Geowissenschaft

Lernziele

• Beschreiben Sie, wie Oberflächenströmungen entstehen und wie sie das Weltklima beeinflussen.
• Beschreiben Sie die Ursachen von Tiefenströmungen.
• Beziehen Sie Auftriebsgebiete auf ihre Auswirkungen auf die Nahrungskette.

Oberflächenströmungen

Wind, der über das Ozeanwasser weht, erzeugt Wellen. Er erzeugt auch Oberflächenströmungen, die horizontale Wasserströme sind, die über Tausende von Kilometern fließen und Tiefen von Hunderten von Metern erreichen können. Oberflächenströmungen sind ein wichtiger Faktor im Ozean, weil sie das Klima rund um den Globus maßgeblich bestimmen.

Ursachen von Oberflächenströmungen

Strömungen auf der Oberfläche werden von drei wichtigen Faktoren bestimmt: den großen globalen Windmustern, der Rotation der Erde und der Form der Ozeanbecken.

Wenn Sie über eine Tasse mit heißer Schokolade blasen, erzeugen Sie winzige Wellen auf der Oberfläche, die sich weiter bewegen, nachdem Sie aufgehört haben zu blasen. Die Kräuselungen in der Tasse sind winzige Wellen, genau wie die Wellen, die der Wind auf der Meeresoberfläche bildet. Die Bewegung der heißen Schokolade in der Tasse bildet einen Strom oder eine Strömung, genau wie sich das Wasser im Ozean bewegt, wenn der Wind darüber weht.

Aber was bringt den Wind dazu, zu wehen? Wenn die Sonne die Luft erwärmt, dehnt sich die Luft aus, was bedeutet, dass die Dichte der Luft abnimmt und sie leichter wird. Wie bei einem Ballon schwebt die leichte, warme Luft nach oben und hinterlässt unten einen leichten Unterdruck, der kühlere, dichtere Luft von den Seiten anzieht. Die kühlere Luft, die in den von der warmen Luft hinterlassenen Raum eindringt, ist der Wind.

Da der Äquator der Erde von den direktesten Strahlen der Sonne erwärmt wird, ist die Luft am Äquator heißer als die Luft weiter nördlich oder südlich. Diese heißere Luft steigt am Äquator auf und wenn kältere Luft nachrückt, um ihren Platz einzunehmen, beginnen Winde zu wehen und den Ozean in Wellen und Strömungen zu drücken.

Wind ist nicht der einzige Faktor, der die Meeresströmungen beeinflusst. Der „Coriolis-Effekt“ beschreibt, wie die Rotation der Erde die Winde und Oberflächenströmungen steuert (Abbildung 14.14). Die Erde ist eine Kugel, die sich vom Nordpol aus gesehen gegen den Uhrzeigersinn um ihre Achse dreht. Je weiter man sich vom Äquator in Richtung eines der Pole bewegt, desto kürzer ist die Strecke um die Erde. Das bedeutet, dass sich Objekte am Äquator schneller bewegen als Objekte, die weiter vom Äquator entfernt sind. Während sich der Wind oder eine Meeresströmung bewegt, dreht sich die Erde unter ihr. Daher scheint sich ein Objekt, das sich in Richtung Norden oder Süden entlang der Erde bewegt, in einer Kurve zu bewegen, anstatt in einer geraden Linie. Wind oder Wasser, das sich vom Äquator in Richtung der Pole bewegt, wird nach Osten abgelenkt, während Wind oder Wasser, das sich von den Polen in Richtung des Äquators bewegt, nach Westen gebogen wird. Der Coriolis-Effekt krümmt die Richtung der Oberflächenströmungen.

Der dritte wichtige Faktor, der die Richtung der Oberflächenströmungen bestimmt, ist die Form der Ozeanbecken (Abbildung 14.15). Wenn eine Oberflächenströmung auf Land stößt, ändert sie die Richtung der Strömungen. Stellen Sie sich vor, Sie drücken das Wasser in einer Badewanne in Richtung des Wannenrandes. Wenn das Wasser den Rand erreicht, muss es seine Richtung ändern.

