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
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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
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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
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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
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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
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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
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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