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Online-Nachschlagewerk zur Meeresforschung
Herausgeber: Dr. D. Völker

Oberflächenströmungen

Autor: Dr. David Voelker

Die Strömungssysteme an der Meeresoberfläche werden vor allem durch die globalen Windsysteme angetrieben. Die beständigen Winde üben eine Scherspannung auf die Meeresoberfläche aus. Die angestoßenen Wasserpakete geben diesen Impuls abgeschwächt nach unten weiter. Gleichzeitig wirkt die Erdrotation auf die Strömungen ein. Es resultiert ein kompliziertes Muster von großen und kleineren Ringströmungen. Oberflächenströmungen sind relativ schnell und haben eine wesentliche Bedeutung für den Transport von Wärmeenergie von niedrigen in hohe Breiten.

Der Wind als Motor

Als Winde der ersten Ordnung werden die globalen Luft-Zirkulationsmuster bezeichnet, die auf die nach geografischen Breiten unterschiedliche Intensität der Sonneneinstrahlung zurückgehen. Die unterschiedliche Erwärmung führt zu beständigen Konvektionszellen mit auf- und absteigenden Luftmassen. Der Ausgleich zwischen Hochdruckgebieten der subtropischen Konvergenz bei 30°S bzw N (z.B. Azorenhoch) und den Tropischen Tiefdruckgebieten einerseits und in unseren Breiten andereseits findet teilweise durch Luftbewegung über dem Boden (Wind eben) statt. Wegen dem Coriolis-Effekt und anderen Gründen fließt die Luft nicht direkt vom Hochdruck- ins Tiefdruckgebiet, sondern im wesentlichen latitudinal, etwa als NE-Passat aus der Subtropischen Konvergenz in Richtung auf die tropischen Tiefdruckgebiete.

Winde erster Ordnung. Die Abbildung zeigt den Zusammenhang zwischen den Atmosphärischen Konvektionszellen und den beständigen Windmustern an der Erdoberfläche.

Dynamik und Einfluss der Oberflächenzirkulation

Diese oben genannten beständigen Winde wirken auf die Meeresoberfläche und sind Hauptursache für die Strömungssysteme an der Meeresoberfläche. Die Oberflächenströmungen sind schnell (bis 100 cm/s, im Kuroshio-Strom bis 300cm/s) und wirken bis in eine - gemessen an der mittleren Tiefe der Ozeane- geringe Tiefe (von ~300 m). Oberflächenströmungen erfassen daher in Bezug auf das gesamte Volumen der Ozeane ein verschwindend geringen Volumenanteil, bewirken sprichwörtlich nur an der Oberfläche der Ozeane etwas. Die Oberfläche der Ozeane hat aber klimatisch, biologisch und über beide Faktoren auch geologisch eine große Bedeutung. Es handelt sich 1) um den Bereich der von der Sonne erwärmt wird und gewaltige Energiemengen speichert und 2) den Bereich der Ozeane in dem 99% der biologischen Aktivität in den Ozeanen erfolgt, da nur dort Photosynthese möglich ist. Die Oberflächenströmungn bewirken einen sehr effektiven Wärmetransport über die Breitengrade und bestimmen die Lebensbedingungen in den Ozeanen wesentlich mit (siehe unten)

DYNAMIK DES GOLFSTROMS VOR DER AMERIKANISCHEN OSTKÜSTE

Dynamik des Golfstroms vor der Amerikanischen Ostküste über den Zeitraum von einem Monat (01.02.02 - 31.02.02). Dargestellt ist die berechnete Geschwindigkeit in m/s, maximal wurden Geschwindigkeiten größer 1 m/s festgestellt. Die Strömung verläuft nicht gleichmäßig, es bilden sich Wirbel (eddies), die sich von der Hauptströmung abschnüren. Die Abbildung wurde aus Darstellungen von Geschwindigkeitsfeldern des near-realtime Radar Altimeter Daten des Europäischen Fernerkundungssatelliten ERS-2, aufbereitet durch das Delft Institute for Earth-Oriented Space Research (DEOS). Von dieser Seite können die Daten auch heruntergeladen werden. Eine Beschreibung der Technik finden Sie auf der Info-Seite des Instituts.

