Meeresoberflächenströmungen
Markante weiße Linien zeichnen den Verlauf der Oberflächenströmungen rund um den Globus nach.
Visualisierung der globalen Meeresströmungen vom  1. Januar 2010 bis zum  31. Dezember 2012, zunächst auf Meereshöhe, dann in 2.000 m (6.600 ft) Tiefe unter dem Meeresspiegel.
Animation der Zirkulation um die Schelfeise der Antarktis

Eine Meeresströmung ist eine kontinuierliche, gerichtete Bewegung des Meerwassers , die durch verschiedene Kräfte hervorgerufen wird, darunter Wind, die Corioliskraft , brechende Wellen , die Strömungsrichtung und Temperatur- sowie Salzgehaltsunterschiede . [ 1 ] Tiefenlinien , Küstenlinien und Wechselwirkungen mit anderen Strömungen beeinflussen Richtung und Stärke einer Strömung. Meeresströmungen bewegen sich sowohl horizontal, über ganze Ozeane hinweg, als auch vertikal. Vertikale Strömungen ( Auftrieb und Abtrieb ) spielen eine wichtige Rolle beim Transport von Nährstoffen und Gasen wie Kohlendioxid zwischen der Meeresoberfläche und der Tiefsee.

Meeresströmungen werden anhand ihrer Temperatur in Warm- und Kaltströmungen unterteilt. Sie werden außerdem nach ihrer Geschwindigkeit, Ausdehnung und Richtung in Driftströmungen, Strömungen und Flüsse eingeteilt. Driftströmungen, wie beispielsweise die Nordatlantische Driftströmung , beschreiben die Vorwärtsbewegung von Oberflächenwasser unter dem Einfluss des vorherrschenden Windes. Strömungen, wie der Labradorstrom , beschreiben die Bewegung von Meereswasser in eine bestimmte Richtung mit höherer Geschwindigkeit als Driftströmungen. Flüsse, wie der Golfstrom , beschreiben die Bewegung größerer Wassermassen mit höherer Geschwindigkeit als Driftströmungen oder Strömungen.

Meeresströmungen sind Wasserbewegungsmuster, die Klimazonen und Wettermuster weltweit beeinflussen. Sie werden primär durch Winde und die Dichte des Meerwassers angetrieben, jedoch spielen auch viele andere Faktoren eine Rolle, darunter die Form und Beschaffenheit des durchströmten Ozeanbeckens. Die zwei grundlegenden Strömungstypen – Oberflächen- und Tiefenströmungen [ 2 ] – prägen die Eigenschaften und den Fluss der Ozeane auf unserem Planeten.

Meeresströmungen fließen über weite Strecken und bilden gemeinsam das globale Förderband , das eine entscheidende Rolle für das Klima vieler Regionen der Erde spielt. Genauer gesagt beeinflussen Meeresströmungen die Temperatur der Gebiete, durch die sie fließen. Warme Strömungen, die entlang gemäßigter Küsten verlaufen, erhöhen beispielsweise die Temperatur der Region, indem sie die darüber wehenden Seewinde erwärmen. Das wohl eindrucksvollste Beispiel ist der Golfstrom , der zusammen mit seiner Verlängerung, dem Nordatlantikstrom , dafür sorgt, dass Nordwesteuropa trotz seiner hohen Breitengrade ein deutlich gemäßigteres Klima aufweist als andere Gebiete auf demselben Breitengrad. Ein weiteres Beispiel ist Lima in Peru , dessen kühleres subtropisches Klima aufgrund des Humboldtstroms im Gegensatz zu dem der umliegenden tropischen Breiten steht .

Die größte Meeresströmung ist der Antarktische Zirkumpolarstrom (ACC), eine windgetriebene Strömung, die ununterbrochen im Uhrzeigersinn um die Antarktis fließt. Der ACC verbindet alle Ozeanbecken miteinander und stellt aufgrund des Auf- und Abströmens von Wasser beidseits des Stroms auch eine Verbindung zwischen Atmosphäre und Tiefsee her.

