Meeresströmungen

1. Einleitung
2. Ermittlung von Daten
3. Golf- und Nordatlantikstrom

            3.1 Antrieb von Meeresströmungen

            3.2 Nordatlantikoszillation

4. Veränderung der Golfstromzirkulation durch den Klimawandel

            4.1 Wasserchemie/ Stoffliche Zusammensetzung

            4.2 Veränderung der Fischfauna

5. Veränderung des Klimas in Europa als Folge
6. Fazit

Literatur- und Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

Das Thema Meeresströmungen findet sich in der Themenkategorie der „Physischen Geographie der Erde und globale Unterschiede“ wieder. Da die Meeresströmungen vielfach vom Klimasystem und deren beeinflussenden Merkmalen abhängig ist und auch die verschiedenen Strömungen global unterschiedlich sein können, ist es mit den anderen Themen gut miteinander verknüpft. Meeresströmungen sind weltweit in den Ozeanen und Meeren vorkommende über große Flächen und Tiefen strukturierte Wasserbewegungen, die sich durch horizontalen und vertikalen Wassertransport auszeichnen. Dazu wird Nahrung für Meeresbewohner, Wärme und andere mit dem Wasser transportierende Stoffe mit sich geführt (Helmholtz-Zentrum 2020). Diese Strömungen zerfallen im Laufe der Zirkulation in kleinere Neben- und Teilströme, diese können nochmals in die kleineren Ozeanwirbel klassifiziert werden. Meeresströmungen beeinflussen das Wettergeschehen und sind gleichzeitig vom Klimaverhalten bzw. der Klimaausprägung abhängig, sowie von der Coriolis- und Schwerkraft (SMHI 2011: 4). Da diese Strömungen Zirkulationen sind ist es ein wiederkehrendes und ständig auftretendes Ereignis. Durch die verschiedenen Klimazonen, die eine Meeresströmung durchläuft ändern sich daher die physischen und chemischen Gegebenheiten des transportierenden Wassers.

2. Ermittlung von Daten

Die Ermittlung von Meeresströmungen und der dazugehörigen Daten wie Wassertemperatur, Geschwindigkeit und Salzgehalt sind durch Messsonden im Wasser und durch Satellitenaufnahmen aus dem All zu messen. Um Proxydaten aus der Vergangenheit zu bekommen werden Sedimentproben vom Meeresboden, Skelettteile von abgestorbenen Organismen oder Tiere genommen. Daraus können ehemalige Salz- und Sauerstoffgehalte, Wassertemperaturen und Nährstoffverbrauch gelesen werden (DKK 2017: 10). Die ARGO-Float ist eine Art Boje welche Messgeräte an Bord hat die unter Wasser die Temperatur, den Salzgehgalt und die Tiefe misst. Zudem sendet die Boje beim Wiederauftauchen die im Meer getriebene Strecke an einen Satelliten. Mithilfe von Drucksensoren können Meeresströmungen durch die über ihr bewegte Masse bestimmt werden. Des Weiteren kann mittels des Drucks auch der Wasserstand berechnet werden. Die Satelliten ENVISAT und Jason messen das Meeresniveau sowie die Strecke und Richtung einer Strömung. Dies können die Satelliten durch einen Radar-Altimeter der die reflektierten Pulse nach dem aussenden wieder aufnimmt. Um Daten aus Tieferen Schichten zu bekommen und auch Ozeanwirbel gezielter messen zu können werden verankerte Bojen eingesetzt. Diese messen entlang des Verankerungsdraht die Strömung und Richtung. Den Salzgehalt und die Temperatur damit zu messen ist ebenfalls möglich (SEOS o. J.). Solche in der Tiefe verankerte Bojen werden teilweise mit Leuchttürmen oder oberflächennahen Bojen verkabelt. Von dort aus werden die Daten über das Mobilfunknetz oder per Satelliten an die Zuständigen weitergeleitet (SMHI 2011: 3).  Ein weiteres Messinstrument um Daten aus dem Ozean oder anderen Gewässern zu gewinnen ist der Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmesser (SMHI 2011). In der Abbildung 1 sind die gemessenen Wassertemperaturen vom Golfstrom an der Ostküste der USA bis zum Nordatlantikstrom im Europäischen Nordmeer zu sehen, sowie die kalte Strömung in der Labradorsee.

