PRÄSENTATION INGENIEURHYDROLOGIE

Thermohaline Zirkulation – Die Bedeutung des globalen

Förderbandes

Ein Vortrag von Niro Akbary und Niklas Lange

14.09.2011

Gliederung

28.09.2010

Einleitung und Motivation Das globale Förderband der Weltmeere Treibende Kräfte und physikalische

Beschreibung des globalen Förderbandes

Einfluss der Meeresströme auf das Weltklima

Szenarien für die Zukunft Fazit

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Einleitung und Motivation

28.09.2010

Der Ozean spielt in der Gestaltung des Klimas eine große Rolle

Meeresströmungen transportieren Wärme aus dem Äquatorialgebiet zu den Polargebieten

Die treibenden Kräfte sind Temperatur- (thermo) und Salzgradienten (halin) im Gewässer und Winde in der Atmosphäre

„Wissenschaftler sagen, dass das Weltklima ein non-lineares System ist. Das ist Fachchinesisch und sie wollen damit sagen, dass nicht alle Veränderungen allmählich vor sich gehen (…) manche kommen abrupt und in großen Sprüngen.“ [Al Gore 2006]

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Meeresströmungen sind sehr komplex und bisweilen nicht komplett erforscht

Der Verständnis der Funktionsweise ist dennoch von großer Bedeutung für Klimaforscher

Anmerkungen Meeresströmungen haben große Bedeutung für die

Schifffahrt Klimatische Bedeutung an Küstenregionen

Murmansk in der Arktis und die baltischen Häfen bei St. Petersburg sind für Russland wichtige Verbindungen zum Atlantik. Trotz der südlichen Lage wird St. Petersburg jedes Jahr mindestens ein Monat von Eis umgeben, während Murmansk immer eisfrei bleibt

Einleitung und Motivation

28.09.2010

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Das globale Förderband

28.09.2010

Das Weltklima ist wie ein großer Motor, der Wärme vom Äquator zu den Polen befördert

Wärmetransport über Meeresströmungen und Windsysteme

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Das globale Förderband

28.09.2010

Das Weltklima ist wie ein großer Motor, der Wärme vom Äquator zu den Polen befördert

Wärmetransport über Meeresströmungen und Windsysteme

Die jährliche Durchschnittstemperatur beträgt weltweit ca. 14 °C bzw. 58°F

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Das globale Förderband

28.09.2010

Eine mittlere Erwärmung von 2, 75 °C (untere Grenze der Voraussagen) bedeutet:

Am Äquator einen Anstieg von 0, 55°C (1°F), an den Polen allerdings ein Anstieg von 6, 6 °C (12°F)

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Das globale Förderband

28.09.2010

Seit der letzten Eiszeit haben sich relativ stabile Wind- und Strömungssysteme gebildet

Die Zukunft auf Grund des Klimawandels ist ungewiss

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Das globale Förderband

28.09.2010

Eine besondere Sorge liegt im Nordatlantik, wo der Golfstrom nach Norden strömt und auf kalte Winde aus der Arktis trifft

Wasser des Golfstroms verdunstet und wird abgekühlt Wasserdampf wird über Winde und Erddrehung nach

Westeuropa getrieben

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Das globale Förderband

28.09.2010

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Kalte Strömungen verlaufen am Meeresgrund Nach dem Wärmeentzug am Nordatlantik

verbleibt kälteres, salziges Wasser Das Wasser sinkt mit einem Volumenstrom von

19 Mrd. l/s Die Strömung zieht anschließend wieder nach

Süden

Das globale Förderband

28.09.2010

Mittlere Geschwindigkeit von ca. 1,5 – 2,5 km/h Transportdauer von bis zu 1000 Jahren Durchschnittstemperatur der Ozeane ca. 4 °C 1/3 des gesamten Wärmetransports läuft

weltweit über Ozeane Klimamilderung in

kalten Regionen Verringerung der

Hitze in Wüsten-regionen

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Treibende Kräfte

28.09.2010

Windgetriebene Zirkulation Windsysteme übertragen Impuls an die Wassermassen Drift der Oberschicht (3,5 %) in Windrichtung Auf der Nordhalbkugel lenkt das Wasser nach rechts /

auf der Südhalbkugel nach links ab (Corioliskraft) Korkenzieherströmung Ekman-Spirale