Ursachen

Die Bathymetrie des Kerguelen-Plateaus im Südlichen Ozean bestimmt den Verlauf des Kerguelen-Tiefenrandstroms im Westen , der Teil des globalen Netzwerks von Meeresströmungen ist. [ 3 ] [ 4 ]

Meeresströmungen werden durch den Wind, die Anziehungskraft des Mondes in Form von Gezeiten und durch Schwankungen der Wasserdichte angetrieben. [ 5 ] Die Ozeandynamik definiert und beschreibt die Bewegung des Wassers in den Ozeanen.

Die Temperatur- und Bewegungsfelder des Ozeans lassen sich in drei Schichten unterteilen: die durchmischte Oberflächenschicht, die obere Ozeanschicht (oberhalb der Thermokline) und die Tiefseeschicht. Meeresströmungen werden in Sverdrup (Sv) gemessen , wobei 1 Sv einem Volumenstrom von 1.000.000 m³ ( 35.000.000 ft³ ) pro Sekunde entspricht .

Es gibt zwei Hauptarten von Strömungen: Oberflächenströmungen und Tiefenströmungen. Oberflächenströmungen werden im Allgemeinen durch Windsysteme angetrieben, während Tiefenströmungen durch Unterschiede in der Wasserdichte aufgrund von Schwankungen der Wassertemperatur und des Salzgehalts entstehen . [ 6 ]

Windgetriebene Zirkulation

Oberflächenströmungen im Ozean werden von Windströmungen angetrieben. Die großräumigen, vorherrschenden Winde treiben die wichtigsten, beständigen Meeresströmungen an, während saisonale oder gelegentliche Winde Strömungen mit ähnlicher Beständigkeit wie die sie antreibenden Winde erzeugen [ 7 ]. Der Coriolis-Effekt spielt eine wichtige Rolle bei ihrer Entstehung [ 8 ] . Die Ekman-Spiral -Geschwindigkeitsverteilung führt dazu, dass die Strömungen in einem Winkel zu den treibenden Winden fließen und typische Spiralen im Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel und eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn auf der Südhalbkugel ausbilden [ 9 ] . Darüber hinaus verlagern sich die Bereiche der Oberflächenströmungen im Laufe der Jahreszeiten ; dies ist besonders bei äquatorialen Strömungen ausgeprägt.

In tiefen Ozeanbecken gibt es im Allgemeinen eine asymmetrische Oberflächenströmung, wobei der östliche, äquatorwärts fließende Zweig breit und diffus ist, während die polwärts fließende westliche Randströmung relativ schmal ist.

Thermohaline Zirkulation

Durch die Kombination von Daten, die NASA/JPL mit verschiedenen Satellitensensoren gesammelt hat, konnten Forscher die Meeresoberfläche durchdringen und sogenannte „Meddies“ aufspüren – extrem salzhaltige Warmwasserwirbel, die im Mittelmeer entstehen und dann mehr als einen halben Kilometer tief in den Atlantik absinken. Die Meddies sind in dieser Abbildung rot dargestellt.

Großräumige Meeresströmungen werden durch Dichtegradienten des Wassers angetrieben , die wiederum von Temperatur- und Salzgehaltsschwankungen abhängen. Diese thermohaline Zirkulation wird auch als Förderband des Ozeans bezeichnet. Wo signifikante vertikale Bewegungen der Meeresströmungen beobachtet werden, spricht man von Auftrieb und Abtrieb . Das Adjektiv thermohalin leitet sich von „thermo-“ ( Temperatur) und „-halin“ ( Salzgehalt ) ab ; diese Faktoren bestimmen gemeinsam die Dichte des Meerwassers.

