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PRÄSENTATION INGENIEURHYDROLOGIE Thermohaline Zirkulation – Die Bedeutung des globalen Förderbandes Ein Vortrag von Niro Akbary und Niklas Lange 14.09.2011.

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1 PRÄSENTATION INGENIEURHYDROLOGIE Thermohaline Zirkulation – Die Bedeutung des globalen Förderbandes Ein Vortrag von Niro Akbary und Niklas Lange

2 Gliederung 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 2

3 Einleitung und Motivation 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] 3

4 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

5 Das globale Förderband Das Weltklima ist wie ein großer Motor, der Wärme vom Äquator zu den Polen befördert Wärmetransport über Meeresströmungen und Windsysteme 5

6 Das globale Förderband 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 6

7 Das globale Förderband 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) 7

8 Das globale Förderband Seit der letzten Eiszeit haben sich relativ stabile Wind- und Strömungssysteme gebildet Die Zukunft auf Grund des Klimawandels ist ungewiss 8

9 Das globale Förderband 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 9

10 Das globale Förderband 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

11 Das globale Förderband 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 11

12 Treibende Kräfte 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 12

13 Physikalische Beschreibung 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 13 1 – Wind 2 – Windbestimmte Strömungsrichtung 3 – Tatsächliche Strömungsrichtung 4 – Corioliseffekt

14 Physikalische Beschreibung 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 14 Dichte nimmt zu Dichte nimmt ab

15 Physikalische Beschreibung Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Dichte in Abhängigkeit von Salzgehalt und Temperatur 15

16 Physikalische Beschreibung Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Isoplethengleichung σ DichteanormalitätS Salzgehalt σ 0 ReferenzwertS 0 Salzreferenzwert d ρ Dichteänderung α Steigung im Graphen T ρ ref Referenzwert β Steigung im Graphen S T Temperaturwert T 0 Ausgangstemperatur 16

17 Physikalische Beschreibung Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Gleichung für den vertikalen Auftriebfluss E Verdunstung P Niederschlag Q Energiezugabe cw Wärmespeicherkapazität von Wasser 17

18 Physikalische Beschreibung Thermohaline Zirkulation (Conveyer Belt Model) Bei Anwendung der Gleichung ergibt sich folgende Darstellung 18 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!!

19 Physikalische Beschreibung 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) 19

20 Physikalische Beschreibung 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 20

21 Physikalische Beschreibung 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 21

22 Einfluss der Meeresströmung auf das Weltklima 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

23 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

24 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

25 25 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

26 Szenarien 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 %

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

28 Fazit 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

29 Danke für Ihre Aufmerksamkeit

30 Quellen Katalog der Ausstellung Abenteuer Meeresforschung in Würzburg, Thermohaline Zirkulation von Peter Lutz, vom Ausbildungsseminar Klima und Wetter 3 Meeresströmung und Klima Einfluss von Sabrina Kurz, Seminararbeit 4 Die Weltmeere – Motor des globalen Klimas, Tim Schröder


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