Meeresströmungen
Wie die Atmosphäre ist auch der Ozean ständig in Bewegung. Das Meerwasser kann an der Oberfläche oder in der Tiefe horizontal strömen oder es kann vertikal absinken und aufsteigen.
Ursachen von Meeresströmungen
Die Entstehung von Meeresströmungen ist auf drei verschiedene Antriebskräfte zurückzuführen:
1. Winde, 2. Druckunterschiede, 3. Gezeiten.
Hinzu kommt als Einflussgröße für die Richtung der Meeresströmungen die Corioliskraft.
Abb. 1: Globale Karte der wichtigsten Oberflächenströmungen der Ozeane1
Oberflächenströmungen werden im Wesentlichen durch Wind angetrieben, und zwar in erster Linie durch die Passatwinde und die Westwindströmungen. Dabei weichen die Meeresströmungen an der Oberfläche durch die Corioliskraft um 45° von der Windrichtung auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links ab. Zur Tiefe hin nimmt diese Abweichung spiralförmig zu, bis der Impuls seine Antriebskraft verliert (sog. Ekman-Spirale). Über die gesamte Tiefe gemittelt kommt es daher zu dem Effekt, dass das Wasser sich nicht in die Richtung bewegt, in die der Wind es schiebt, sondern in eine Richtung senkrecht zum Wind. Auf der Nordhalbkugel zeigt diese Richtung nach rechts (wenn man den Wind im Rücken hat), auf der Südhalbkugel nach links. Eine Strömung, die durch diesen Effekt zustande kommt, wird Ekman-Transport genannt.
Abb. 2: Das "große marine Förderband" (thermohaline Zirkulation) - warme Oberflächenströmungen sind rot, kalte Tiefenströmungen blau eingezeichnet.2
Ein weiterer wichtiger Antrieb für Meeresströmungen sind Unterschiede in der Dichte des Meerwassers. Dichteunterschiede können durch Unterschiede bei der Temperatur und beim Salzgehalt entstehen. Kälteres Wasser hat eine höhere Dichte als wärmeres Wasser und salzreiches Wasser hat eine höhere Dichte als salzarmes Wasser. Das Wasser strömt von der höheren zur geringeren Dichte. Das kann sowohl horizontal wie vertikal erfolgen. So kann warmes Oberflächenwasser durch kalte Luftmassen soweit abkühlen, dass es schwerer wird als die darunter liegenden Wassermassen und deshalb absinkt. Das ist z.B. häufig zu Beginn des Winters der Fall. Zum Absinken von Wassermassen kommt es aber auch, wenn horizontale Oberflächenströmungen Wasser in hohe Breiten transportieren, wo sie abkühlen und damit schwerer werden. Wenn diese Wassermassen dann noch einen hohen Salzgehalt besitzen, sind massive Absinkvorgänge die Folge, durch die dann wiederum weiteres Wasser aus niederen Breiten angesogen wird. Dieser Vorgang ist ein wichtiger Motor der sogenannten Thermohalinen Zirkulation, die ein weltweites Strömungssystem aufrecht erhält und, wie der Name schon sagt, wesentlich durch Temperatur- und Salzgehaltsunterschiede bestimmt wird.
Meeresströmungen und Klima
Meeresströmungen sind zusammen mit dem Zirkulationssystem der Atmosphäre Teil des globalen Strömungssystems, dessen wichtigste Funktion darin besteht, Energie aus den strahlungsreichen niederen in die höheren Breiten zu transportieren.
Innerhalb der Zirkulation der großen Wirbel in den Subtropen, von denen z.B. der Golfstrom ein Teil ist, sind jedoch keine großen Temperaturunterschiede anzutreffen, der Wärmetransport ist daher gering. Stattdessen ist der Hauptteil des Wärmetransports der thermohalin bedingten meridionalen Umwälzbewegung zuzuschreiben, die aus Dichteunterschieden resultiert. Insbesondere der Nordatlantik führt aufgrund des Absinkens großer Wassermassen im Norden zu einem nachfolgenden Transport warmen Wassers im Nordatlantikstrom nach Westeuropa. Dies führt dort zu viel höheren Temperaturen als es dem Mittelwert dieser Breiten entspricht. Die bedeutsamen Auswirkungen für die menschliche Zivilisation zeigen sich bereits an den Bevölkerungszahlen: So wohnen in Mittel- und Nordeuropa etwa 300 Millionen Menschen, in Sibirien und Kanada aber jeweils nur etwa 30 Millionen. Auch in der Vegetation macht sich der klimatische Gegensatz bemerkbar: Während in Irland und Wales sogar manche Palmen überleben können, ist Kanada durch borealen Nadelwald geprägt.
Ein weitere wichtige Folge von Meeresströmungen für das Klima ist die Aufnahme von Kohlendioxid und sein Transport in tiefere Schichten des Ozeans. Mit dem Absinken großer Wassermassen in die Tiefe und ihrer weiteren Ausbreitung über große Entfernungen, z.T. über alle Ozeane, wird auch das durch menschliche Aktivitäten emittierte Kohlendioxid teilweise effektiv und über lange Zeiträume von Jahrzehnten bis Jahrhunderten dem Austausch mit der Atmosphäre entzogen. Allerdings wird durch den globalen Klimawandel auch das Oberflächenwasser des Ozeans erwärmt, und es bilden sich weniger kalte Wassermassen, die in die Tiefe absinken könnten. Dadurch wird der Transport von Kohlenstoff in den tieferen Ozean durch die sogenannte "physikalische Pumpe" reduziert.
Anmerkungen:
1. Quelle: Image of the ocean currents aus der freien Mediendatenbank Wikipedia; Urheber: original image made by Dr. Michael Pidwirny (see http://www.physicalgeography.net); Lizenz: CC BY-SA
2. Norbert Noreiks, Max-Planck-Institut für Meteorologie, nach Broecker, W.S. (1991): The great ocean conveyor, Oceanography 4, 79-91