Die thermohaline Zirkulation ist Teil der großräumigen Ozeanzirkulation, die durch globale Dichtegradienten angetrieben wird , welche durch Wärme- und Süßwasserflüsse an der Oberfläche entstehen . [ 10 ] [ 11 ] Windgetriebene Oberflächenströmungen (wie der Golfstrom ) fließen vom äquatorialen Atlantik polwärts , kühlen sich dabei ab und sinken schließlich in hohen Breiten ab (wodurch das Nordatlantische Tiefenwasser entsteht ). Dieses dichte Wasser strömt dann in die Ozeanbecken . Während der Großteil davon im Südlichen Ozean aufsteigt , steigen die ältesten Wassermassen (mit einer Transitzeit von etwa 1000 Jahren) [ 12 ] im Nordpazifik auf. [ 13 ] Dadurch findet eine intensive Durchmischung zwischen den Ozeanbecken statt, wodurch die Unterschiede zwischen ihnen verringert werden und die Ozeane der Erde ein globales System bilden. Auf ihrem Weg transportieren die Wassermassen sowohl Energie (in Form von Wärme) als auch Materie (Feststoffe, gelöste Stoffe und Gase) um den Globus. Daher hat der Zustand der Zirkulation einen großen Einfluss auf das Klima der Erde. Die thermohaline Zirkulation wird manchmal auch als ozeanisches Förderband, großes ozeanisches Förderband oder globales Förderband bezeichnet. Gelegentlich wird der Begriff ungenau synonym mit der meridionalen Umwälzzirkulation (MOC) verwendet.

Seit den 2000er Jahren kartiert das internationale Programm Argo mithilfe einer Flotte automatisierter Plattformen, die mit den Meeresströmungen treiben, die Temperatur- und Salzgehaltsstruktur der Ozeane. Die gesammelten Informationen tragen dazu bei, die Rolle der Ozeane im Erdklima zu verstehen. [ 14 ]

Auswirkungen auf Klima und Ökologie

Meeresströmungen beeinflussen die Temperaturen weltweit. Beispielsweise verhindert die Meeresströmung, die warmes Wasser aus dem Nordatlantik nach Nordwesteuropa transportiert, allmählich die Eisbildung an den Küsten. Eis würde wiederum die Schifffahrt in Binnengewässer und Seehäfen behindern. Daher spielen Meeresströmungen eine entscheidende Rolle für das Klima der durchflossenen Regionen. [ 15 ] Meeresströmungen sind auch für die Erforschung von Meeresmüll von Bedeutung . [ 16 ] [ 17 ]

Plankton wird durch Meeresströmungen verbreitet.

Auftriebsströmungen und kalte Meeresströmungen aus polaren und subpolaren Regionen bringen Nährstoffe mit sich, die das Planktonwachstum fördern . Plankton ist eine wichtige Nahrungsquelle für zahlreiche Schlüsselarten in marinen Ökosystemen . [ 18 ]

Meeresströmungen spielen auch eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung und Verbreitung vieler Organismen, darunter solcher mit pelagischen Eiern oder Larvenstadien. [ 19 ] Ein Beispiel hierfür ist der Lebenszyklus des Europäischen Aals . Landtiere wie Schildkröten und Eidechsen können durch Strömungen auf treibendem Material transportiert werden und so neue Landgebiete und Inseln besiedeln . [ 19 ]

Meeresströmungen und Klimawandel

Der anhaltende Anstieg der atmosphärischen Temperaturen dürfte verschiedene Auswirkungen auf die Stärke der Meeresoberflächenströmungen, die windgetriebene Zirkulation und die Ausbreitungsmuster haben. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] Meeresströmungen spielen eine bedeutende Rolle bei der Beeinflussung des Klimas, und Klimaveränderungen wirken sich wiederum auf die Meeresströmungen aus. [ 21 ]

Der vom Menschen verursachte Klimawandel führt zu langfristigen Veränderungen der Ozean- und Atmosphärenzirkulation. Die Ansammlung von Treibhausgasen speichert zusätzliche Wärme im Erdsystem und führt so zur Erwärmung von Atmosphäre und Ozeanen. Bemerkenswerterweise werden über 90 % dieser gespeicherten Wärme von den Ozeanen aufgenommen. Es gibt Anzeichen dafür, dass sich wichtige Zirkulationsmuster verschieben, und zunehmende Hinweise deuten darauf hin, dass sich die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation verlangsamen könnte.