3. Golf- und Nordatlantikstrom

Der Golfstrom ist eine im Golf von Mexiko entstehende warme Meeresströmung, welche entlang der Südostküste der USA über den Atlantik nach Westen in den Nordatlantik treibt. Der Golfstrom hat eine maximale Breite von ca. 100 km bei Florida, eine Strömungsgeschwindigkeit von 6 – 10 km/h und treibt nach Florida bis zu 150 Millionen m³/s durch den Atlantik (DKK 2017: 6; Helmholtz-Zentrum 2020; DWD o. J.). Der Golfstrom teilt sich auf der Höhe Neufundlands in zwei Randströme auf, eine Strömung fließt in den Norden und wird dort zum Nordatlantikstrom, welcher die warme Strömung und damit die milden Temperaturen nach Europa bringt, dieser Strom wird im umgangssprachlichen fälschlicherweise auch noch als Golfstrom bezeichnet (SMHI 2011: 8; BMU 2013). Die andere Randströmung treibt in Richtung der Kanaren. Der Nordatlantikstrom hat im Europäischen Nordmeer noch eine Leistung von rund 32 Sverdrup (Sv), wobei 1 Sv 1 Mio. m³/s entsprechen (DKK 2017: 6).

3.1 Antrieb von Meeresströmungen

Dass die Meeresströmungen wiederkehrende, also zirkulierende Ereignisse sind liegt u.a. daran, dass diese vom Wind bzw. den speziellen Windfeldern auf der Erde bedingt sind (BMU 2013; ESKP 2020; SMHI 2011: 4). Die Westwinddrift in den mittleren Breiten treibt die Meeresströmungen Kuroshio im Nordpazifik, den Golfstrom im Nordatlantik und den Ostaustral – Strom im Südpazifik an. Damit es zur Zirkulation kommt muss von Osten ein vorherrschender Wind wehen, dieser Wind herrscht in den niederen Breiten bei 15° nördlicher- und südlicher Breite und wird auch als Passatwind bezeichnet (Helmholtz-Zentrum 2020).

Neben den Winden ist der Dichteunterschied des Wassers von besonderer Bedeutung für den Antrieb. Der Ablauf ist wie folgt: Nachdem das Wasser in das Europäische Nordmeer geflossen ist, findet aufgrund des Dichteunterschieds zwischen den Wassermassen eine Umwälzbewegung/Umwälzzirkulation statt. Das nun dichtere, kältere Wasser fließt nun in tieferen Schichten Richtung Äquator. Der Dichteunterschied kann von der Temperatur bedingt sein, da kälteres Wasser eine höhere Dichte hat als wärmeres, aufgrund dessen sinkt es in tiefere Schichten und fließt zwischen Island und Grönland gen Süden (Helmholtz-Zentrum 2020). Ein Dichteunterschied kann auch durch die Verdunstung hervorgerufen werden, da durch das Verdunsten salzreicheres Wasser zurückbleibt und daher schwerer ist als das nachrückende Wasser. Solch eine Zirkulation wird auch thermohaline Zirkulation genannt, da der Unterschied des Temperatur- und Salzgehalts der Antrieb ist (BMU 2013; DKK 2017: 6 ff.). Besonders wichtig für die Umwälzzirkulation ist das Gebiet in der Labradorsee.   

3.2 Nordatlantikoszillation

Die Nordatlantikoszillation – kurz ausgeschrieben NAO – besteht aus zwei Luftdruckgebieten, eines über den Azoren (Azorenhoch) und ein zweites über Island (Islandtief). Die Nordatlantikoszillation kann in den Indizes negativ und positiv kategorisiert werden. Dabei steht eine positive NAO für starke Westwinde in den mittleren Breiten und verstärkte Passatwinde in den Tropen. Eine negative NAO zeichnet sich durch schwächere Westwinde und mäßig wehende Passatwinde aus. Die Differenz der Luftdruckunterschiede über den Azoren und Island gibt an ob es sich um eine positive oder negative NAO handelt. Die NAO ist ganzjährlich zu beobachten, weist aber die stärksten Druckunterschiede zwischen den beiden Druckzentren meistens im Winter auf und ist in den letzten Jahren mehrfach positiv ausgefallen (GEOMAR 2020). Wie in Abbildung Nr. 3 zu erkennen ist, waren die Werte der NAO seit Mitte der 1980er Jahre bis mindestens Ende der 1990er Jahre im positiven Bereich. Eine positive NAO hat regenreiche und milde Winter in Skandinavien und trockene in Südeuropa zur Folge. Eine negative NAO dagegen führt zu trockenen und kalten Wintern in Skandinavien und regenreichen im Süden Europas (DWD o. J.; GEOMAR 2020). Da die Luftdruckunterschiede zwischen dem Islandtief und dem Azorenhoch für die Stärke der Winde über dem Atlantik verantwortlich sind, hängt die Wärmeabgabe aus dem vom Nordatlantikstrom mitgeführtem Wasser auch von der Windstärke ab. 

