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

Thermohaline Zirkulation

Autor: Dr. David Voelker

Neben dem Wind wirken als zweite Ursache von Meeresströmungen und Hauptursache für die tiefe Umwälzung der Ozeane Dichteunterschiede des Meerwassers. Geringe laterale Dichteunterschiede erzeugen Druckgradienten, die groß genug sind, eine Wasserbewegung zu erzeugen. Die Ursachen für die Dichteunterschiede sind klimatischer Natur (Dichteaufprägung durch Verdunstung, Abkühlung, Erwärmung, Niederschlag). Da diese Dichteunterschiede durch Variationen der Temperatur und Salinität bedingt sind, werden diese Strömungsmuster auch thermohalin genannt. Sie wirken als Ausgleich dieser Druckunterschiede und stehen damit in einem Gleichgewicht mit den Ursachen dieser Dichtedifferenzen.

Thermohaline Strömungen sind im Vergleich zu windgesteuerten Strömungen langsam, aber nicht nur auf den obersten Bereich der Wassersäule beschränkt. Sie erfassen die gesamte Wassersäule und bewirken eine globale Umwälzung der Wassermassen (siehe Tiefenwasserzirkulation). Unter bestimmten Bedingungen (in wenigen Regionen der Erde) kann Oberflächenwasser bis in große Tiefen absinken, was die Grundlage für eine Sauerstoffversorgung der tiefen Ozeanbecken schafft (siehe auch: global conveyor belt).

Damit eine tiefe Durchmischung der Ozeane erfolgen kann, muß Oberflächenwasser bis auf den Meeresgrund absinken ("downwelling"). Dem steht in der Regel und fast überall auf der Welt die stabile Dichteschichtung des Wasserkörpers aufgrund der oberflächlichen Erwärmung der Ozeane entgegen. Temperaturprofile aus mittleren und niedrigen Breiten zeigen sehr deutlich einen oberen durchmischten Wasserkörper, der durch einen Übergangsbereich vom kalten Wasser mittlerer und großer Tiefen getrennt ist. Der Übergangsbereich (Thermokline) ist durch einen starken Gradienten in der Temperatur gekennzeichnet. In mittleren Breiten baut sich im Sommer außerdem eine Warmwasserlinse auf, die während des Winters wieder abgetragen wird (erkennbar an der jahreszeitlichen Thermokline)

Temperaturprofile

Typische Temperatur-Tiefenprofile über den Wasserkörper in verschiedenen klimatischen Zonen. Abbild aus Tomczak & Godfrey. Regional Oceanography: an Introduction

Damit Oberflächenwasser absinken kann, muß die Dichte erhöht werden. Die beiden Möglichkeiten dafür sind Erhöhung des Salzgehalts und Erniedrigung der Temperatur. Eine Aufsalzung durch Verdunstung geschieht in Konzentrationsbecken wie dem Mittelmeer. Die damit einhergehende Erwärmung wirkt der Bildung von sehr dichten Wassermassen allerdings entgegen. Die Abkühlung von Oberflächenwasser in hohen Breiten allein reicht auch nicht für die Bildung von Tiefenwasser: Wie die obige Abbildung zeigt, ist jedoch die Thermokline in hohen Breiten sehr viel schwächer ausgeprägt, die Schichtung des Wasserkörpers ist weniger stabil als in mittleren und niedrigen Breiten. In hohen Breiten kann eine Aufsalzung und damit Bildung von schwerem Wasser durch Ausfrieren von Meereis erfolgen. Meereis entmischt sich langsam zu Süßwasser, so daß dem Meer an der Oberfläche Süßwasser entzogen wird. Gleichzeitig wird die Dichte durch Abkühlung erhöht - in einer Region in der die Thermokline sowieso schwach ausgebildet ist. Die dichtesten Wassermasssen, welche die tiefen Becken aller Ozeane füllen, werden daher in hohen Breiten (Labradorsee, Grönlandsee, um die Antarktis, besonders Weddellsee) erzeugt (siehe auch AABW und NADW).