Auswirkung auf das globale Klima

Oberflächenströmungen spielen eine große Rolle bei der Bestimmung des Klimas. Diese Strömungen bringen warmes Wasser vom Äquator in kühlere Teile des Ozeans; sie übertragen Wärmeenergie. Nehmen wir als Beispiel den Golfstrom, den Sie in Abbildung 14.15 im Nordatlantik finden. Der Golfstrom ist eine Meeresströmung, die warmes Wasser vom Äquator an der Ostküste Nordamerikas vorbei und über den Atlantik nach Europa transportiert. Das von ihm transportierte Wasservolumen ist mehr als 25 Mal so groß wie das aller Flüsse der Welt zusammen, und die von ihm übertragene Energie entspricht mehr als dem 100-fachen des Weltenergiebedarfs. Er ist etwa 160 Kilometer breit und etwa einen Kilometer tief. Das warme Wasser des Golfstroms verleiht Europa ein viel wärmeres Klima als anderen Orten auf dem gleichen Breitengrad. Wäre der Golfstrom stark gestört, würden die Temperaturen in Europa absinken.

Tiefenströmungen

Oberflächenströmungen treten nahe der Meeresoberfläche auf und beeinflussen vor allem die photische Zone. Tief im Ozean gibt es ebenso wichtige Strömungen, die als Tiefenströmungen bezeichnet werden. Diese Strömungen werden nicht durch Wind erzeugt, sondern durch Dichteunterschiede von Wassermassen. Die Dichte ist die Menge der Masse in einem bestimmten Volumen. Wenn Sie zum Beispiel zwei volle 1-Liter-Flaschen mit Flüssigkeit nehmen, könnte eine mehr wiegen, das heißt, sie hätte eine größere Masse als die andere. Da die Flaschen beide das gleiche Volumen haben, ist die Flüssigkeit in der schwereren Flasche dichter. Wenn man die beiden Flüssigkeiten zusammenbringt, würde diejenige mit der größeren Dichte sinken und diejenige mit der geringeren Dichte aufsteigen.

Zwei wichtige Faktoren bestimmen die Dichte des Ozeanwassers: der Salzgehalt (die Menge des im Wasser gelösten Salzes) und die Temperatur (Abbildung 14.16). Je mehr Salz im Wasser gelöst ist, desto größer ist seine Dichte. Auch die Temperatur wirkt sich auf die Dichte aus: je kälter die Temperatur, desto größer die Dichte. Das liegt daran, dass die Temperatur das Volumen, aber nicht die Masse beeinflusst. Kälteres Wasser nimmt weniger Raum ein als wärmeres Wasser (außer wenn es gefriert). Kaltes Wasser hat also eine größere Dichte als warmes Wasser.

Dichtere Wassermassen sinken in Richtung Meeresboden. Genau wie bei der Konvektion in der Luft, wenn dichteres Wasser sinkt, wird sein Platz durch weniger dichtes Wasser gefüllt, das nachrückt. Dadurch entstehen Konvektionsströme, die enorme Wassermengen in den Tiefen des Ozeans bewegen. Warum ist die Wassertemperatur an manchen Stellen kühler? Das Wasser kühlt ab, wenn es sich über Oberflächenströmungen vom Äquator zu den Polen bewegt. Kühleres Wasser hat eine höhere Dichte und beginnt zu sinken. Dadurch sind die Oberflächenströmungen und die Tiefenströmungen miteinander verbunden. Wind bewirkt, dass Oberflächenströmungen Wasser um die Ozeane herum transportieren, während Dichteunterschiede bewirken, dass Tiefenströmungen dieses Wasser wieder um den Globus zurückführen (Abbildung 14.17).

Auftrieb

Wie Sie gesehen haben, sinkt Wasser, das eine größere Dichte hat, normalerweise auf den Grund. Unter den richtigen Bedingungen kann sich dieser Prozess jedoch umkehren. Dichteres Wasser aus der Tiefsee kann in einem Auftrieb an die Oberfläche kommen (Abbildung 14.18). Im Allgemeinen tritt ein Auftrieb an der Küste auf, wenn der Wind das Wasser stark von der Küste wegbläst. Wenn das Oberflächenwasser von der Küste weggeblasen wird, steigt kälteres Wasser von unten auf, um seinen Platz einzunehmen. Dies ist ein wichtiger Prozess an Orten wie Kalifornien, Südamerika, Südafrika und dem Arabischen Meer, da die aus dem tiefen Ozeanwasser heraufgeführten Nährstoffe das Wachstum von Plankton fördern, das wiederum andere Mitglieder des Ökosystems unterstützt. Auftrieb findet auch entlang des Äquators zwischen dem Nord- und Südäquatorialstrom statt.

