Kapitel 14 - Meereströmungen · Infolge der Viskosität (innere Reibung) werden tiefere Schichten nachgeschleppt, wobei wegen der anhaltenden Corioliswirkung eine stets wachsende

Version 1.0 Wetterseminar Stand: 16.02.2009

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Meeresströmungen 14

14 Meeresströmungen

14 Meeresströmungen....................................................14-1

14.1 Einleitung ........................................................................ 14-2 14.2 Frühe Seefahrt ................................................................. 14-2 14.3 Die Entdeckung des Golfstromes ......................................... 14-3 14.4 Welche Rolle spielen Meeresströmungen heute? .................... 14-5 14.5 Arten von Meeresströmungen ............................................. 14-6 14.6 Faktoren zur Entstehung von Strömungen............................ 14-7 14.7 Welche Faktoren beeinflussen den Verlauf einer

Strömung? ....................................................................... 14-9 14.8 Der Große Stromring........................................................14-10 14.9 Der Kleine Stromring........................................................14-11 14.10 Allgemeines zu El Niño......................................................14-13


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14.1 Einleitung

Meeresströmungen werden durch die globalen Klimabedingungen gesteuert, stehen aber gleichzeitig in Wechselwirkung mit diesen. Sie tragen einerseits zum Wärmeaus-tausch zwischen niederen und hohen Breiten bei und haben Wirkung auf Klimaextre-me. Andererseits werden sie zu großen Teilen durch Oberflächenwinde, welche in Zusam-menhang mit der atmosphärischen Zirkulation stehen, in Bewegung gesetzt. Die E-nergieübertragung vom Wind auf das Wasser wird durch den Reibungswiderstand der über das Meerwasser wehenden Luft erreicht. Wie bei den Winden beeinflusst die Co-rioliskraft die Bewegungsrichtung des Wassers. Temperaturunterschiede sind ebenso für die Meeresströmungen von Bedeutung, da sie Einfluss auf die Wasserdichte haben. Das kalte Oberflächenwasser der Meere in hohen Breiten sinkt auf den Meeresboden, breitet sich dort Richtung Äquator aus und verdrängt das wärmere, weniger dichte Wasser zur Oberfläche

14.2 Frühe Seefahrt

Bereits in der Antike besaß man begründete Vorstellungen vom Verlauf großer Küs-tenstrecken, von Gezeiten und von Windsystemen. Den Seefahrern war von alters her bewusst, dass ihre Schiffe unter anderem durch Meeresströmungen bewegt werden, auch wenn die antike Seefahrt aufgrund der geringen Größe der Schiffe und dem Feh-len von beinahe jeglichen navigatorischen Hilfsmitteln an die Nähe der Küsten gebun-den war. Von den offenen Ozeanen existierten nur Beobachtungen aus dem unmittel-baren Oberflächenbereich. Aus dem Vergleich des angesteuerten Ortes mit dem tat-sächlich erreichten leiteten die Seeleute nach und nach Verlauf und Stärke der küstennahen Meeresströmungen ab (www.awi-bremerhaven.de). Die zur See fahren-den Menschen erwarben so immer mehr Kenntnisse über das Meer, dessen Regionen und dessen Strömungen, einhergehend mit neuen Fähigkeiten der Positionsbestim-mung ohne Landsicht mit Hilfe des Sonnenstandes oder der Sterne. Es war notwendig, diese Kenntnisse festzuhalten und weiterzugeben um weiterhin er-folgreich Handel zu treiben oder auch militärisch agieren zu können. Die so erworbenen Erfahrungen wurden zum Grundstein für die Meereskunde. Allerdings wurde so manche Information anfangs nur vereinzelt weitergegeben und teilweise gar als Geheimnisse behandelt. Erst seit 1853 werden die so gesammelten Daten systematisch zusammengetragen und ausgetauscht. Die hierfür zuständigen hydrographischen Ämter erstellen daraus allgemein zugängliche und verständliche Seekarten.


