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

Große Meeresströmungen

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Die Corioliskraft Die Erddrehung führt dazu, dass alle freien und geradlinigen Bewegungen wie etwa Luft- oder Wasserströmungen auf der Erde seitlich abgelenkt werden. Die ablenkende Kraft nennt man Corioliskraft oder Coriolis-beschleunigung. Auf der Nord- und Südhalbkugel wirkt sie in entgegengesetzter Richtung. Benannt ist die Corioliskraft nach dem französischen Naturforscher Gaspard Gus­tave de Coriolis (1792 bis 1843), der sie mathematisch hergeleitet hat.

1.9 > Momentaufnahme des Golfstroms und seiner Verwirbe­lungen. Warme Bereiche sind rot eingefärbt, kalte Bereiche blau. Abb. 1.9: © NASA

1.9 > Momentaufnahme des Golfstroms und seiner Verwirbe­lungen. Warme Bereiche sind rot eingefärbt, kalte Bereiche blau.

Wirbel im Meer – eine wichtige Klimakomponente

Wärme wird im Meer nicht nur durch das große globale Förderband der thermohalinen Zirkulation, sondern auch durch Wirbel transportiert, ähnlich wie die Tiefdruckgebiete in der Atmosphäre. Im Vergleich zu den oft mehrere Hundert Kilometer breiten Tiefdruckgebieten sind sie jedoch deutlich kleiner. Diese sogenannten mesoskaligen Wirbel entstehen, wenn Wasser zwischen Gebieten mit großen Dichte- oder Temperaturunterschieden strömt. Sie sind auf Satellitenaufnahmen deutlich zu erkennen. Messungen zeigen, dass sie nicht nur an der Meeresoberfläche wie beispielsweise im Bereich des Nordatlantiks auftreten, sondern sich auch in ausgesprochen großen Tiefen von einigen Tausend Metern wie etwa vor Brasilien bemerkbar machen. Diese Tiefseewirbel spielen aufgrund ihres starken Einflusses auf die großräumigen Wärmetransporte für das langfristige Klimageschehen ebenfalls eine wichtige Rolle.

Wechselhaft und dynamisch – der Einfluss des Windes

Neben der Konvektion regen auch die Winde die Strömungen im Meer an. Zusammen mit der ablenkenden Kraft der Erdrotation (Corioliskraft) und der Gestalt der Meeresbecken verleiht der Wind dem weltweiten System der Oberflächenströmungen seine charakteristische Form. Besonders auffällig sind Wirbel, die sich über ganze Meeresbecken, etwa zwischen Amerika und Europa, erstrecken. Zu diesen Oberflächenströmungen gehören auch der Golfstrom im Atlantischen Ozean, der durch den Wind und die thermohaline Zirkulation zugleich angetrieben wird, sowie der Kuroshio im Pazifischen Ozean, dessen Intensität mit der Tiefe abnimmt. Der Golfstrom ist ein relativ schneller Strom. An der Küste Nordamerikas erreicht er an der Meeresoberfläche Geschwindigkeiten von etwa 3,6 Kilometern pro Stunde, was einem gemächlichen Fußgängertempo entspricht. Er reicht bis in eine Tiefe von etwa 2000 Metern hinab, wo er etwa zehnmal langsamer fließt, weil der Einfluss des Windes hier geringer und die Dichte des Wassers größer ist. Nichtsdestotrotz kann der Wind durchaus direkt bis hinab in größere Tiefen wirken. So kommt es vor, dass sich für längere Zeit die typischen Windverhältnisse ändern – dass etwa die stetigen Passatwinde über Monate aus anderen Richtungen wehen. Dadurch kann sich der Auftrieb der Wassermassen verändern, wodurch im Innern des Ozeans Wellen mit Strömungen entstehen, die für Jahrzehnte in der Tiefe nachschwingen. Solche Wellen können auch die Meerestemperatur und damit das regionale Klima verändern. Vom Satelliten aus werden die Wellen als langsam wandernde Ausbeulungen der Meeres­oberfläche wahrgenommen.
Darüber hinaus verursachen die vorherrschenden Winde in bestimmten Regionen beständige Auftriebs- und Absinkbewegungen. In manchen Gebieten treiben die Winde Oberflächenwasser von den Landmassen weg, sodass kaltes Wasser aus der Tiefe aufsteigen kann. Dort sind daher die Temperaturen an der Meeresoberfläche besonders niedrig. Wichtige Auftriebsgebiete finden sich an den westlichen Rändern der Kontinente, an denen die Winde küstenparallel wehen (Chile, Kalifornien, Namibia). So wird aufgrund der Corioliskraft beispielsweise auf der Südhalbkugel das Wasser nach links von der Küste weggeführt, wenn der Wind aus Süd weht. Dadurch kommt eine Art Walzenbewegung in Gang: An der Oberfläche wird das Wasser wegbewegt, aus der Tiefe steigt Wasser auf. Dieses aufsteigende Wasser ist häufig nährstoffreich, weshalb viele Auftriebsgebiete auch besonders fischreich sind.
1.10 > Die großen Meeresströme der Welt sind auch das Ergebnis der vorherrschenden Winde. Warme Meeresströme sind rot, kühle Meeresströme blau gekennzeichnet.
1.10 > Die großen Meeresströme der Welt sind auch das Ergebnis der vorherrschenden Winde.  Warme Meeresströme sind rot, kühle Meeresströme blau gekennzeichnet. Abb. 1.10: © maribus

