Thermohaline Zirkulation

Thermohaline Zirkulation

Meeresströmung (1943)

Die thermohaline Zirkulation, umgangssprachlich auch globales Förderband (englisch ocean conveyor belt), ist ein ozeanographischer Terminus für eine Kombination von Meeresströmungen, die vier der fünf Ozeane miteinander verbinden und sich dabei zu einem Kreislauf globalen Ausmaßes vereinen.

Der Antrieb für diesen umfangreichen Massen- und Wärmeaustausch ist thermohaliner Natur. Das bedeutet: Er wird durch Temperatur- und Salzkonzentrationsunterschiede innerhalb der Weltmeere hervorgerufen, welche beide für die unterschiedliche Dichte des Wassers verantwortlich sind. Verursacht wird der Temperaturunterschied wiederum durch die Breitengradabhängigkeit der Sonneneinstrahlung.

Geschichte

Anfang der 1970er Jahre war es erstmals möglich, ozeanografische Daten der gesamten Erde auszuwerten. Diese Zusammenschau zeigte die Vernetzung der wind- und dichtegetriebenen Strömungen und es wurde postuliert, dass auch der bekannte Golfstrom nur eine Teilströmung einer globalen Zirkulation sei. In Anlehnung an ein mechanisches Förderband wurde diese erdumspannende Strömung das „große marine Förderband“ oder einfach „globales Förderband“ bzw. im wissenschaftlichen Sprachgebrauch auch „globale thermohaline Zirkulation“ genannt.

Zirkulationsmuster

Globales Förderband: Tiefenströmung blau, Oberflächenströmung rot; Zirkumpolarstrom nicht enthalten

Die Zirkulationsströme treten sowohl an der Oberfläche als auch in der Tiefe auf. Das kalte Wasser bewegt sich in einer Tiefe von 1,5 bis 3,0 km größtenteils parallel des Kontinentalabhanges auf der westlichen Seite der Ozeanbecken, bedingt durch die Erdrotation. Dabei werden pro Sekunde 10 bis 40 Millionen Kubikmeter Wasser transportiert.

Das globale Wärmeaustauschband wird im Wesentlichen durch das winterliche Absinken des salzreichen und kalten Meereswassers im Nordatlantik auf 1 bis 4 km Tiefe initiiert, weshalb sich diese Regionen des globalen Kreislaufes dazu eignen, das Zirkulationsmuster von hier aus zu betrachten. Am oder nahe dem Meeresgrund fließt das Wasser als kalte Tiefenströmung (Nordatlantisches Tiefenwasser) bis zum Ausgang des Südatlantiks und wird dann mit dem Zirkumpolarstrom in den Indischen Ozean und den Pazifik transportiert. Der Zirkumpolarstrom des südlichen Ozeans umströmt den gesamten Globus und vermischt die Wassermassen der drei angrenzenden Ozeane und ist wahrscheinlich der Ort, wo das meiste kalte Wasser aufsteigt und durch windgetriebene Vermischung erwärmt wird. Von dort bewegen sich die durch Vermischung modifizierten Wassermassen wieder zurück an die Oberfläche (Oberflächenwasser, Pazifik) oder in wenige hundert Meter unter diese (Zwischenwasser, Indik). Das Wasser erwärmt sich in der Folge besonders in den äquatorialen Bereichen und fließt als warme Oberflächenströmung zunächst an Indonesien vorbei, hiernach um die Südspitze Afrikas herum in die Golfregion Mittelamerikas und schließlich als Golfstrom in den Nordatlantik, wo es erneut absinkt und den Kreislauf damit schließt.