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14.3 Die Entdeckung des Golfstromes

Wichtige Erkenntnisse über den Verlauf der Meeresströmungen wurden im Laufe des 15. Jahrhunderts gemacht, mit der Umsegelung Afrikas, der Entdeckung Amerikas durch Christoph Kolumbus und der ersten Weltumsegelung von Magellan und delCano. Der Golfstrom, die wohl bekannteste und wichtigste transatlantische Meeresströmung, wurde von Kolumbus auf seiner ersten Rückreise zwar höchstwahrscheinlich genutzt, war aber noch nicht bekannt. Als Entdecker des Golfstromes gilt der spanische Erobe-rer Juan Ponce de Leon. Dieser machte sich 1513 von Puerto Rico aus auf den Weg, um einen Jungbrunnen ausfindig zu machen. Dabei stößt er nahe der amerikanischen Küste auf eine starke Strömung, der sich die Schiffe kaum entgegensetzen konnten. Dieses Phänomen notiert er in ein Reisetagebuch und wird somit als Entdecker des Golfstroms in die Geschichte eingehen.

Abbildung 14-1:Golfstrom mit kleinräumigen Wirbeln (Noaa/AVHRR)


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Abbildung 14-2:Verlauf des Golfstroms im Nordatlantik.

In den folgenden Jahren gelingt es den Seefahrern, den Golfstrom bewusst zu nutzen, der Erste von ihnen ist Anton de Alaminos. Trotzdem bleibt der Strom in der internati-onalen Seefahrtsliteratur noch lange Zeit ohne Erwähnung. 1678 erschien von Kircher die erste Karte der amerikanischen Küstengewässer mit dem Golfstrom. 1769 wird der damalige Postminister Benjamin Franklin auf den Golfstrom aufmerksam. Den damals noch in England lebenden Franklin erreichen Beschwerden darüber, dass die von Eu-ropa nach Amerika verschickten Briefe Wochen länger benötigen als die Sendungen von Amerika nach Europa. So zeichnete der Naturwissenschaftler Franklin 1770 eine Seekarte, mit deren Hilfe die Postschiffkapitäne den Golfstrom gezielt umsegeln oder ausnutzen konnten. Die Verbreitung des Namens Golfstrom geht somit auf Benjamin Franklin zurück. Seine Berechnungen waren so genau, das man damit relativ exakt bestimmen konnte, ob sich ein Schiff innerhalb oder außerhalb des Stroms befand. Die Karten von M. F. Maury aus dem Jahr 1885 blieben lange Zeit Grundlage für die Darstellung des Golfstromes, seit einer Reihe von Expeditionen in den 50er Jahren und dem Einsatz von Satelliten seit den 60er Jahren konnten entscheidende neue Kenntnisse gewonnen werden.


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14.4 Welche Rolle spielen Meeresströmungen heute?

Meeresströmungen erfüllen in erster Linie zwei Funktionen:

(1) Zum einen sorgen sie für einen ständigen, globalen Wärmeaustausch; (2) zum anderen liefern sie einen Austausch von Masse über die Breitengrade

hinweg. Zu (1): Wegen des globalen Ungleichgewichts der Energieverteilung muss Wärme von den äquatornahen Überschussregionen in die Defizitregionen der höheren Breiten transportiert werden. Neben der atmosphärischen Zirkulation spielt hierbei der Trans-port fühlbarer Wärme durch die Wasserzirkulation der Ozeane (ozeanischeZirkulation) eine bedeutende Rolle. Die ozeanische Zirkulation trägt hierbei zu ca. 30% zum Aus-gleich des Temperaturgefälles zwischen Äquator und Pol bei und spielt somit eine we-sentliche Rolle für die Aufrechterhaltung der globalen Wärmebilanz. Interessant ist auch, dass eine 2,5m dicke Schicht Oberflächenwasser der Ozeane eine mit der gesamten Atmosphäre vergleichbare Wärmekapazität besitzt. Der Wärmeaus-tausch durch die Meeresströmungen spielt jedoch auch eine zentrale Rolle bei lokalen klimatischen Gegebenheiten; so haben Meeresströmungen zum Beispiel einen mil-dernden Einfluss auf extreme Klimaverhältnisse. Die Beobachtung der globalen Mee-resströmungen spielt daher in der Klimatologie eine wesentliche Rolle. Zu (2): Durch Meeresströmungen kommt es zu einem ständigen Austausch von Wassermassen. Zusammen mit diesen Wassermassen werden gelöste und feste Stoffe jeglicher Art transportiert. Dieser Transport betrifft zum Beispiel Eisberge, die von den an den Küsten gelegenen Gletschern hinaus aufs offene Meer und teilweise beträchtli-che Strecken gen Süden getrieben werden, aber auch Schadstoffe, wie zum Beispiel von beschädigten Schiffen stammender Treibstoff oder Ladung.


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14.5 Arten von Meeresströmungen

• Warme und kalte Meeresströmungen

• Salzige und salzarme Meeresströmungen,

• Oberflächen- und Tiefenströmungen,

• Ständige und periodische Meeresströmungen, jahreszeitl.

