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

Grundbegriffe der physikalischen Ozeanographie

Autor: Dr. David Voelker

Die Bewegung der Wassermassen der Ozeane wird durch Winde, die Erddrehung, die Gezeiten und Dichteunterscheiede verschiedener Wassermassen bewirkt. Die Dichte von Seewasser wiederum ist eine Funktion von Salinität, Temperatur und Druck. Dies sind daher die wesentlichen Messgrößen der physikalischen Ozeanographie

Dichte von Seewasser

Die Dichte ist eine der wichtigsten Parameter in der Ozeanographie, da geringe, klimatisch aufgeprägte horizontale Dichteunterschiede in der Wassersäule Strömungen bewirken. Sie ist Funktion von Temperatur T, Salinität S und Druck P. Um die Dichte als Charakteristikum bestimmter Wassermassen vergleichbar zu machen, wird als Angabe meistens die potentielle Dichte st (sigma-t) angegeben.

st = (S,T,P=0)-1000

Der Wert gibt die Dichte bei Normaldruck (1 Atmosphäre=1.035 bar; für Ozeanographen ist Atmosphärendruck = 0) und als Abweichung von der Reindichte von Wasser 1000 kg/m3 an. Da die Dichte von Seewasser immer höher als die von reinem Wasser ist, sind die Werte von st immer positiv. st = 24,4 bedeutet 1024,4 g/cm3. In situ-Messungen werden rechnerisch oder mit Tafeln auf den Normaldruck korrigiert.

Die Dichte von Seewasser steigt mit der Salinität nach einer Taylor-Reihe an. Seewasser zeigt nicht die Besonderheit von Süsswasser (höchste Dichte bei +4°C, bei weiterer Temperaturabnahme Dichteabnahme). Seewasser ist gering kompressibel, mit dem Auflastdruck nimmt daher auch die Dichte zu.

Diese Beziehung wird durch eine international verbindlich festgelegte Formel (International Equation of State, Siedler, & Peters, 1982) beschrieben. Da die Funktion nicht linear ist gibt es den Effekt, dass durch die Mischung von zwei Wassermassen mit gleicher Dichte aber unterschiedlicher Temperatur und Salzgehalt eine neue Wassermasse mit höherer Dichte entstehen kann.

Dichte von Seewasser in Abhängigkeit von Salinität und Temperatur. Beachten Sie, dass die Isolinien gekrümmt sind. Die Mischung von zwei Wassermassen mit der gleichen Dichte kann daher zu einer neuen Wassermasse höherer Dichte führen. Die Daten wurden nach der UNESCO International Equation of State (IES 80, beschrieben in Fofonoff, 1985) mit dem "Sea Water Equation of State Calculator" des John Hopkins University Applied Physics Laboratory berechnet.

Salinität

Meerwasser enthält etwa 3.5% gelöste Salze, gelöste Gase und organische Substanzen. Den größten Anteil macht Kochsalz (NaCl) aus. Da die das Verhältnis der gelösten Ionen in Meerwasser stabil ist, reicht es aus, eine Komponente zu messen, um die Gehalte aller Ionen zu kennen. Aus diesem Grund wird der Salzgehalt durch Messung des Chloridgehalts bestimmt. Die Salinität wird in Promille angegeben. Moderne Meßgeräte (CTDs) bestimmen die Salinität über die Leitfähigkeit ("practical Salinity"). Tatsächlich ist der Wasserkörper der Ozeane ziemlich einheitlich in seiner Zusammensetzung. Größere Abweichungen treten auf, wenn durch Verdunstung oder das Ausfrieren von Meereis die Konzentration der Salze im verbleibenden Wasser erhöht wird oder durch Niederschlag, Abtauen von Eis oder Sußwassereintrag von Flüssen die Konzentration herabgesetzt wird. Diese Prozesse finden an der Meeresoberfläche statt. Eine Karte der Salinität der Oberflächen der Ozeane finden Sie im Kapitel über die Salinität.

Temperatur

Um die Temperatur von Wassermassen vergleichbar zu machen und als relativ konservatives Charakteristikum zur Diskretisierung verschiedener Wassermassen zu verwenden, rechnen Ozeanographen die in einer bestimmten Wassertiefe gemessenen Werte in die sogenannte potentielle Temperatur um, d.h. die Temperatur, die das Wasservolumen unter Normaldruck hätte (Herausrechnen der adiabatischen Arbeit).

Einige charakteristische Werte

Wassermasse Salinität potentielle Temperatur
Antarktisches Bodenwasser (AABW) 34.7 ‰ 0°C
Nordatlantisches Tiefenwasser (NADW) 34.9 ‰ 2°C
Mittelmeerwasser 36.7 ‰ 12°C

Flux

Ozeanografen beschreiben die Bewegung von Wassermassen (etwa Strömungstransport, Niederschlag und Verdunstung) als Flux, also Volumen von Wasser, das pro Zeit transportiert wird. Die verwendete Einheit heißt Sverdrup (Sv). 1 Sverdrup ist definiert als 1 Millionen Kubikmeter pro Sekunde 1Sv = 106m3s-1. Zur Vorstellung hier mal einige geschätzte Zahlen:

Wassereintrag durch Flüsse weltweit ~ 9 Sv
Verdunstung weltweit ~ 140 Sv
Eintrag durch Niederschlag weltweit ~ 131 Sv
Golfstrom ~ 150 Sv
Ausfluss aus dem Mittelmeer ~ 1-3 Sv
Eintrag aller Flüsse in den Atlantik ~ 0.6 Sv
Eintrag des Amazonas ~ 0.2 Sv
Eintrag des Missisippi ~ 0.02 Sv

Residenzzeit

Die Residenzzeit einer Substanz im Ozean ist seine Menge, geteilt durch den Stoff-Fluss in das System hinein heraus. Es gibt also die mittlere Verweildauer eines Quantums einer bestimmten Substanz im Ozean an und ist damit ein Mass für seine Reaktivität (chemisch oder biogen): hochreaktive Substanzen werden schnell aus dem System entfernt, haben daher eine kurze Residenzzeit und anders herum. R=C/A

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