Ozeane

Wasser der Ozeane

Wasser hat Eigenschaften, die helfen, unser Klima zu regulieren und das Leben auf der Erde zu ermöglichen. Das Wasser der Weltmeere bewegt sich ständig. Es wird in die Tiefe transportiert und steigt an einer anderen Stelle wieder auf. Dieser Prozess wird vom Wind reguliert. Diese Ozeanzirkulation ermöglicht es, die Wärme der Sonne über den Erdball zu verteilen.

Die Ozeane nehme Kohlendioxid auf. Es kann dort über Jahrhunderte gelagert werden. Das hilft, den Effekt der Erderwärmung abzumildern.

Eigenschaften des Wassers - H2O

Auf der Erde sind 71% mit Wasser bedeckt, davon befindet sich 97% in den Ozeanen. Ein Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.
Wenn Wassermoleküle zusammenkommen, werden sie voneinader angezogen, weil sich positive und negative Ladungen anziehen. Die Bindung zwischen dem negativen Sauerstoff und dem positiven Wasserstoff wird als Wasserstoffbrückenbindung bezeichnet.
Durch sie wird das Leben auf der Erde ermöglicht.

• Wasser ist die einzige natürliche Substanz, welche auf der Erde als Gas (Wasserdampf), Flüssigkeit und als Feststoff (Eis) vorkommt.

• Die grösste Dichte hat das Wasser bei 4°C. Die Wasserstoffbrückenbindungen geben dann dem Eis eine offene geordnete Struktur. Das führt dazu, dass das Eis weniger dicht ist als das Wasser und so auf ihm treibt.

• Wasser hat zudem eine sehr hohe Wärmekapazität. Dass heisst, dass die Energie gross sein muss, um die Temperatur zu erhöhen. Um die Wasserstoffbrückenbindungen zu trennen, wird diese Energie gebraucht. Die Sonne kann das Wasser nicht fest erwärmen, aber es reicht, dass diese Wärme im Winter dann freigesetzt wird, was zum gemässigten Klima führt.
  

• Wasser hat auch eine hohe Verdunstungswärme. Es wird viel Energie benötigt, um flüssiges Wasser in Dampf umzuwandeln. Der Dampf bewegt sich von den warmen Zonen zu den kälteren hin und kann sich wieder in flüssiges Wasser umwandeln, was zu Regen führt. Die gespeicherte Wärme wird wieder freigesetzt und erhöht die Temperatur. Weil grosse Energiemengen umgesetzt werden, kann es auf der Erde zu Stürmen und Winden kommen.
  

• Viele Substanzen lösen sich in Wasser und werden von den Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert. Dies ermöglicht den Transport von Sauerstoff, Kohlendioxid, Nährstoffen und Abfallstoffen im Wasser.
  

• Grosse organische Moleküle, wie zum Beispiel Öl, lösen sich nicht in Wasser.
  
• Wasserstoffbrücken werden unterbrochen, wenn dem Wasser Salz zugegeben wird. Deshalb hat Seewasser eine höhere Dichte, einen niedrigeren Schmelzpunkt und einen höheren Siedepunkt als reines Wasser.
  

Ozeanzirkulation

Die Stärke der Energie der Sonne ist nicht überall gleich. Am Äquator ist sie am höchsten. Die Temperaturunterschiede zwischen ihm und den Polen sind sehr gross. Diese Unterschiede bestimmen die Bewegung der Luft der Ozeane. Es ist so, dass Wärme vom Äquator zu den Polen transportiert wird.

Die Hälfte des Energietransportes entfällt auf die Ozeane. Sie sind eine sehr wichtige Kontrollfunktion im Klimasystem. Sollte sich der Ozeankreislauf durch die Erwärmung ändern, dann würde sich auch das Klima ändern. Diese Zirkulation transportiert auch Sauerstoff in den Ozean und macht das Leben im Meer möglich.

Weil sich das Wasser um den Erdball wie ein Förderband bewegt, wird auch vom 'marinen Förderband' gesprochen. Das Wasser wird in die Tiefe bewegt und wieder zurück. Um einmal um die Erde zu fliessen, brauchen die Ozeane tausend Jahre.
Bei diesen Bewegungen sind zwei Komponenten eng miteinander verknüpft:

1. eine durch Dichte getriebene Zirkulation, die wegen den unterschiedlichen Dichten gesteuert werden. Die Dichte wiederum hängt von der Temperatur und dem Salzgehalt des Wassers ab. Diese Bewegung heisst thermohaline Zirkulation.
2. eine vom Wind getriebene Zirkulation, die zu Oberflächenströmen führt. (Bsp: Golfstrom)

Für einen ausführlicheren Ablauf siehe diesen Link: http://de.wikipedia.org/wiki/Globales_F%C3%B6rderband