4. Veränderung der Golfstromzirkulation durch den Klimawandel

Der Klimawandel oder ein Klimawandel kann die Zirkulation des Golfstroms und die damit zusammenhängenden Randströme in ihrer Ausprägung beeinflussen. Dabei ist es wichtig zu wissen, dass der anthropogene sowie der natürliche Klimawandel die Zirkulationsbewegung beeinflussen kann. Natürliche Klimaveränderungen können durch veränderte Erdbahnparameter hervorgerufen werden. Eine Veränderung eines Erdbahnparameters könnte die Strahlungsintensitäten auf der Erde verändern, wodurch sich u. a. Verdunstungsraten global verändern könnten. Eine Abschwächung des Systems kommt dadurch zustande, dass im Europäischen Nordmeer Süßwasser von den abgeschmolzenen Eismassen von den Polen das schwere, salzhaltige, kalte Wasser verdünnen und es dadurch nur noch einen geringen Schwereunterschied gibt, sodass es nicht zu einem vertikalen Absinken der Wassermassen kommt. Vor allem im Europäischen Nordmeer, wo der Unterschied von kalten zum warmen Wasser hoch ist, kommt es hier durch eine ansteigende Wassertemperatur zu einer Homogenisierung der Temperatur und damit zu keinem Dichteunterschied (BMU 2013). Als Folge dessen verringert sich die Fließgeschwindigkeit um Island und Grönland. Durch die ca. 15%ige Abschwächung der Strömung, ist nun die Folge, dass es in den letzten Jahren dort kälter geworden ist (PIK 2018). Außerdem kann es in besonders warmen Regionen zu einer zu hohen Verdunstung kommen, sodass der Salzgehalt ansteigt, das Wasser schwerer wird und vorzeitig absinkt. Das hat wiederum zur Folge, dass ein geringerer Teil des Stroms ankommt (BMU 2013). 

4.1 Veränderung der Wasserchemie und stofflichen Zusammensetzung

Eine Veränderung der stofflichen Zusammensetzung bzw. der Wasserchemie kann sich dann einstellen, wenn die Umwälzzirkulation im Nordatlantik bei bzw. in der Labradorsee sich abschwächt. Durch eine Abschwächung, wie sie schon nachweisbar, allerdings noch im Rahmen der natürlichen Schwankung vorhanden ist, wird weniger Kohlenstoffdioxid im Meerwasser gebunden, was zu einer höheren Menge in der Atmosphäre führt (DKK 2017: 15). Die Sauerstoffkonzentration würde nicht nur im Nordatlantik zurückgehen, sondern auch im Südatlantik und daran angebundene Strömungssysteme. Denn durch eine schwächer werdende Umwälzzirkulation, wird auch der Sauerstoff nicht in tiefere Schichten verlagert (DKK 2017: 20).

4.2 Veränderung der Fischfauna

Eine besondere Abhängigkeit von dem Golfstrom ist bei dem Europäischen Flussaal zu beobachten. Diese Fischart laicht in der Saragossa – See, die östlich der Bermuda – Inseln im Atlantik liegt. Von dort aus nutzen die Jungfische die Strömung des Golfstroms um nach Europa zu kommen. Eine Verlangsamung würde hierbei auch die Aale treffen, die dann durch eine Geschwindigkeitsdrosselung der Strömung längere Zeit im Atlantik verbringen müssen bis sie in die Flüsse Europas gelangen (Helmholtz-Zentrum 2020). Vor allem für die Jungfische wäre dies ein Problem, da sie so einen längeren Zeitraum ihren Fressfeinden ausgesetzt sind. Sollte der Fall eintreten, dass es weniger jungfische in die Europäischen Gewässer schaffen, würde der Artbestand weiter zurückgehen. Der Europäische Aal steht in Deutschland auf der roten Liste der gefährdeten Arten. Damit es zu einem besseren Artbestand kommt, wurde von der EU ein Maßnahmenprogramm eingeführt in dem die gefangenen Jungaale/ Glasaale zur Zucht in Binnengewässern ausgesetzt werden sollen (NABU 2008). Im Zuge einer weiter abschwächenden Umwälzzirkulation würden auch andere Fischarten Probleme mit der Nahrungsversorgung oder der Temperatur bekommen, dies würde sich Ökonomisch auf die Fischereiwirtschaft auswirken die mit geringeren Erträgen zurechtkommen müsste (DKK 2017: 20.  

