Maritime Meteorologie
Die Rolle des Ozeans im Klimasystem

Die Oberfl�che der Erde wird zu 71% vom Ozean eingenommen: Die Erde ist also ein Wasserplanet. Im Klimasystem kommt schon daher dem Ozean eine entscheidende Rolle zu. Im Tages- und Jahresgang der Temperaturen besitzt der Ozean eine ausgleichende Wirkung. Das Klima von Orten in Meeresn�he ist im Sommer k�hler und im Winter w�rmer als das von Orten derselben Breite im Landesinnern (maritimes und kontinentales Klima). In der Klimageschichte haben die Ozeane aber umgekehrt auch eine Verst�rkung von Temperatur�nderungen bewirkt. So wird der pl�tzliche Temperaturabfall und -wiederanstieg am Ende der letzten Eiszeit (in der J�ngeren Dryas-Zeit) auf drastische Ver�nderungen in der ozeanischen Zirkulation zur�ckgef�hrt.

Worin ist die besondere Rolle des Ozeans begr�ndet? Physikalisch grundlegend ist der asymmetrische Aufbau des Wassermolek�ls, der die Ursache f�r die eigenartigen Volumen�nderungen des Wassers bei �nderungen der Temperatur zur Folge hat. Bei einer Abk�hlung bis auf +4�C bilden die Molek�le von S��wasser immer dichtere "Packungen", wodurch das Volumen ab- und die Dichte des Mediums Wasser zunimmt. Bei fortgesetzter Abk�hlung wird nun aber die Dichte des Wassers wieder verringert. Beim Gefrieren nimmt die Dichte sogar sprunhaft um 9% ab, da die Molek�le einen Kristallgitterverband eingehen. Die Folge ist, da� bei einer Temperatur unter dem Dichte-Maximum von +4�C k�lteres (S��-)Wasser �ber w�rmerem liegt und Eis, das erheblich leichter als Wasser ist, auf dem Wasser schwimmt.

Bei Temperaturen �ber dem Dichte-Maximum verh�lt sich Wasser allerdings "normal". In den Ozeanen der niederen und mittleren Breiten treibt daher eine w�rmere Deckschicht �ber k�lterem Tiefenwasser. Bei einer Klima�nderung reagieren Deckschicht und Tiefenwasser wie zwei verschiedene Medien auf v�llig unterschiedlichen Zeitskalen. Das Oberfl�chenwasser steht in unmittelbarem Austausch mit der Atmosph�re und nimmt Temperaturver�nderungen der Atmosph�re in zeitlicher Verz�gerung auf. Bei einer Abk�hlung der Atmosph�re kann es eine h�here Dichte als das Tiefenwasser erreichen und absinken und durch w�rmeres Wasser von unten ersetzt werden. In diesem Fall wird das Tiefenwasser in die Klima�nderung miteinbezogen. Die beteiligten Austauschprozesse dauern in der Regel sehr lange, wodurch eine klimatische Abk�hlung stark ged�mpft wird. Allerdings kann eine Eis-Albedo-R�ckkopplung den Abk�hlungsproze� auch beschleunigen. Dabei reflektiert eine wachsende Eisschicht zunehmend die Sonnenstrahlung, was zu einer verst�rkten Abk�hlung und damit zu einem weiteren Anwachsen der Eisschicht f�hrt usw.. Eine ganz andere Rolle spielt der Ozean bei einer extern angetriebenen Erw�rmung. In diesem Fall wird nur die Deckschicht einbezogen, die das Tiefenwasser vor der Temperaturver�nderung abschirmt, wodurch die klimatische Ver�nderung viel schw�cher durch den Ozean ged�mpft wird.

Neben dem asymmetrischen Molek�laufbau weist Wasser noch eine weitere Besonderheit auf: Es ist ein extrem gutes L�sungsmittel. Der Salzgehalt der Weltmeere betr�gt im Mittel 34,7o/oo. Durch den Salzgehalt werden nun aber die Dichteeigenschaften des Wassers deutlich ver�ndert. Im Ozean liegt das Dichtemaximum nicht bei +4�C, sondern (theoretisch) unter dem Gefrierpunkt, der aufgrund des Salzgehaltes nicht bei 0�C, sondern bei -1,9�C liegt. Das Dichtemaximum wird also vor dem Gefrieren nicht erreicht. D.h. da� das Oberfl�chenwasser bei Abk�hlung bis zum Gefrierpunkt st�ndig absinkt und durch w�rmeres Tiefenwasser ersetzt wird. Diese bis zur Temperatur des Dichtemaximums ablaufende thermische Konvektion von Meerwasser bedingt, da� zur Eisbildung eine viel st�rkere W�rmeabgabe an die Atmosph�re n�tig ist als bei S��wasser. Nicht nur der durch den Salzgehalt bedingte niedrige Gefrierpunkt, sondern auch die thermische Konvektion bietet also einen Schutz vor dem Gefrieren.

Ein wichtiger Klimafaktor sind au�erdem die Str�mungssysteme der Weltmeere, die entscheidend zum Ausgleich des Strahlungsgegensatzes zwischen h�heren und niederen Breiten durch die Sonneneinstrahlung beitragen. Die Oberfl�chenstr�mungen der Meere werden durch die gro�en Windsysteme angetrieben. Wo sich windgetriebenes Wasser an den K�sten staut (z.B. in der Passatregion vor den Ostk�sten der Kontinente), kommt es zu einer Anhebung des Meeresspiegels und zu Niveau-Ausgleichs-Str�mungen. Wird durch Wind Oberfl�chenwasser von der K�ste weggetrieben (z.B. vor der K�ste Perus durch den vom SO-Passat nach Westen getriebenen Humboldt-Strom), wird es durch Auftriebswasser aus der Tiefe ersetzt.

Die direkt windgetriebenen Str�mungen tragen allerdings wenig zum Energie-Ausgleich zwischen niederen und h�heren Breiten bei, da sie im wesentlichen breitenparallel verlaufen: die O-W-gerichteten �quatorialstr�me und die W-O verlaufenden Str�mungen um die Antarktis. Nur die Niveau-Ausgleichs-Str�me reihen sich z.T. in jenes weltweite Str�mungssystem ein, da� entscheidend am globalen Energieausgleich beteiligt ist: in die thermohaline Zirkulation der Weltmeere, das durch Dichteunterschiede angetriebene "gro�e marine F�rderband".
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