Rekonstruierte Daten zur Meeresoberflächentemperatur des letzten Jahrhunderts zeigen, dass sich die westlichen Randströme doppelt so schnell erwärmen wie der globale Durchschnitt. [ 23 ] Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass sich die westlichen Randströme aufgrund dieser Temperaturänderung wahrscheinlich verstärken und in naher Zukunft weiter an Stärke gewinnen könnten. [ 21 ] Es gibt Hinweise darauf, dass die Erwärmung der Meeresoberfläche durch den anthropogenen Klimawandel die oberen Meeresströmungen in 77 % der Weltmeere beschleunigt hat. [ 22 ] Konkret verstärkt die erhöhte vertikale Schichtung aufgrund der Erwärmung der Meeresoberfläche die oberen Meeresströmungen, während Veränderungen der horizontalen Dichtegradienten, die durch die unterschiedliche Erwärmung in verschiedenen Meeresregionen verursacht werden, zu einer Beschleunigung der zonalen Oberflächenströmungen führen . [ 22 ]

Es gibt Hinweise darauf, dass die atlantische meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) aufgrund des Klimawandels vom Zusammenbruch bedroht ist, was extreme Auswirkungen auf das Klima Nordeuropas und darüber hinaus hätte [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]. Dieses Thema ist jedoch umstritten und Gegenstand aktueller Forschung [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] . Der Bericht „State of the Cryosphere“ widmet der AMOC viel Raum und geht davon aus, dass sie aufgrund von Eisschmelze und Wassererwärmung vor dem Zusammenbruch steht. Gleichzeitig verlangsamt sich auch der Antarktische Zirkumpolarstrom (ACC) und wird voraussichtlich bis zum Jahr 2050 20 % seiner Stärke verlieren, „mit weitreichenden Auswirkungen auf die Meeresströmungen und das Klima“. [ 30 ] Die UNESCO erwähnt, dass der Bericht erstmals „einen wachsenden wissenschaftlichen Konsens feststellt, wonach das Abschmelzen der grönländischen und antarktischen Eisschilde unter anderem wichtige Meeresströmungen an beiden Polen verlangsamen könnte, mit potenziell verheerenden Folgen für ein deutlich kälteres Nordeuropa und einen stärkeren Meeresspiegelanstieg entlang der US-Ostküste.“ [ 31 ]

Neben den Wasseroberflächentemperaturen sind Windsysteme ein entscheidender Faktor für Meeresströmungen. [ 32 ] Windwellensysteme beeinflussen den Wärmeaustausch im Ozean, den Zustand der Meeresoberfläche und können Meeresströmungen verändern. [ 33 ] Im Nordatlantik, im äquatorialen Pazifik und im Südlichen Ozean werden erhöhte Windgeschwindigkeiten sowie signifikante Wellenhöhen auf das Zusammenwirken von Klimawandel und natürlichen Prozessen zurückgeführt. [ 33 ] Auch im Ost-Australstrom wird die globale Erwärmung für eine verstärkte Windschubspannung verantwortlich gemacht, die diese Strömungen intensiviert und aufgrund der zusätzlichen Erwärmung durch stärkere Strömungen indirekt sogar zu einem Anstieg des Meeresspiegels führen kann. [ 34 ]

Da sich die Meeresströmungen aufgrund des Klimawandels verändern, verändern sich auch die typischen Verbreitungsmuster. Die Ausbreitungsmuster mariner Organismen hängen von den ozeanografischen Bedingungen ab, welche wiederum die biologische Zusammensetzung der Ozeane beeinflussen. [ 20 ] Aufgrund der Heterogenität der natürlichen Ökosysteme ist die Ausbreitung für viele Organismen ein Überlebensmechanismus. [ 35 ] Mit verstärkten Randströmungen, die sich in Richtung der Pole verlagern, ist zu erwarten, dass einige marine Arten zu den Polen und in größere Tiefen umgeleitet werden. [ 20 ] [ 36 ] Die Verstärkung oder Abschwächung typischer Ausbreitungswege durch steigende Temperaturen wird voraussichtlich nicht nur das Überleben einheimischer Meeresarten beeinträchtigen, da diese ihre Metapopulationen nicht mehr ausreichend regenerieren können, sondern auch die Verbreitung invasiver Arten begünstigen . [ 20 ] Bei japanischen Korallen und Makroalgen könnte das ungewöhnliche Ausbreitungsmuster der Organismen in Richtung der Pole die Stabilität einheimischer Arten gefährden. [ 37 ]