1.11 > Der Wärmeaustausch zwischen der Atmosphäre und der Meeresoberfläche (in Watt pro Quadratmeter) ist je nach  Meeresgebiet recht unterschiedlich. Positive Werte geben eine Wärmeaufnahme – vor allem in den Tropen – und negative Werte einen Wärmeverlust – vor allem in den nördlichen Breiten – des Meeres an. In den arktischen Regionen ist der Wärmeverlust relativ gering, da das Meereis die Wärme wie eine Isolierschicht im Wasser zurückhält. Abb. 1.11: © maribus (nach Barnier et al., 1994) 1.11 > Der Wärmeaustausch zwischen der Atmosphäre und der Meeresoberfläche (in Watt pro Quadratmeter) ist je nach Meeresgebiet recht unterschiedlich. Positive Werte geben eine Wärmeaufnahme – vor allem in den Tropen – und negative Werte einen Wärmeverlust – vor allem in den nördlichen Breiten – des Meeres an. In den arktischen Regionen ist der Wärmeverlust relativ gering, da das Meereis die Wärme wie eine Isolierschicht im Wasser zurückhält.

Der Ozean – der globale Wärmespeicher

Die großen Meeresströme transportieren nicht allein riesige Wassermassen, sondern zugleich auch gigantische Wärmemengen um den Globus. So wie der Wassertank einer Heizungsanlage Wärme aus der Solaranlage auf dem Dach speichert, wirken auch die Ozeane wie ein gewaltiges Wärmereservoir, in dem die Sonnenenergie lange erhalten bleibt. Die großen Meeresströme transportieren diese Wärme über Tausende von Kilometern und beeinflussen damit erheblich, wie der Golfstrom zeigt, das Klima in vielen Regionen der Erde. In den warmen Tropen und in den Subtropen bis etwa zum 30. Breitengrad trifft im Jahresdurchschnitt mehr Wärme auf die Erdoberfläche, als diese abgibt. In den höheren Breiten und zu den Polen hin ist dieses Verhältnis umgekehrt. Die Folge ist, dass die Atmosphäre und die Ozeane zum Ausgleich Energie vom Äquator nach Norden und nach Süden transportieren. In manchen Tropenregionen wie etwa dem Ostpazifik gewinnt das Meer mehr als 100 Watt Wärme pro Quadratmeter – in etwa so viel wie ein Heizkessel liefert, um eine Wohnung behaglich zu machen. In den höheren Breiten gibt das Meer die Wärme wieder ab. Am größten ist der Verlust mit Werten von bis zu 200 Watt pro Quadratmeter vor den Ostküsten Nordamerikas und Asiens sowie in Teilen der Arktis. Im Bereich des Nordatlantiks und des Nordpazifiks geben die Ozeane die Wärme durchaus großräumig ab. Versorgt werden all jene Regionen, in die die großen Stromsysteme das warme Wasser tragen – etwa Europa. Die riesigen Meeresströme transportieren eine maximale Wärmemenge von knapp 3 Petawatt (Billiarde Watt) in Richtung Norden – rund 600-mal mehr, als alle Kraftwerke der Welt zusammen leisten. Aber auch die Atmosphäre trägt zum Energieausgleich zwischen den Tropen und den kälteren, höheren Breiten bei. Sie transportiert weitere 2,5 bis 3 Petawatt Wärme, sodass sich ein nordgerichteter Wärmetransport von insgesamt 5,5 bis 6 Petawatt ergibt. In der Atmosphäre erfolgt der Wärmetransport in europäischen Breiten vor allem durch kreisende Tiefdruckgebiete. Im Atlantischen