Zusammenfassung der Lektion

• Ozeanwellen sind Energie, die sich durch das Wasser bewegt.
• Der höchste Teil einer Welle ist der Wellenberg und der niedrigste ist das Wellental.
• Der horizontale Abstand zwischen zwei Wellenbergen ist die Länge der Welle.
• Die meisten Wellen im Ozean sind vom Wind erzeugte Wellen.
• Ozeanoberflächenströmungen werden durch die großen Gesamtmuster der atmosphärischen Zirkulation, den Coriolis-Effekt und die Form jedes Ozeanbeckens erzeugt.
• Ozeanoberflächenzirkulation bringt warmes äquatoriales Wasser zu den Polen und kühleres polares Wasser zum Äquator.
• Tiefseezirkulation ist eine dichtegetriebene Zirkulation, die durch Unterschiede im Salzgehalt und der Temperatur von Wassermassen erzeugt wird.
• Auftriebsgebiete sind biologisch wichtige Gebiete, die sich bilden, wenn das Oberflächenwasser des Ozeans von einer Küste weggeblasen wird, wodurch kaltes, nährstoffreiches Wasser an die Oberfläche steigt.

Wiederholungsfragen

1. Welche Faktoren des Windes bestimmen die Größe einer Welle?
2. Bestimmen Sie den Scheitel und das Tal einer Welle.
3. Was ist die wichtigste Ursache der Oberflächenströmungen im Ozean?
4. Wie beeinflussen die Oberflächenströmungen im Ozean das Klima?
5. Was ist der Coriolis-Effekt?
6. Einige Wissenschaftler haben die Hypothese aufgestellt, dass der Golfstrom zum Erliegen kommen könnte, wenn genügend Eis in Grönland schmilzt. Ohne den Golfstrom, der warmes Wasser nach Norden bringt, würde es in Europa viel kälter werden. Erkläre, warum das Schmelzen des Eises in Grönland den Golfstrom beeinträchtigen könnte.
7. Welcher Prozess kann dichteres Wasser nach oben steigen lassen?
8. Warum sind Auftriebsgebiete wichtig für das Leben im Meer?

Vokabular

Amplitude Die vertikale Höhe einer Welle, gemessen vom Tal zum Scheitel. Coriolis-Effekt Die scheinbare Ablenkung eines sich bewegenden Objekts wie Wasser oder Luft, die durch die Erdrotation verursacht wird. Scheitelpunkt Der höchste Punkt einer Welle. Tiefenströmung Eine Strömung tief im Ozean, die sich aufgrund von Dichteunterschieden (verursacht durch Unterschiede in der Wassertemperatur und dem Salzgehalt) bewegt. reißende Strömung Eine starke Oberflächenströmung von Wasser, das von der Küste in den Ozean zurückkehrt. Oberflächenströmung Eine horizontale Bewegung von Ozeanwasser, die durch Oberflächenwinde verursacht wird. trog Der niedrigste Punkt einer Welle. Tsunami Eine seismische Meereswelle, die durch eine vertikale Bewegung des Meeresbodens unter einem Erdbeben, einem Unterwasser-Vulkanausbruch, einem Erdrutsch oder einem Meteoriteneinschlag erzeugt wird. Auftrieb Kaltes, nährstoffreiches Wasser, das aus den Tiefen der Ozeane aufsteigt, normalerweise in der Nähe der Kontinente, wenn der Wind die darüber liegende Oberfläche wegbläst, oder entlang des Äquators. Welle Eine Veränderung der Form des Wassers, die durch die Energie verursacht wird, die sich durch das Wasser bewegt. Wellenlänge Der horizontale Abstand zwischen zwei Trögen oder zwei Scheiteln einer Welle.