Thermohaline Zirkulation Zirkulation der Unterschicht (96,5 %)

Differenz der Salzkonzentration und Temperatur Kalter Tiefentransport erfolgt von der Arktis in

Richtung Äquator Aufstieg des Meerwassers in südlichen Breiten

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Physikalische Beschreibung

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Windgetriebene Zirkulation Wind treibt Wassermassen Corioliseffekt drängt das Wasser

dabei um 45°ab Abnehmender

Geschwindigkeitsgradient und stärkere Richtungsabweichung mit zunehmender Tiefe

Ab einer bestimmten Tiefe sogar gegen die Windrichtung

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1 – Wind2 – Windbestimmte Strömungsrichtung3 – Tatsächliche Strömungsrichtung4 – Corioliseffekt

Physikalische Beschreibung

28.09.2010

Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Oberflächennahe Strömung treibt Richtung Norden Durch Verdunstung nimmt der Salzgehalt zu Starke Abkühlung im Nordatlantik

Zunahme des Salzgehalts durch Eisbildung Keine Bewegung mehr Richtung Norden Temperatur nimmt im Mittel vom Äquator zu den Polen zu Der Salzgehalt wird zum Äquator geringer In den Polarregionen stehen Verdunstung und

Niederschlag im Gleichgewicht Unterscheidung des Salzgehaltes zwischen Nord- und

Südhalbkugel

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Dichte nimmt zu

Dichte nimmt ab

Physikalische Beschreibung

28.09.2010

Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Dichte in Abhängigkeit von Salzgehalt und

Temperatur

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Physikalische Beschreibung

28.09.2010

Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model)

Isoplethengleichung

σ Dichteanormalität S Salzgehalt σ0 Referenzwert S0 Salzreferenzwert

dρ Dichteänderung α Steigung im Graphen Tρref Referenzwert β Steigung im Graphen S

T TemperaturwertT0 Ausgangstemperatur

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Physikalische Beschreibung

28.09.2010

Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model)

Gleichung für den vertikalen Auftriebfluss

E VerdunstungP NiederschlagQ Energiezugabecw Wärmespeicherkapazität von Wasser

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Physikalische Beschreibung

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Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Bei Anwendung der Gleichung ergibt sich

folgende Darstellung

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Wie man sieht ist der thermale Einfluss auf den Abtrieb viel größer, als jeder der durch Salzhaltigkeit des Wassers entsteht

Stellen mit größten Tiefenfluss müssten an den Substropen liegen Sie sind jedoch in der Nordhemisphäre zu finden

Es muss also noch weitere Einflussgrößen geben!!

Physikalische Beschreibung

28.09.2010

Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Die Thermocline als Hindernis

Schichtung von Wassermassen mit unterschiedlicher Temperatur und Salzgehalt bis zur einer Tiefe von 1000 m

Ein Absinken von Wassermassen wird verhindert, da Temperaturunterschiede und Unterschiede der Salinität überwunden werden müssen

Es existieren allerdings auch Stellen, die eine solche Schichtung nicht besitzen (Mixed Layer)

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Physikalische Beschreibung

28.09.2010

Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Mixed Layer stellen das Prinzip der

Vermischung unterschiedlicher Wassermassen dar (homogene Wasserschicht) Annähernd gleiche Dichten

Herstellen einer Verbindung zum Tiefenwasser oberflächennahes Wasser kann absinken

Speziell an polaren Zonen Auf Grund des negativen Auftriebs an polarer

Stelle tritt auch nur hier eine Tiefenkonvektion auf

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Physikalische Beschreibung

28.09.2010

Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Absinken in große Tiefen

Wassermassen sinken in den Polargebieten ab „Upwelling“ gleicht Wasserstand aus

Dichtes, kaltes, salzhaltiges Wasser fließt zurück

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Einfluss der Meeresströmung auf das Weltklima