Globale Muster

Die großen subtropischen Wirbel werden vom Zusammenspiel der Westwinddrift in gemäßigten Breiten und der Passatwinde erzeugt. Auf der Nordhalbkugel laufen sie im Uhrzeigersinn, auf der Südhalbkugel gegen ihn. Es ergibt sich ein Muster von Strömungen an der westlichen Begrenzung der Ozeanbecken, die warmes Wasser aus niedrigen Breiten polwärts transportieren (z.B. Golfstrom, Kuroshio), die Western Boundary Currents und anderererseits an den östlichen Begrenzungen der Ozeanbecken, die kaltes Wasser in Richtung Äquator bringen (z.B. Humboldstrom), die eastern boundary currents.

currents atlantic

Die großen Oberflächenströmungen im Atlantik. An der westlichen Begrenzung des Ozeans bringen Strömungen Wasser aus tropischen Regionen in Richtung hohe Breiten (western boundary currents, z.B. Golfstrom, Brasilienstrom), an der östlichen Begrenzung werden kalte Wassermassen in Richtung Äquator gebracht (eastern boundary currents, z.B. Kanarenstrom, Benguelastrom)
Bildquelle: Tomczak & Godfrey. Regional Oceanography: an Introduction

Die großen Oberflächenströmungssysteme im Pazifik. Warme Wassermassen werden am Westrand mit dem Kuroshio und der Ostaustralienströmung polwärts, kalte Wassermassen mit dem Kaliforninestrom und dem Humboldstrom in Richtung Äquator verfrachtet.
Bildquelle: Tomczak & Godfrey. Regional Oceanography: an Introduction

Die Subpolaren Wirbel im Nordatlantik bzw. Nordpazifik werden durch das Zusammenspiel von Ostwinden der hohen Breiten und der Westwinddrift in gemäßigten Breiten. Auf der Südhalbkugel wird der Zirkumpolarstrom(ACC, Antarctic Circumpolar Current) von den Ostwinden angetrieben.

Geologische Bedeutung

Karte der Oberflächentemperatur der Ozeane (Sea Surface Temperature oder SST)der Ostküste der U.S.A. Klar erkennbar ist, daß der Golfstrom sehr warmes Wasser aus der Karibik bis weit nach Norden transportiert. Südlich von Cape Hatteras verläuft der Golfstrom küstenparallel, Nördlich davon reißt er ab und bildet Wirbel (eddies). Der Golfstrom ist ein schhönes Beispiel für ein western boundary current (s.o.). Er transportiert mehr als 150 million Kubikmeter Wasser / s. Die Messung der SST kann indirekt durch Satelliten erfolgen (z.B. TOPEX/POSEIDON Mission). Die SST wird aus der Menge Wasserdampf in der Athmosphäre errechnet, welcher durch Aufheizung der Ozeane entsteht und die optischen Eigenschaften der Luft verändert, somit meßbar ist.



Diese Strömungsmuster beeinflussen im mehrerer Hinsicht die Verteilung von Sedimenten in den Ozeanen:

Korallenriffe

Verbreitung von Korallenriffen in den Weltozeanen. Die Verbreitung zeichnet die durch Oberflächenströmungen erzeugte Asymmetrie der mittleren SST (sea surface temperature) in den Ozeanbecken nach: Am westlichen Rand des Pazifik sind Korallenriffe bis ~ 40°N und 40°S verbreitet, an den östlichen Rändern von Atlantik und Pazifik fehlen Riffe. Riffkorallen sind auf mittlere Wassertemperaturen von 21°C und klares Wasser angewiesen. Abbildung übernommen mit Erlaubnis von Bill Prothero.



Daten und Abbildungen von Oberflächenströmungen der Ozeane können unter anderem auf einer Seite des HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) abgerufen werden