiefe

Das weltweite Förderband

Auch in den antarktischen Gebieten findet Konvektion statt. Hier entstehen jene Wassermassen, die aufgrund ihres noch höheren Salzgehalts bis ganz zum Meeresboden hinabsinken. Man bezeichnet sie als Antarktisches Bodenwasser (Antarctic Bottom Water, AABW), das am Meeresboden um den halben Globus bis hinauf in den Nordatlantik wandert. Das Antarctic Bottom Water ist also zugleich jenes Tiefenwasser, über dem sich das North Atlantic Deep Water während der Konvektion als mächtige Zwischenschicht einlagert. Das North Atlantic Deep Water entsteht in der Grönlandsee und der Labradorsee. Die untenstehende Abbildung zeigt schematisch den globalen Verlauf seiner Ausbreitung und den Rückstrom warmen Wassers in die oberflächennahen Schichten – das eindrucksvolle globale Förderband der thermohalinen Zirkulation. Das North Atlantic Deep Water und vor allem auch das Antarctic Bottom Water bleiben erstaunlich lange in der Tiefe: Wie man heute aus Datierungen von Tiefenwasser anhand radioaktiver Kohlenstoffisotope weiß, beträgt die Zykluszeit vom Abtauchen in die Tiefe bis zum Wiederauftauchen einige Hundert oder sogar bis zu etwa tausend Jahre.
1.8 > Die weltweiten ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation sind ausgesprochen komplex. Nur im Atlantik erkennt man deutlich, wie kaltes salzreiches Oberflächenwasser (blau) in der Tiefe gen Äquator strömt. Warmes Oberflächenwasser (rot) strömt in der Gegenrichtung polwärts. Nicht überall sind die Strömungsverhältnisse so deutlich wie im Golfstromsystem (zwischen Nordamerika und Europa). So fließt etwa um die Antarktis der sogenannte Zirkumpolarstrom in der gesamten Wassersäule. Die kleinen gelben Kreise in den Polarregionen zeigen Konvektionsgebiete. Die dunklen Gebiete sind durch hohen Salzgehalt gekennzeichnet, die weißen durch niedrigen. Salzige Wassermassen findet man, abgesehen von den Konvektionsgebieten, vor allem in den warmen Subtropen, da hier die Verdunstung besonders stark ist.
1.8 > Die weltweiten ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation sind ausgesprochen komplex. Nur im Atlantik erkennt man deutlich, wie kaltes salzreiches Oberflächenwasser (blau) in der Tiefe gen Äquator strömt. Warmes Oberflächenwasser (rot) strömt in der Gegenrichtung polwärts. Nicht überall sind die Strömungsverhältnisse so deutlich wie im Golfstromsystem (zwischen Nordamerika und Europa). So fließt etwa um die Antarktis der sogenannte Zirkumpolarstrom in der gesamten Wassersäule. Die kleinen gelben Kreise in den Polarregionen zeigen Konvektionsgebiete. Die dunklen Gebiete sind durch hohen Salzgehalt gekennzeichnet, die weißen durch niedrigen. Salzige Wassermassen findet man, abgesehen von den Konvektionsgebieten, vor allem in den warmen Subtropen, da hier die Verdunstung besonders stark ist. © maribus (nach Meincke et al., 2003)
Die meiste Zeit befindet sich das Wasser im kalten Bereich des thermohalinen Förderbands in der Tiefe, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit dort aufgrund der höhe­ren Dichte mit etwa 1 bis 3 Kilometern pro Tag gering ist. Die Menge des am Kreislauf beteiligten Wassers ist geradezu gigantisch. Sie beträgt 400 000 Kubikkilometer, was etwa einem Drittel des gesamten Ozeanwassers entspricht. Damit ließe sich ein Becken von 400 Kilometern Länge, 100 Kilometern Breite und 10 Kilometern Tiefe füllen. Pro Sekunde transportiert das ozeanische Förderband etwa 20 Millionen Kubikmeter Wasser, was fast 5000-mal mehr ist, als an den Niagarafällen in Nordamerika in die Tiefe rauscht.

Die Angst vor dem Versiegen des Golfstroms

Lange haben Experten diskutiert, inwieweit die thermohaline Zirkulation und mit ihr die Umwälzbewegung im Atlantik durch den Klimawandel beeinflusst werden könnten. Immerhin könnte sich die Konvektion in den höheren Breiten durch die anthropogene, also vom Menschen verursachte Erwärmung der Atmosphäre und eine damit verbundene Verringerung der Dichte des Oberflächenwassers abschwächen. Diese Dichteabnahme ist vor allem auf das Aussüßen des Wassers im Nordatlantik zurückzuführen, wobei der Klimawandel vermutlich auf mehreren Wegen die Süßwasserzufuhr verstärken und damit auf die Konvektion und die thermohaline Zirkulation einwirken würde. Zum einen dürften die Niederschläge über dem Meer und über dem Festland zunehmen. Zum anderen wird Süßwasser vermehrt durch das Abschmelzen der Gletscher ins Meer gelangen. Außerdem bildet sich weniger Eis, wenn es wärmer wird, sodass sich die Salzkonzentration im Oberflächenwasser nur in geringem Maße erhöht.
Die heutigen Klimamodelle gehen von einer Abschwächung der Umwälzbewegung im Atlantik bis zum Ende dieses Jahrhunderts um etwa 25 Prozent aus. Damit würde zugleich auch weniger Wärme aus den Tropen und Subtropen nach Norden transportiert. Eiszeitszenarien, wie sie schon oft in der Literatur oder in Kinofilmen gezeichnet wurden, sind trotzdem völlig unangebracht, selbst dann, wenn die Zirkulation völlig zusammenbrechen sollte. Denn die daraus resultierende verringerte Wärmezufuhr wird bei Weitem durch die künftige globale Erwärmung aufgrund des verstärkten Treibhauseffekts wettgemacht. Die Erde heizt sich durch die isolierende Wirkung des Kohlen­­di­oxids in der Atmosphäre auf. Diese Temperaturzunahme würde den verringerten Wärmetransport aus den Tropen nach Norden im Bereich des Nordatlantiks ausgleichen und auf den angrenzenden Landgebieten sogar deut­­­lich über­­­treffen. Die Wissenschaftler sprechen daher im Zusammenhang mit dem menschlichen Einfluss auf das Klima von einer „Heißzeit“ und keineswegs von einer „Eiszeit“. >
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