Ozean sind die Strömungen hingegen sehr viel geordneter, sodass die Wärme direkt nach Norden transportiert wird. Dort strömt warmes Wasser aus den Tropen nordwärts bis weit in den Arktischen Ozean, wo sich das Wasser abkühlt und Wärme an die Umgebung abgibt. Durch die Abkühlung nimmt die Dichte des Meerwassers zu. Es sinkt in die Tiefe und wandert gen Süden. Das atlantische Stromsystem transportiert demnach riesige Mengen Wärme nach Norden. Bei diesem Transport übersteigt der thermohaline den durch die Winde angetriebenen Anteil bei Weitem. Der Atlantik und auch der Pazifik tragen jeweils etwa 1 Petawatt Wärme aus den Tropen und Subtropen in nördliche Richtung. Der Anteil des Indischen Ozeans hingegen ist vernachlässigbar gering.
Dabei nimmt der Atlantik eine Ausnahmestellung unter den Meeren ein. Er ist das einzige Ozeanbecken, in dem der Wärmetransport überall, also auch auf der Südhalbkugel, nach Norden gerichtet ist. Die Tendenz nach Norden kennt jeder Nordwesteuropäer dank des Golfstroms und des Nordatlantikstroms: Das Klima im Bereich des Nordatlantiks, speziell in Nordwesteuropa und auch in Deutschland, ist besonders milde. So sind die Winter in anderen Regionen, die auf denselben Breitengraden liegen, deutlich kälter. In Kanada etwa liegen die Temperaturen im Winter um rund 10 Grad Celsius niedriger als in Westeuropa. Allerdings bewirkt nicht allein die Ozeanzirkulation diese Milde. Auch Luftströmungen tragen erheblich dazu bei. Durch die Verteilung der Gebirge, vor allem die Lage der Rocky Mountains, die sich von Nord nach Süd die nord­amerikanische Westküste entlangziehen, und den Einfluss der Corioliskraft entstehen in der Atmosphäre sehr stabile großräumige Wirbel, sogenannte stehende planetare Wellen. Ein solcher Wirbel liegt auch über den USA, weil die Rocky Mountains als Hindernis große Luftmassen ablenken. Ein Teil dieses Wirbels beschert uns im Durchschnitt Westwinde, die relativ milde Luft vom Atlantik bis nach Nordwesteuropa tragen und uns vor der Kälte aus dem Osten schützen. >
1.12 > Die Ozeane tragen unterschiedlich stark zum globalen Wärmetransport bei. Nur der Atlantik transportiert auf der Südhalbkugel Wärme nach Norden (positive Werte). Der Äquator liegt bei 0 Grad. Sowohl der Atlantik als auch der Pazifik tragen jeweils etwa 1 Petawatt Wärme bis 20 Grad nördlicher Breite. Weiter nördlich überwiegt der Anteil des Atlantiks. Der Indische Ozean wiederum beeinflusst den nördlichen Wärmetransport kaum.
1.12 > Die Ozeane tragen unterschiedlich stark zum globalen Wärmetransport bei. Nur der Atlantik transportiert auf der Südhalbkugel Wärme nach Norden (positive Werte). Der Äquator liegt bei 0 Grad. Sowohl der Atlantik als auch der Pazifik tragen jeweils etwa 1 Petawatt Wärme bis 20 Grad nördlicher Breite. Weiter nördlich überwiegt der Anteil des Atlantiks. Der Indische Ozean wiederum beeinflusst den nördlichen Wärmetransport kaum. Abb. 1.12: © maribus (nach Trenberth und Solomon, 1994)
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