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Einführung in die Physische Geographie Prof. Dr. Otto Klemm Teil Klima und Wasser 6. Limnologie Ozeanographie.

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Einführung in die Klimatologie Prof. Dr. Otto Klemm 6. Ozeanographie.

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Präsentation zum Thema: "Einführung in die Physische Geographie Prof. Dr. Otto Klemm Teil Klima und Wasser 6. Limnologie Ozeanographie."—  Präsentation transkript:

1 Einführung in die Physische Geographie Prof. Dr. Otto Klemm Teil Klima und Wasser 6. Limnologie Ozeanographie

2 Limnologie ist die Wissenschaft der Oberflächengewässer. Häufig wird sie als rein biologische Wissenschaft betrachtet, die sich mit den Lebewesen in Flüssen und Seen befasst. Physikaische und chemische Limnologie sind jedoch ebenso bedeutende Aspekte dieser Wissenschaft.

3 Limnologie Seen sind … bedeutende Süßwasserspeicher Energiespeicher (mit Einfluss auf das regionale Klima) Erholungsgebiete (Sport und Freizeit) Abwassersenken bedeutende Prozesse in Seen sind … Mischung, angetrieben durch Wind und Dichteänderungen des Wassers biologische Aktivität, insbesondere der Sauerstoffverbrauch

4 Mixis Im Sommer wird kurzwellige Einstrahlung absorbiert. Das Wasser erwärmt sich. Die Dichte nimmt ab (wenn die Temperatur > 4 °C liegt). Aufgrund der thermischen Dichteunterschiede findet eine Wärmeschichtung des Wassers statt. Wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit und der großen Wärmekapazität des Wassers sind die Schichtungsverhältnisse stabil. Es bildet sich ein stabiles Epilimnion aus. Das Metalimnion ist häufig nur sehr wenig mächtig, Temperaturgradient mehr als 1 K pro m Das Hypolimnion ist weitgehend entkoppelt von Prozessen an der Wasseroberfläche Epilimnion Metalimnion Hypolimnion Quelle Grafik:

5 Mixis Im Herbst kühlt sich das Wasser der oberen Schichten durch langwellige Ausstrahlung ab. Die Dichte dieses Wassers steigt, und es sinkt in Bereiche ähnlicher Dichteverhältnisse. Das etwas wärmere, leichtere Tiefenwasser steigt an die Oberfläche. So wird der See durchmischt. Es kommt zu einem Austausch von Sauerstoff und Nährstoffen. Diese Vollzirkulation, die von den Herbstwinden unterstützt wird, dauert so lange, bis das gesamte Wasser des Sees eine Temperatur von etwas unter 4° C erreicht hat. Quelle Grafik:

6 Mixis Kühlt das Wasser an der Oberfläche weiter ab (unter 4 °C), kommt es an der Oberfläche wieder zu einer stabilen Schichtung. Das kalte Oberflächenwasser liegt über den wärmeren Tiefenschichten. Deshalb friert der See nur an der Oberfläche zu und ermöglicht das Überwintern von Pflanzen- und Tierarten. Diesen Zustand nennt man Winterstagnation. Quelle Grafik:

7 Mixis Im Frühjahr wird die Oberfläche des Wassers durch die kurzwellige Einstrahlung wieder erwärmt. Das oberflächennahe Wasser durchschreitet wieder die Temperatur von 4 °C. In dieser Phase neutraler Schichtungsstabilität rechen Winde aus, um den See zu mischen. Quelle Grafik:

8 Mixis Mixistyp Mischungen pro Jahr Bemerkung dimiktisch2 kalt-dimiktisch: gemäßigte Breiten, Temp. um 4 °C warm-dimiktisch (Tropen), Temp um 27 °C monomiktisch1 z.B. Sommerzirkulation in polaren Gebieten oligomiktischselten z.B. Tropen mit durchgehend hohen Temperaturen polymiktischhäufig z.B. Flachseen der gemäßigten Breiten z.B. Tropen-Seen mit starker nächtlicher Abkühlung meromiktisch0 stabil, z.B. durch Versalzung