Abbildung 14-3:Globale Strömungen.


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14.6 Faktoren zur Entstehung von Strömungen

Eine Flüssigkeit befindet sich nur dann im Ruhezustand, wenn… (1) … keine äußeren Kräfte einwirken (2) … sie homogen ist (d.h., wenn es keine Unterschiede in der Dichte gibt) oder wenn die Bereiche unterschiedlicher Dichte eine entsprechende Schichtung (d.h. Dichte nimmt von unten nach oben ab) aufweisen. Diese Bedingungen sind jedoch in der Praxis nie gegeben. Nach der „Theorie des reinen Triftstroms“ (auch Ekman-Spirale) des schwedischen Ozeanographen Vagn Walfrid. Ekman: Durch die Corioliskraft, die immer um 90° versetzt zur Windrichtung wirkt (auf der Nordhalbkugel nach rechts, auf der Südhalbkugel nach links) setzt sich das Oberflä-chenwasser mit einem um 45° von der Windrichtung abweichenden Winkel in Bewe-gung (siehe Skizze). Infolge der Viskosität (innere Reibung) werden tiefere Schichten nachgeschleppt, wobei wegen der anhaltenden Corioliswirkung eine stets wachsende Ablenkung zu beobachten ist. Wenn diese Ablenkung 180° beträgt, ist die so genannte Reibungstiefe erreicht, bei der mit 1/23 der Oberflächengeschwindigkeit die Bewegung nahezu ganz erloschen ist. Die Tiefe des direkten Einflusses der Windreibung nennt man auch Ekman-Tiefe. Die hieraus resultierende Gesamtströmung hat eine Abweichung von 90° zur erzeu-genden Windrichtung. Diesen Transport nennt man auch Ekman-Transport Bei einer Expedition auf der „Fram“ hatte Fridtjof Nansen entdeckt, das Eisberge nicht in die Richtung des Windes driften sondern mit einem Winkel von 20°-40° abweichen. Noch als Student kam Ekman mit der „Theorie des reinen Triftstroms“ zu einer Lösung dieses Phänomens.


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Name Ozean (Meer) Temperatur

Agulhasstrom Indischer Ozean (Südostafrikanische Küste) warm

Antarktischer Zir-kumpolarstrom

jeweils im Atlantik, im Pazifik und im Indischen Oze-an)

kalt

Antillenstrom Atlantik warm

Äquatorialstrom Pazifik warm

Äquatorialer Gegen-strom

jeweils im Pazifik und Indischen Ozean warm

Azorenstrom Atlantik (Azorenschwelle) warm

Benguelastrom Atlantik (Südwestafrikanische Küste) kalt

Brasilstrom Atlantik (Ostbrasilianische Küste) warm

Chinesischer Küsten-strom

Pazifik (Ostchinesisches Meer, Südchinesisches Meer) warm

Falklandstrom Atlantik (Falklandinseln) kalt

Floridastrom Atlantik (Golf von Mexiko, Floridastraße) warm

Golfstrom Atlantik (Amerikanische Ostküste, Nordatlantik) warm

Guineastrom Atlantik (Golf von Guinea) warm

Humboldt-Strom Pazifik (Südamerikanische Westküste) kalt

Irmingerstrom Atlantik (Europäisches Nordmeer) warm

Kalifornienstrom Pazifik (Amerikanische Westküste) kalt

Kanarenstrom Atlantik (Westeuropäische und Westafrikanische Küs-te)

kalt

Kap Hoorn-Strom Pazifik, Atlantik (Südspitze Südamerikas) kalt

Karibische Strömung Atlantik (Karibisches Meer, Golf von Mexiko) warm

Kuroshio Pazifik (Westpazifik, Japanisches Meer) warm

Labradorstrom Atlantik (Atlantik, Neufundlandbecken) kalt

Mosambikstrom Indischer Ozean (Straße von Mosambik) warm

Nordäquatorialstrom jeweils im Atlantik, Pazifik und im Indischen Ozean warm

Nordatlantischer Strom

Atlantik warm


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Name Ozean (Meer) Temperatur