28.09.2010

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Wärmehaushalt des Wassers hängt von der eingestrahlten Wärme und von der von der Meeresströmung entstehenden Wärme ab

Wird eine Wassersäule durch Sonneneinstrahlung erwärmt, entsteht ein Wassertransport in Bereiche geringerer Wärme

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Überschuss an Energie in niedrigen Breiten Unterschuss an Energie in hohen Breiten Mildern das Klima in kalten Regionen Verringern Hitze in tropischen Wüsten Warme Ströme haben folgende Auswirkungen

In Nordeuropa ist es wesentlich Wärmer als in vergleichbaren Breiten in Kanada

Temperaturunterschiede können bis zu 15°C betragen

Entscheidender Aspekt für Landwirtschaft Klimazone reicht bis zum 65. Breitengrad

Einfluss der Meeresströmung auf das Weltklima

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Kalte Meeresströmungen (Humboldstrom, Benguelastrom) An den Westküsten Amerikas und Afrikas wird Wasser

durch Corioliskraft Seewärts gelenkt Kaltes Seewasser quellt auf

Die Oberflächentemperatur des Benguelastroms liegt daher bei 12°C im Winter und bei 17°C im Sommer

Auf Grund des Humboltstroms ist die Temperatur um 12°C geringer als in vergleichbaren Breiten

Ausbildung einer Inversionsschicht Verhindert Austausch der warmen Luft und der darunter liegenden kalten Luft

Unterbindung der Konvektion führt zu einer Ansammlung von Dunst Nebelentstehung

Entstehung von Küstenwüsten z.B. Atacama-Wüste

Einfluss der Meeresströmung auf das Weltklima

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Wirbelbildung spielt für das Klima eine Rolle Wärmetransport durch Wirbel Auftreten unterschiedlicher Wassertiefen bis

1000 m In Gebieten mit großen Dichte- und

Temperaturunterschieden

Einfluss der Meeresströmung auf das Weltklima -

Wirbelbildung

Szenarien

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Klimaerwärmung verändert den Golfstrom und ein veränderter Golfstrom verändert das Klima

Klimaerwärmung lässt Polkappen schmelzen und führt zu Geringere Dichte des Wassers Temperatur des Wasser nimmt zu Thermohaline Zyklus steht in Gefahr abzubrechen Winde und hydrologische Einflüsse brechen jedoch nicht ab

Wassermassentransport des Nordatlantiks nimmt ab Temperatur im Nordatlantik und Europa würden am stärksten

beeinflusst Temperaturabnahme von 2 bis 16 °C in Europa Anthropogener Treibhauseffekt würde dem jedoch entgegen

wirken Niederschläge nehmen zu, Albedo nimmt ab

Weitere Abschwächung der Umwälzung um 25 %

Szenarien

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Eiszeitszenario ist jedoch auf Grund des Anthropogenen Treibhauseffektes nicht zu befürchten!

Fazit

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Meeresströmungen sind auf Grund der vielfältigen Einflüsse schwer erfassbar

Non-lineare Systeme sind schwer zu beschreiben Alle Einflüsse in Modellen zu erfassen ist unmöglich Die Strömungen haben einen wichtigen Einfluss

auf unser Klima Klimaveränderungen sind beim Abreißen der

Strömungen zu erwarten Ein Abreißen ist allerdings auch nicht zu erwarten Forschungen sind in dem Bereich weiterhin nötig

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit

Quellen

28.09.2010

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1 Katalog der Ausstellung „Abenteuer Meeresforschung“ in Würzburg, 06.10.2011 2 „Thermohaline Zirkulation“ von Peter Lutz, 31.11.2010 vom Ausbildungsseminar

Klima und Wetter 3 Meeresströmung und Klima Einfluss von Sabrina Kurz, 31.04.2008 Seminararbeit 4 „Die Weltmeere – Motor des globalen Klimas“, Tim Schröder