9 Trophie Temperatur- und Sauerstoffprofil im Haussee (bei Berlin) im August Im Hypolimnion, das im Sommer vom Epilimnion weitgehend abgeschirmt ist, wird organische Substanz abgebaut. Dabei wird Sauerstoff verbraucht. Dies kann zu Sauerstoffarmut und kompletter Sauerstofffreiheit an der Sedimentoberfläche führen. Der See ist umgekippt. Dies hat erhebliche Konsequenzen für die Lebewesen, aber auch für die Mobilisierung von Schadstoffen im See Die Sauerstofffreiheit kann in Extremfällen das gesamte Hypolimnion erfassen. Je mehr Nährstoffe ein See enthält, desto mehr biologisches Material kann aufgebaut werden, das später wieder abgebau werden muss. Die zu hohe Nährstoffversorgung eines Sees (verbunden mit mit dem Risiko des Umkippens) nennt man Eutrophierung.

10 die globalen Ozeane bedecken etwa 70 % der Eroberfläche beinhalten etwa 97 % des Wassers sind verantwortlich für etwa 40 % des Wärmetransportes von den äquatorialen zu den polaren Regionen sind Speicher in vielen biogeochemischen Zyklen, z.B. für CO 2

11 Salzgehalt Salinität des Seewassers: 35 % o Kationen (g kg -1 ) Na Mg Ca K+K Sr Anionen (g kg -1 ) Cl SO HCO Br F-F B g kg -1 Si Cu Zn Fe nach: Stumm, & Morgan, 1996, ergänzt Folgerungen: Gefrierpunkt: ca -2 °C pH 8

12 Dichte des Seewassers die Dichteanomalie des Wassers tritt bei der Salinität des Ozeanswassers nicht auf Die Dichte des Ozeanwassers ist immer > 1000 g dm -3 gibt die Abweichung nach oben an, z.B.: = 24.0 bedeutet: = g dm -3

13 Dichte des Seewassers moderate Änderungen der Salinität verursachen größere Änderungen der Dichte als moderate Temperaturunterschiede großräumig allerdings kontrolliert die Temperatur die Dichte des Ozeanwassers, weil der Temperaturbereich des Wassers sehr groß ist gemeinsam sind sie verantwortlich für die relativ stabile Tiefenschichtung des Ozeans, aber sie erzeugen auch die thermohaline Zirkulation

14 Tiefenschichtung der Ozeane

15 Bewegung im Ozean Die Strömungen im Ozean werden angetrieben durch: Wind horizontale Druckgradienten die horizontalen Druckgradienten werden aufgebaut durch Dichteunterschiede im Ozeanwasser Dichteunterschiede im Ozeanwasser entstehen unter dem Einfluss von: Salinität Temperatur

16 Temperatur des oberflächennahen Wassers Die Sonnenstrahlung heizt das oberflächennahe Wasser auf

17 Bewegung im Ozean aus: Stommel, 1996

18 Bewegung im Ozean hinzu kommen … der Einfluss der Coriolis – Kraft Ekmann - Spirale ~gdg1/Spiral.html der Einfluss der Reibung Wellenbildung der Einfluss der Tide im Schwerefeld zwischen Erde, Mond, und Sonne

19 the global conveyor belt

20 bedeutende Strömungen

21 bedeutende Strömungen

22 aus: Austausch Ozean - Atmosphäre

23 Der Ozean als C - Speicher CO 2 (atm) H 2 CO 3 * H 2 CO 3 * H + + HCO 3 - HCO 3 - H + + CO 3 2- H 2 O H + + OH - K H = K a,1 = K a,2 = K a,H2O = 0, , ,

24 Der Ozean als C - Speicher biologische Pumpe CO 2 – Lösungspumpe anorg. C org. C Photosynthese Respiration POC particulate organic carbon


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