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Zirkulationssystem der Ozeane

 
     
  nur etwa 10% der Wasserbewegung in den Ozeanen der Erde gehen auf Wind und Wellen zurück; rund 90% basieren auf der termohalinen Zirkulation der tieferen Wasserkörper. Zunehmender Salzgehalt und sinkende Temperatur bewirken eine Zunahme der Dichte des Meerwassers. Die Dichte der in den Polgebieten abgekühlten Oberflächenwässer ist grösser als jene der wärmeren Wässer in gemässigten und tropischen Breiten, und dadurch können sich die kalten, salzreichen Oberflächenwässer aus der Norwegisch/Grönländischen See und aus dem Antarktischen Zirkumpolarstrom unter die leichteren (weniger dichten) Wassermassen der gemässigten und tropischen Breiten schichten (downwelling). Treffen verschiedene Wasserkörper aufeinander, schichten sie sich entsprechend ihrer Dichte ein. So findet sich im zentralen Ostatlantik eine warme Oberflächenwassermasse, darunter das kühlere intermediäre Wasser, darunter das salzreichere Ausstromwasser aus dem Mittelmeer, darunter das Nordatlantische Tiefenwasser und schliesslich das antarktische Bodenwasser. Entsprechend den unterschiedlichen Dichteverhältnissen (Druckgradienten) kann dabei die Bewegungsrichtung lokal variieren. Global summieren sich diese Tiefenströmungen zu einem geschlossenen Zirkulationssystem (Abb.), in dem die Tiefenwassermassen Jahrhunderte von der Meeresoberfläche abgeschlossen bleiben können. Beginnend in den Tiefenwasserbildungszentren im Nordatlantik bewegt sich der Tiefenwasserstrom nach Süden, vereinigt sich mit dem antarktischen Tiefenwasser und fliesst nach Osten. Ein Teilstrom dringt in den Indischen Ozean und treibt dort wieder durch Aufwärtsströmungen auf (upwelling). Der Hauptstrom fliesst weiter nach Osten, biegt um den australischen Kontinent in den nördlichen Pazifik und treibt dort wieder auf. Als Oberflächenstrom fliessen die Wassermassen durch die philippinisch/indonesischen Inselketten in den indischen Ozean und weiter um Afrika zurück in den Nordatlantik.


Wärmetransporte durch Wasser sind viel effektiver als durch Luft; grossräumige oberflächennahe Strömungen können dadurch drastisch auf die Klimaverteilung Einfluss nehmen. So wird Südgrönland durch den arktischen Ausstrom (Grönlandstrom) abgekühlt, während auf gleicher nördlicher Breite die Norwegische Küste über den Golfstrom (Norwegenstrom) starke Wärmeimporte verzeichnet. Durch die Corioliskraft (beruht auf der Rotationsbewegung der Erde nach Osten) drehen die Zirkulationsmuster auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn, auf der Südhalbkugel entgegengesetzt. In Äquatornähe werden im Scherbereiche der gegenläufigen Bewegungen Wassermassen aus grösserer Tiefe aufgetrieben (äquatorialer Auftrieb). Ebenso können Scherbewegungen durch ablandige Winde in Küstennähe Auftrieb bewirken (küstennaher Auftrieb). Da in den tieferen Wassermassen Nährstoffe angereichert sind, führt dieser Auftrieb zu erhöhter Primärproduktion.


Klimaänderungen wirken sich drastisch auf die Struktur und Intensität aller Zirkulationsmuster aus. Durch Messung der von Temperatur und Salzgehalt abhängigen Sauerstoffisotope in fossilem Skelettmaterial lassen sich erdgeschichtliche Eigenschaften der Wassermassen rekonstruieren (Isotopenfraktionierung). Dabei muss einer der Parameter (Salzgehalt oder Temperatur) als bekannt vorausgesetzt werden, da die isotopischen Werte des Sauerstoffes das Dichtefeld des Meerwassers schräg durchlaufen. Die Verweilzeiten der Tiefenwässer wird durch Kohlenstoffisotope (13C/12C, 14C) skaliert.

Zirkulationssystem der OzeaneZirkulationssysteme der Ozeane: Modell der globalen Zirkulation der marinen Tiefen- und Oberflächenwässer. Die thermohaline Zirkulation verbindet die Tiefenwasserbildung in polaren Breiten mit dem Auftrieb im Pazifik.
 
 

 

 

 
 
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