Nordpazifischer Strom

Pazifik warm

Norwegischer Strom Atlantik (Nordsee, Europäisches Nordmeer) warm

Ostaustralstrom Pazifik (Tasmanische See) warm

Ost- und Westgrön-landstrom

Atlantik (Atlantik, Europäisches Nordmeer) kalt

Oyashio-Strom Pazifik (Beringmeer) kalt

Portugalstrom Atlantik (portugiesische Küste) warm

Somalstrom Indischer Ozean (Nordostafrikanische Küste) warm

Südäquatorialstrom jeweils im Atlantik, Pazifik und Indischen Ozean warm

Westaustralstrom Indischer Ozean (Westaustralische Küste) kalt

14.7 Welche Faktoren beeinflussen den Verlauf einer Strömung?

• Corioliskraft • Vorhandensein von Landmasse • Topografie des Meeresbodens • Mäanderbildung • Wirbelbildung •

Nordatlantik: Im Nordatlantik sind zwei große Gyren (Stromringe) auszumachen, ausgehend von der Ostküste der USA in ENE-licher Richtung über den Atlantik, die sich vor Europa teilen und in südliche (großer Stromring) bzw. nördliche (kleiner Stromring) Richtung laufen.


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14.8 Der Große Stromring

Nordostatlantischer Strom ...ist eine warme Meeresströmung, die den Golfstrom nordöstlich bis nach Europa verlän-gert.

Portugalstrom ...ist eine schwache, mäßig warme Meeresströmung entlang der portugisischen Küste in südl. Richtung. Nördlich der Kanaren mischt sich der Portugalstrom mit dem Azorenstrom zum Kanarenstrom

Kanarenstrom ...fließt zunächst in südliche und dann in südwestliche Richtung entlang der nordwestafri-kanischen Küste vorbei an den Kanarischen Inseln, wo er das ganze Jahr hindurch für ausgeglichene Temperaturen sorgt. Bei den Kapverdischen Inseln biegt er ab in westliche Richtung und wird zum atlantischen Nordäquatorialstrom.

Nordäquatorialstrom ...entsteht aus dem Kanarenstrom, fließt dann zwischen 10 u. 30 Grad Nord in nordwestli-che Richtung und ist einer der Quellströme des Golfstroms.

Antillenstrom ....ist eine warme Meeresströmung, welche gemeinsam mit dem Floridastrom nördlich der Bahamas den Golfstrom speist.

Floridastrom ...ist die Fortsetzung der Karibischen Strömung, durchfließt die Floridastr. Zwischen Flori-da und Kuba in östliche Richtung und biegt zwischen Florida und den Bahamas nach Nordosten ab. Nördlich der Bahamas vereinigt er sich mit dem Antillenstrom zum Golf-strom.

Golfstrom ...ist eine warme, rasch fließende Meeresströmung im Atlantik. Er ist Teil eines globalen maritimen Strömungssystems, des globalen Förderbands. In Richtung Europa wird der Golfstrom zum Nordatlantikstrom.


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14.9 Der Kleine Stromring

Nordostatlantischer Strom ...ist eine warme Meeresströmung, die den Golfstrom nordöstlich bis nach Europa verlän-gert.

Norwegen –oder norwegische Strom ...ist eine Meeresströmung, die aus der Nordsee in das europäische Nordmeer und in die Barentssee fließt. Die Strömung ist der letzte Teil der durch den Golfstrom ausgelösten Wasserbewegung und bringt rel. warmes, salzreiches Wasser in arktische Regionen.

Ostgrönlandstrom/Labradorstrom ...entsteht aus dem Irmingerstrom und transportiert kalte Wassermassen beginnend zwi-schen Grönland und Island südwärts bis Kap Farvel an der Südspitze Grönlands. An-schließend fließt das Wasser als Labradorstrom an der amerikanischen Labrador-Küste wieder südwärts.

Abbildung 14-4:Seegebiet des norwegischen Stromes


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Der Norwegische Strom Der Strom beginnt im Skagerrak und speist sich aus Ostseewasser und Nordseewasser, das über den Jütlandstrom in den Skagerrak gebracht wird. Während er, größtenteils durch die Norwegische Rinne und über das norwegische Küstenschelf, an der norwegischen Küste entlang nach Norden fließt, strömt Süßwasser aus den norwegischen Flüssen, und warmes, salzreiches Nordseewasser, das aus dem Nordatlantischen Strom kommt hinzu. Der Strom wird im Westen durch eine entgegen-gesetzte Strömung nordatlantisches Wassers in die Nordsee hinein begrenzt. Dadurch entstehen Wirbel, die weit größer sind als in den meisten Küstenströmungen.

