3. 'Maschinenräume' der oberen Breitengrade

Zwei Meere

Zwischen dem Oberflächenmeer - der vom Wind beeinflussten Schicht des Ozeans - und der Atmosphäre findet ununterbrochen ein Austausch statt. Innerhalb weniger Tage bis zu mehreren Jahren fließen zwischen den beiden Wärme, Feuchtigkeit und Gase wie Sauerstoff und Kohlendioxid hin und her.

Vertikaler Aufbau des Wassers im Atlantik. NADW: North Atlantic Deep Water (Nordatlantisches Tiefenwasser). AABW: Antarctic Bottom Water (Antarktisches Bodenwasser). Quelle: NOC

Vertikaler Aufbau des Wassers im Atlantik.

Das Oberflächenwasser ist nur einige hundert Meter tief. Darunter liegt die Tiefsee, deren Wasser sehr kalt und sehr schwer ist. Dies verhindert, dass Tiefenwasser nach oben steigt und dass Oberflächenwasser, welches wärmer und leichter ist, nach unten sinkt.

Zwischen dem Oberflächenwasser und der Tiefsee liegt die Thermokline, eine Wasserschicht ab etwa 1000 m Tiefe, deren Temperatur mit zunehmender Tiefe rapide abnimmt.

Die Thermokline funktioniert wie ein Deckel auf der Tiefsee, der verhindert, dass Kälte, CO₂ und nährstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche steigt.

Entstehung des Tiefenwassers

Wasser in der Tiefsee ist sehr kalt und sehr schwer. Um es zu ersetzen, muss das Oberflächenwasser seinen Salzgehalt und seine Temperatur dem Tiefenwasser angleichen.

1. Betrachten Sie den vertikalen Aufbau des Atlantik (oben). In welchen Breiten entsteht Tiefenwasser?
2. Wie hängt dies mit der Thermokline zusammen?
3. Auf den SST-Karten kennzeichen Sternchen die Regionen, in denen Tiefenwasser entsteht (rechts). Was sind typische Oberlächentemperaturen in diesen Gebieten? Wie kann man mit dieser Information die Tiefenlage des NADW und AABW im Atlantik erklären?

Absinken im Nordatlantik

Schematische Darstellung des Nordatlantischen Förderbands.
In der oberen Schicht des Ozeans fließz Warmwasser von den Tropen nach Norden in den Golfstrom (1). Dieses Wasser bewegt sich durch den Atlantik in Richtung Europa in einer langsamen, breiten Strömung, bekannt als Nordatlantikdrift (2). Bei Westafrika kehrt ein Teil dieses Wassers als Kanarenstrom (3) in den Süden zurück, während ein anderer Teil weiter nach Norden fließt und Wärme an die Atmosphäre verliert. Im Nordmeer ist das Wasser dann kalt genug um abzusinken (4). Dieses kalte, schwere Wasser bildet das Nordatlantische Tiefenwasser (North Atlantic Deep Water NADW), das in 3000 bis 5000 m Tiefe nach Süden zurück fließt. Ein anderer Zweig des Goldfstroms macht eine Kehrtwendung nach Westen in die Labradorsee, wo es auch abkühlt und sinkt (6), um dann zurück vom Nordmeer im Süden wieder aufzusteigen (7).
Quelle:NOC

Schematische Darstellung des Nord- atlantischen Förderbands.

Wenn das warme Oberflächen- wasser des Golfstroms den Atlantik überquert, kehrt ein Großteil davon auf dem 40°N in den Süden zurück. Der Rest fließt jedoch weiter Richtung Nordwest (siehe Abbildung).

Ein Teil des Wassers im nördlichen Zweig umkreist den Subpolarwirbel, fließt in die Labradorsee ein, und sinkt dort ab.

Der östliche Zweig fließt weiter an Schottland vorbei bis ins Nordische Meer - das Ozean zwischen Grönland, Island und Norwegen - und beginnt dort abzusinken. Erst in der Tiefe kehrt das kalte, dichte North Atlantic Deep Water (NADW) zurück in den Süden.

Ein SST-Modell für den Nordatlantik. Quelle: NOC/OCCAM/A.Coward.

Ein SST-Modell für den Nordatlantik.

Wärme für die Arktis

Der verbleibende Rest des warmen, salzigen Wassers des Golfstroms fließt weiter Richtung Arktis. In der Barentssee sorgt es für eisfreie Bedingungen im russischen Hafen Murmansk.

Ein weiterer Zweig fließt an Svalbard vorbei ins Arktische Meer und bildet den Westspitsbergen. Im Herbst und Frühwinter kann man das sub-tropische Wasser dieser Strömung wegen seiner hohen Temperatur und Salzgehalt auf dem Gebiet um den 80°N Breitengrad leicht erkennen.

Oberflächentemperatur und -strömungen im Nordatlantik (Januar).
Sternchen kennzeichnen die Regionen, wo Tiefenwasser entsteht. Quelle:NOC.
 

Satellitenaufnahme von Oberflächentemperaturen und -strömungen. Sternchen kennzeichnen die Regionen, wo Tiefenwasser entsteht. Quelle: NOC

Absinken im Südlichen Ozean

Ein Mosaik der Antarktis, April-Mai 2004 (südlicher Frühling). Pfeile kennzeichnen die Regionen, wo Tiefenwasser entsteht. Quelle: ESA.

Ein Mosaik der Antarktis, April-Mai 2004 (südlicher Frühling).

In den eiskalten Temperaturen der Antarktis entsteht aus Ober-flächenwasser, sobald es anfängt zu frieren, kaltes, schweres Wasser.

Da Eis kaum Salz enthält, hinterlässt es beim Zufrieren eine salzige, kalte Lauge. Diese Lauge sinkt ab und vermischt sich auf seinem Weg nach unten mit dem etwas wärmerem Wasser aus der unmittelbaren Umgebung. Diese Mischung bildet das Antarctic Bottom Water (AABW). Es fließt in nördliche Richtung in der Tiefe durch alle großen Weltmeere.

Das AABW ist durch seinen hohen Salzgehalt und niedrigen Temperaturen (weniger als 0°C) leicht zu erkennen.

Auftriebsgebiet an der südafrikanischen Küste. Quelle: NOC anhand von OSTIA-Daten.
 
 

Auftriebsgebiet an der Küste von Südafrika.

Zurück an die Oberfläche

Tiefenwasser wird aufwärts gemischt: in Regionen, wo Ström-ungen sich entlang des Äquators verzweigen; wo mehrere Ström-ungen zusammenkommen oder dicht nebeneinander fließen; sowie an Stellen, wo Unterwasser-erhebungen die Strömung unter-brechen oder ablenken.

Die endgültige Rückkehr an die Oberfläche findet in Auftriebsgebieten statt, an Stellen, wo eine Strömung sich verzweigt, und im Südlichen Ozean, wo die Thermokline zusammengebrochen ist.