Wirtschaftliche Bedeutung

Kenntnisse über Meeresströmungen sind für die Senkung der Schifffahrtskosten unerlässlich, da die Nutzung dieser Strömungen den Treibstoffverbrauch reduziert. Im Zeitalter der Segelschiffe mit Windantrieb waren Kenntnisse über Windmuster und Meeresströmungen sogar noch wichtiger. Man nutzte Meeresströmungen, um Schiffe in Häfen zu lotsen und Strömungen wie den Golfstrom für die Rückfahrt zu nutzen. [ 38 ] Das mangelnde Verständnis von Meeresströmungen in dieser Zeit gilt als einer der Gründe für das Scheitern der Entdeckungsreisen. Der Golfstrom und der Kanarenstrom sorgen für wärmeres und weniger wechselhaftes Klima in Westeuropa, während das Wetter in Nordamerika auf demselben Breitengrad kälter war. [ 39 ] Ein gutes Beispiel hierfür ist der Agulhasstrom (entlang der Ostküste Afrikas), der Seefahrer lange Zeit daran hinderte, Indien zu erreichen.

In jüngster Zeit nutzen Segler, die die Welt umrunden, Oberflächenströmungen, um Geschwindigkeit aufzubauen und zu halten. Meeresströmungen können auch zur Stromerzeugung aus Meeresenergie genutzt werden ; Gebiete vor Japan, Florida und Hawaii werden für Testprojekte in Betracht gezogen. Die Nutzung von Strömungen kann bereits heute den Welthandel beeinflussen und die Kosten und Emissionen von Schiffen reduzieren. [ 40 ]

Echter Bonito-Thunfischfang in Indonesien.

Meeresströmungen können auch die Fischereiindustrie beeinflussen . Beispiele hierfür sind die Tsugaru- , Oyashio- und Kuroshio- Strömungen, die alle die Temperatur im westlichen Nordpazifik beeinflussen. Diese Temperatur gilt als Indikator für den Lebensraum des Echten Bonitos . [ 41 ] Es hat sich außerdem gezeigt, dass nicht nur lokale Strömungen die Wirtschaft eines Landes beeinflussen können, sondern auch benachbarte Strömungen die Rentabilität lokaler Fischereibetriebe beeinträchtigen können. [ 42 ]

Verteilung

Eine Karte der Meeresströmungen der Welt aus dem Jahr 1943

Strömungen des Arktischen Ozeans

  • Baffininselstrom  – Arktischer Ozeanstrom
  • Beaufortwirbel  – Windgetriebene Meeresströmung in der Polarregion des Arktischen Ozeans
  • Ostgrönlandstrom  – Strömung von der Framstraße bis zum Kap Farewell vor der Ostküste Grönlands
  • Ostislandstrom  – Kaltwasser-Meeresströmung, die als Zweig des Ostgrönlandstroms entsteht
  • Labradorstrom  – Strömung im westlichen Nordatlantik
  • Nordisländischer Jetstream  – Eine tiefreichende Strömung, die entlang des Kontinentalhangs Islands fließt.
  • Norwegischer Strom  – Eine Meeresströmung, die in nordöstlicher Richtung entlang der Atlantikküste Norwegens fließt.
  • Transpolare Driftströmung  – Strömung im Arktischen Ozean
  • Westgrönlandstrom  – Schwache Kaltwasserströmung, die entlang der Westküste Grönlands nach Norden fließt
  • Westspitzbergenstrom  – Warmer, salziger Strom, der polwärts westlich von Spitzbergen verläuft

Strömungen des Atlantischen Ozeans

Gerät zur Aufzeichnung von Meeresströmungen
Ein Strömungsmesser mit Aufzeichnungsfunktion . Er zeichnet Informationen über Strömungen auf (Geschwindigkeit, Richtung, Tiefe, Temperatur).

Strömungen des Indischen Ozeans

Strömungen des Pazifischen Ozeans

Strömungen des Südlichen Ozeans

Ozeanische Wirbel

Siehe auch

Referenzen

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Weiterführende Literatur