Er fließt meist in 50 bis 100 Meter Tiefe. Er hat eine stark wechselnde Fliess-geschwindigkeit, die je nach Messung von 5 Zentimeter/Sekunde bis zu 1 Me-ter/Sekunde reichen kann, Ozeanographen schätzen eine Gesamtgeschwindigkeit der Strömung von 0,3 bis 0,5 Meter/Sekunde. Im Vergleich zur umgebenden Nordsee ist er kalt und salzarm, im Vergleich zum arktischen Wasser jedoch warm und salzreich. Im Winter hat der Strom eine Temperatur von 2° bis 5°C, die Salinität beträgt weni-ger als 34,8 Promille. Das durch eine Front getrennte Atlantikwasser der Nordsee ist hingegen über 6°C warm, der Salzgehalt liegt bei mehr als 35 Promille.

In Jahren, in denen im Winter eine starke Strömung nach Norden fließt, sorgt der Strom dafür, die Eisbildung in der Barentssee stark zu vermindern.


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14.10 Allgemeines zu El Niño

Mit El Niño bezeichnet man eine Erwärmung der Deckschicht des gesamten tropischen Pazifiks, die in Abstände zwischen zwei und neun Jahren auftreten.

Abbildung 14-5: Abweichung der Meeresoberflächentemperatur vom Durchschnitt (in °C)

Abbildung 14-6: Abweichung der Meeresoberflächentemperatur vom Durchschnitt (in °C) in einem El Niño Jahr


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Das Wort El Niño bezieht sich auf einen warmen Meeresstrom, der aus dem äquatoria-len Gegenstrom stammt, an der ecuadorianischen Küste nach Süden abgelenkt wird und während eines El Niño Southern Oscillation Phänomen (ENSO) bis zu 500 km an der peruanischen Küste entlang driftet.

El Niño bedeutet „kleiner Junge“ oder „Christkind“, ein Name, der darauf zurückzufüh-ren ist, dass die warmen Ströme gewöhnlich um Weihnachten vor der Küste Südame-rikas auftauchen und das Meerwasser vor der Küste Ecuadors und Nordperus er-wärmt. In ENSO-Jahren verdrängt diese Warmwasserzunge, die durch kalte Auf-triebswasser gekennzeichnete, nährstoffreiche Humboldt-Strömung fast völlig

Unter normalen Umständen wehen die tropischen Passatwinde von Osten nach Westen über den Pazifik und bauen auf der Westseite des Ozeans eine „Wasserwand“ auf, die dafür verantwortlich ist, dass das Meer im Westen einen um ca. 40 Zentimeter höhe-ren Wasserstand aufweist als im Osten.

Abbildung 14-7: Normale Druckverteilung im äquatorialen Pazifik.

Kaltes Tiefenwasser dringt weit nach oben und ersetzt die weggetriebenen Wasser-massen. Dieses nährstoffreiche Auftriebswasser sorgt für den Fischreichtum vor der Küste Perus.

In den Monaten vor einem ENSO nehmen die Winde für gewöhnlich an Intensität zu, wodurch sich im Westen noch mehr warmes Wasser aufstaut.


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In diesen Jahren schwächt sich das Südpazifische Hoch ab, und damit werden die Pas-satwinde schwächer. Sie können gelegentlich sogar ganz aussetzen. Die Luftdruckver-hältnisse im Pazifik vor Australien und Indonesien kehren sich um. Dort herrscht jetzt ein höherer Druck als im Südostpazifik.

Die Folge ist, dass sich auch der Wind dreht. Er weht nun von West nach Ost und schiebt warmes Oberflächenwasser in Richtung Südamerika. Der Meeresspiegel vor Peru ist dann höher als vor Australien und Indonesien. Dem kalten Auftriebs-

wasser ist nicht nur der Weg nach oben versperrt, es wird vielmehr von den ange-schwemmten Wassermassen weit überlagert. Es fallen heftige Niederschläge. Umge-kehrt leiden Australien und Indonesien unter lang anhaltender Dürre. Dafür wehen nun auflandige Winde, die von einem erwärmten Meer kommen und an den Anden gleich nochmals zum Aufsteigen gezwungnen werden. Es fallen heftige Niederschläge. Umgekehrt leiden Australien und Indonesien unter lang anhaltender Dürre

Abbildung 14-8: Globale Auswirkungen von El Niño

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Kapitel 14 - Meereströmungen · Infolge der Viskosität (innere Reibung) werden tiefere Schichten nachgeschleppt, wobei wegen der anhaltenden Corioliswirkung eine stets wachsende