Oberflächentemperatur im westlichen Nordatlantik. Nordamerika erscheint schwarz und dunkelblau (kalt) der Golfstrom rot (warm). Quelle: NASA

Neben rein thermohalinen Effekten spielen dabei die Verteilung der Kontinente, die Corioliskraft (dadurch treten die Strömungen vor allem an Westküsten auf) und der windbedingte Effekt der Korkenzieherströmung eine maßgebliche Rolle. Zusammen führen diese zu einer regional sehr komplexen Ausbildung verschiedenster Meeresströmungen, beispielsweise in Form großer Strömungswirbel an der Südostküste Südamerikas (siehe weiter unten). Zu einem geringen Anteil strömen dabei auch Wassermassen aus dem arktischen Ozean in den Atlantik ein, weshalb dieser bedingt auch am globalen Förderband Teil hat. Da viele dieser Faktoren von der lokalen Intensität der Sonnenstrahlung abhängen, können diese Meeresströmungen im Jahresgang auch unterschiedliche Ausprägungen erfahren, so beispielsweise im Indischen Ozean aufgrund des Monsuns. Maßgebliche Effekte sind hierbei Upwelling und Downwelling.

Durch die langfristigen Auswirkungen der Kontinentaldrift auf die Land-Meer-Verteilung sind auch die Hauptströmungen zeitlich variabel. Als vergleichsweise kurzfristiger Einflussfaktor, bedingt durch das Abschmelzen der polaren Eiskappen, wird eine mehr oder minder starke Abschwächung des Nordatlantikstroms für möglich erachtet. Hierfür lassen sich auch Beispiele in der Klimageschichte finden.

Tiefenrandströme

Einen weiteren Beitrag zur globalen Meerwasserzirkulation stellen die Tiefenrandströme dar. Darunter versteht man küstennahe Tiefseewirbel, wie sie z. B. vor der Küste Brasiliens im Brasilstrom auftreten (die sogenannten Brasilstromringe). Diese Wirbel treten zeitlich und räumlich periodisch auf, es entsteht also eine sogenannten Wirbelstraße. Eine genaue Erklärung für dieses im Jahre 2004 entdeckte Phänomen steht noch aus, Computermodellen zufolge zerfällt der Brasilstrom jedoch auf Höhe der brasilianischen Stadt Recife wegen der dort zurückspringenden Küste und der damit verringerten Reibung in eine turbulente Strömung, vergleiche Wirbel (Strömungslehre).

Siehe auch

• Müllstrudel

Literatur

• Apel, J. R., (1987), Principles of Ocean Physics, Academic Press, (ISBN 0-12-058866-8)
• Demmler, Petra (2011), Das Meer - Wasser, Eis und Klima Verlag Eugen Ulmer, (ISBN 3-80015-864-7), Kapitel: Das große System der Meeresströmungen; populärwissenschaftliche Darstellung
• Gnanadesikan, A., R. D. Slater, P. S. Swathi, and G. K. Vallis, (2005): The energetics of ocean heat transport. Journal of Climate, 18, 2604–2616.
• Knauss, J. A., (1996), Introduction to Physical Oceanography, Prentice Hall (ISBN 0-13-238155-9)
• Kunzig, Robert (2002): Der unsichtbare Kontinent. Die Entdeckung der Meerestiefe, marebuchverlag
• Primeau, F., (2005), Characterizing transport between the surface mixed layer and the ocean interior with a forward and adjoint global ocean transport model, Journal of Physical Oceanography,35, 545–564.
• Rahmstorf, Stefan, (2003), The concept of the thermohaline circulation. Nature, 421, 699.
• Rahmstorf, Stefan (2006): Thermohaline Ocean Circulation, in: Encyclopedia of Quaternary Sciences, Edited by S. A. Elias. Elsevier, Amsterdam (PDF) (engl.)
• Stocker, Thomas F., Reto Knutti und Gian-Kasper Plattner (2001): The Future of the Thermohaline Circulation - A Perspective (PDF) (engl.)
• United Nations Environment Programme / GRID-Arendal, 2006, [1]. Potential Impact of Climate Change
• Wirbel in der Tiefsee, in: Spektrum der Wissenschaft 06/05, S. 16ff.

Weblinks

• „Scientists use satellites to detect Deep-Ocean Whirlpools“, terradaily.com, 21. März 2006
• Globales Förderband, Bildungswiki „Klimawandel“
• THOR "Thermohaline Overturning- At Risk?" www.eu-thor.eu ist ein Projekt von 7.EU-Forschungsprogramm (Grant Agreement 212643, 2008-2012). Coordinator: Detlef Quadfasel von der Univ. Hamburg. Film zum THOR Projekt und die Ergebnisse des Projektes: [2]