5. Weitere Folgen einer Zirkulationsabschwächung

Die möglichen Folgen und Szenarien die sich ergeben können sind nur schwer und mit Computermodellen und -simulatoren abzuschätzen. Durch eine schwächere Umwälzzirkulation würde es zu einem Meeresspiegelanstieg im Nordatlantik kommen. Da das Wasser keine normalwertigen Dichteunterschiede mehr aufweist, kann es nicht in tiefere Schichten verlagert werden und durch den nachrückenden Strom beginnt sich das Wasser zu stauen (DKK 2017: 10). An der Ostküste der USA hingegen steigt der Meeresspiegel, da sich das Wasser aufgrund der Erwärmung ausdehnt und somit mehr Fläche einnimmt (Ceasar et al. 2018). Aufgrund der Beziehung von Luftdruckgebieten mit den Wasseroberflächentemperaturen wird das Wettergeschehen in Europa beeinflusst. Ein Tiefdruckgebiet im Nordatlantik wirkt wie ein Magnet für ein Hochdruckgebiet aus dem Süden Europas und sorgt somit für extrem trockene und heiße Sommer (Ceasar et al. 2018). Eine Verschiebung des Golfstroms nach Norden an der US-Küste, würde durch die abgebende Wärme an die Atmosphäre den Luftdruck beeinflussen, was folglich zu einer anderen Laufbahn von Stürmen führt (Ceasar et al. 2018). Daher ist es wahrscheinlich, dass sich in Europa, die Anzahl und die Intensität der Stürme häufen werden.

6. Fazit

Ob sich das Wetter langfristig in Europa durch eine veränderte Zirkulation des Golf- und Nordatlantikstroms einstellen wird ist noch unklar. Aufgrund der bisherigen Datenlage lassen sich daher noch keine sicher eintreffenden Szenarien vorhersagen. Allerdings lässt sich sagen, dass mit einer ansteigenden Globaltemperatur der Kreislauf von Meeresströmungen Veränderungen unterliegen wird. Zudem gilt als sicher, dass sich zumindest in kurzfristiger Zeit extreme Sommer und Stürme häufen werden. Weiterhin zu Erforschen gilt es ob veränderte Meeresströmungen sich mittel und/oder langfristig bemerkbar machen; wenn sich Wettergeschehnisse ändern ob diese langfristig anzusehen sind; wie schnell sich die Fixierung der Erderwärmung auf 1,5°C auf die Ozeane auswirkt und wie sich eine langfristige Klimaänderung in Europa im Globalen Klima System verhält.                                

Literatur- und Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Wasseroberflächentemperatur an der US-Ostküste und im Nordatlantik    

Abbildung 2: Meeresströmungen und vorherrschende Winde                                           

Abbildung 3: NAO – Index                                                                                                

 

BMU (Hg.) (2013): Fragen. https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/kippt-der-golfstrom-kommt-es-daher-in-europa-zu [24.11.2020].

DKK (Hg.) (2017): Zukunft der Golfstromzirkulation. Fakten und Hintergründe aus der Forschung. Berlin.

Caesar, L. et al. (2018): Observed fingerprint of a weakening Atlantic Ocean overturning circulation. In: Nature 556: 191 – 196.

DWD (Hg.) (o. J.): Wetterlexikon. Golfstrom. https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?lv2=100932&lv3=101056. [29.11.2020]

DWD (Hg.) (o. J.):  NAO/ NAO Index. https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/begriffe/N/NAO_pdf.pdf?__blob=publicationFile&v=3. [04.01.2021]

Geomar (Hg.) (2020): Die Nordatlantische Oszillation und ihr Einfluss auf das Klima in Europa. Meeresströmungen und ihre Rolle im Klimawandel.  https://www.geomar.de/entdecken/artikel/die-nordatlantische-oszillation-und-ihr-einfluss-auf-das-klima-in-europa [07.12.2020].

Helmholtz-Zentrum Potsdam (Hg.) (2020): Meeresströmung. https://www.eskp.de/klimawandel/forschungsthema-meeresstroemung-935500/. [07.12.2020]

Helmholtz-Zentrum Potsdam (Hg.) (2020): Nordatlantik beeinflusst Klima in Deutschland. https://www.eskp.de/klimawandel/nordatlantik-beeinflusst-klima-in-deutschland-935558/. [07.12.2020]

NABU (Hg.) (2008): Von den Bahamas bis zum Rhein. Der Europäische Aal ist ,,Fisch des Jahres 2009´´. https://www.nabu.de/tiere-und-pflanzen/sonstige-arten/fische/10232.html. [05.01.2021]

SEOS (Hg.) (o. J.): Meeresströmungen. https://seos-project.eu/oceancurrents/oceancurrents-c06-p01.de.html. [05.01.2021]

SMHI (Hg.) (2011): Strömmar i svenska hav. Norrköping (= Faktablad 52).