Thermohaline Zirkulation einfach erklärt

Stell dir zwei Wassermassen vor: Eine ist warm und salzarm, die andere kalt und salzreich. Die kalte, salzreiche Wassermasse besitzt unter sonst gleichen Bedingungen die höhere Dichte. Das bedeutet: In demselben Volumen befindet sich mehr Masse. Dichteres Wasser kann unter weniger dichtes Wasser sinken.

Zwei Zusammenhänge sind entscheidend:

• Kühlt Meerwasser ab, steigt in der Regel seine Dichte.
• Nimmt sein Salzgehalt zu, steigt ebenfalls seine Dichte.

Beim Gefrieren von Meerwasser wird ein großer Teil des Salzes nicht in das Eis eingebaut. Das verbleibende Wasser wird dadurch salzreicher. Verdunstung kann den Salzgehalt ebenfalls erhöhen, weil Wasser entweicht, das Salz aber zurückbleibt.

Das Absinken an einzelnen Orten genügt noch nicht, um die gesamte Zirkulation zu erklären. Die Bewegung besteht aus mehreren miteinander verbundenen Teilen:

1. In hohen Breiten wird Wasser kalt und dicht.
2. Es sinkt unter geeigneten Bedingungen in die Tiefe.
3. Als Tiefen- und Bodenwasser breitet es sich über große Entfernungen aus.
4. Durch Auftrieb und Vermischung gelangt Wasser andernorts wieder in höhere Schichten.
5. Oberflächennahe Strömungen führen Wasser in Richtung der Absinkgebiete zurück.

Wichtige Bildungs- und Absinkgebiete liegen unter anderem in der Labradorsee, im Raum Grönland sowie in antarktischen Randmeeren wie dem Weddellmeer und dem Rossmeer.

Abgesunkenes Wasser wird in der Tiefe durch die Form der Ozeanbecken und des Meeresbodens gelenkt. Der Antarktische Zirkumpolarstrom trägt dazu bei, tiefe Wassermassen zwischen Atlantik, Indischem Ozean und Pazifik zu verteilen. Auf dem Rückweg können Wassermassen sich vermischen, aufsteigen und ihre Eigenschaften verändern.

Die Bezeichnung „thermohalin“ hebt Temperatur und Salzgehalt hervor. Die wirklichen Strömungswege entstehen jedoch durch das Zusammenspiel mehrerer Einflüsse.

• Dichteunterschiede ermöglichen Absinken und dichtegetriebene Tiefenströmungen.
• Wind überträgt durch Reibung Bewegung auf das Oberflächenwasser.
• Erdrotation lenkt bewegte Wassermassen durch die Corioliskraft ab.
• Topographie – also Küsten, Schwellen und die Form der Ozeanbecken – führt und begrenzt Strömungswege.
• Vermischung und Auftrieb bringen Tiefenwasser wieder in höhere Schichten.

Der Golfstrom zeigt dieses Zusammenspiel besonders gut. Er transportiert warmes Wasser aus niedrigeren Breiten in den Nordatlantik und trägt zum Wärmetransport in Richtung Europa bei. Er ist jedoch nicht nur der „Sog“ absinkenden Wassers: Großräumige Windfelder, Erdrotation und die Form des Atlantiks beeinflussen ihn ebenfalls.

Meeresströmungen transportieren Wärme. Warmes Wasser bewegt sich aus niedrigeren Breiten polwärts, während kaltes Wasser in anderen Schichten zurückströmt. Dieser Wärmetransport beeinflusst regionale Temperaturen und den Wärmehaushalt des Ozeans.

Deshalb reicht die geografische Breite allein nicht aus, um das Klima eines Küstenraums zu erklären. Auch die Lage zu warmen oder kalten Meeresströmungen ist wichtig. Der Wärmetransport des Golfstromsystems trägt beispielsweise zu vergleichsweise milden Bedingungen in Teilen Europas bei.

Strömungen verteilen außerdem Sauerstoff und Nährstoffe. Veränderungen der Zirkulation können daher nicht nur das Klima, sondern auch Lebensräume und marine Ökosysteme beeinflussen.

Schmelzwasser und Niederschlag führen dem Meer Süßwasser zu. Dadurch sinkt der Salzgehalt des Oberflächenwassers. Seine Dichte nimmt ab, und eine leichtere obere Wasserschicht kann stabiler über dichterem Tiefenwasser liegen.

Die mögliche Wirkungskette lautet:

mehr Süßwasser → geringerer Salzgehalt → geringere Dichte an der Oberfläche → erschwertes Absinken → veränderte oder schwächere Umwälzung

Diese Kette zeigt einen möglichen Mechanismus, aber keine überall zwangsläufige Folge. Wie stark sich die Zirkulation verändert, hängt unter anderem von Menge, Ort und Dauer des Süßwassereintrags sowie von Wärme, Wind und Rückkopplungen zwischen Ozean und Atmosphäre ab.

Als paläoklimatisches Beispiel wird angenommen, dass ein starker Schmelzwassereintrag in den Nordatlantik während der Jüngeren Dryas die Schichtung und Zirkulation veränderte und so zur Abkühlung Nordeuropas beitrug. Das ist eine begründete Erklärung für vergangene Veränderungen, aber kein Beweis dafür, dass jeder heutige Süßwassereintrag dieselben Folgen haben muss.