Thermohaline Zirkulation

In der nördlichen Hemisphäre

Oberflächenwasser wird in die Polargebiete transportiert, wo es sich abkühlt. Dabei wird Wärme freigesetzt. Das Wasser wird aber so stark abgekühlt, dass es dicht genug ist, um auf den Grund des Ozeans abzusinken. Das gebildete Tiefenwasser schiebt das bereits bestehende in Richtung Äquator. Die wichtigsten Regionen in denen das geschieht, sind die Labrador- und Grönlandsee im Nordatlantik. Abgesunkenes Wasser fliesst am Grund in Richtung Süden. Auch eine starke Abkühlung des Wasser erfolgt in der Beringsee im Nordpazifik. Dort kann das Tiefenwasser aber wegen der Struktur des Ozeangrundes nicht in die globale Ozeanzirkulation einfliessen.


Antarktis

Die Bildung von Tiefenwasser erfolgt während der Produktion von Seeeis. Das Eis hat nur wenig Salz. Es reichert sich daher im Wasser an, welches dichter wird. Es gleitet zum Ozeanboden und bildet das antarktische Bodenwasser, welches sich unter dem nordatlantischen Tiefenwasser ausbreitet und verteilt.

Früher dachte man, dass das Tiefenwasser von den Polen in Richtung Äquator strömt und sich dabei langsam erwärmt und aufsteigt. Mit warmen Oberflächenströmungen werde es wieder zu den Polen getragen, womit sich der Kreislauf schliesse. Doch Studien erwiesen, dass dieser Prozess zu langsam sei.
Heute nimmt man an, dass das Tiefenwasser auf dem Grund der Ozeane zirkuliert und dort auf den mittelozeanischen Rücken trifft. Dessen Oberflächenprofil führt zu einem starken Mischungsprozess, was das Tiefenwasser zum Auftrieb an die Oberfläche zwingt. Auch der Wind trägt zur Durchmischung bei und bringt das Tiefenwasser an die Oberfläche. Wenn es da ist, nimmt es seinen Weg zurück zu den Polen über Wind getriebene Oberflächenströme. Der Kreislauf ist somit geschlossen.

Wind getriebene Zirkulation

Der Golfstrom

Er ist der wichtigste vom Wind angetriebene Ozeanstrom. Die Wärme des Wassers erwärmt die darüber liegende Luft. Der Wärmetransport erfolgt in nördlicher Richtung. Das Ergebnis ist, dass die Wärmeströmung in Nordeuropa liegt und somit die mittlere Temperatur deutlicht höher ist als in gleichen Breiten. Langzeitaufzeichnungen zeigen, dass die Temperaturen in Nordwesteuropa im Mittel ca. 9°C höher sind, als in derselben geographischen Breite.
Der Golfstrom ist ein Beispiel für einen westlichen Grenzstrom. Er übt einen wichtigen Einfluss auf das Klima aus. Natürlich gibt es auch östliche Grenzströme. Sie transportieren kaltes Wasser von den Polen zum Äquator. Jedoch sind sie schwächer ausgeprägt, als die westlichen.

Wie Ozeane Kohlendioxid aufnehmen

Viel von dem Kohlendioxid, das heute von uns produziert wird, bleibt nicht in der Atmosphäre, sondern wird in den Ozeanen oder in Pflanzen und Boden gespeichert.
Dieser Teil entspricht etwa einen Drittel vom Ganzen. Im Ozean tritt es in physikalische und biologische Prozesse ein.

Physikalische Prozesse

Das Kohlendioxid löst sich im kalten Wasser besser als im warmen. Auch in Seewasser löst es sich besser als in reinem Wasser.
Die Reaktion von Kohlendioxid mit Carbonat führt zur Bildung von Hydrogencarbonat. Deshalb liegen nur 0.5% vom anorganischen Kohlenstoff im Seewasser als gasförmiges Kohlendioxid vor. Deshalb kann sich auch weiteres Kohlendioxid lösen. Wenn Wasser an der Oberfläche bleiben und sich aufheizen würde, während es herumfliesst, würde das Kohlendioxid wieder in die Atmosphäre entweichen. Wenn es sinkt, kann es aber mehr als 1000 Jahre gespeichert werden.

Biologische Prozesse

Auch durch die Photosynthe von Phytoplankton wird Kohlendioxid aufgenommen und in pflanzliches Material umgewandelt. Festlandpflanzen und Phytoplankton nehmen etwa die gleiche Menge auf, jedoch wächst das marine Phytoplankton schneller.
Der Hauptteil des aufgenommenen CO2 geht wieder in die Atmosphäre, sobald das Phytoplankton abstirbt oder gefressen wird. Ein kleiner Teil jedoch geht an die See verloren. Das Absinken von solchem Pflanzenmaterial wird als biologische Pumpe bezeichnet, weil es hilft, Kohlendioxid von der Atmosphäre in den Ozean zu 'pumpen'.