Ozean

Begriff, Verbreitung und Einteilung

Als Ozeane bezeichnet man die größten Meere der Erde. Die zusammenhängende Wassermasse aller Ozeane wird auch Weltmeer genannt. Verallgemeinert spricht man auch bei großen Wassermengen auf anderen Himmelskörpern von Ozeanen.

71 Prozent der Erdoberfläche sind von Meeren bedeckt. Die Meere konzentrieren sich vor allem auf die Wasserhemisphäre, deren Zentrum im Pazifik nahe Neuseeland liegt. Auf der gegenüberliegenden Landhemisphäre befinden sich hauptsächlich der Atlantische Ozean, der Arktische Ozean sowie Teile des Südlichen und des Indischen Ozeans.

Nach einem Beschluss der Internationalen Hydrografischen Organisation aus dem Jahr 2000 gibt es fünf Ozeane: den Arktischen Ozean, den Atlantischen Ozean, den Indischen Ozean, den Pazifischen Ozean und den Südlichen beziehungsweise Antarktischen Ozean. Im Alltag werden häufig nur drei Ozeane unterschieden: Atlantik, Pazifik und Indischer Ozean. Historisch ist außerdem die Bezeichnung „Sieben Weltmeere“ gebräuchlich. Eine alternative Einteilung zählt Nord- und Südatlantik, Nord- und Südpazifik, das Nord- und Südpolarmeer sowie den Indischen Ozean und kommt ebenfalls auf sieben Ozeane.

Gestalt und Wasserbewegungen

Die Ozeane unterscheiden sich unter anderem durch Volumen, Salzgehalt, Gezeiten, Wellen, Meeresströmungen und ihre erdgeschichtliche Entwicklung. In ihnen liegen mittelozeanische Rücken, Schwellen, Tiefseebecken, Tiefseerinnen und Meerestiefs. Inseln, Inselgruppen, Archipele und Halbinseln gliedern die Meere; die Polarmeere sind teilweise oder vollständig von Pack- und Treibeis bedeckt.

Der Ozeanboden besteht aus ozeanischer Erdkruste. Nach der Plattentektonik entsteht an mittelozeanischen Rücken neuer Meeresboden, driftet seitlich weg und taucht in Tiefseerinnen an Subduktionszonen wieder in das Erdinnere ein. Deshalb können Ozeane wachsen, schrumpfen, neu entstehen oder verschwinden. Der Atlantische Ozean ist vermutlich etwa 150 Millionen Jahre alt. Frühere Ozeane waren unter anderem Mirovia, Panthalassa, der Rheische Ozean, Iapetus und Tethys mit dem Randmeer Paratethys.

Der Meeresspiegel hängt auch von der Temperatur ab. Bei niedrigen Temperaturen wird mehr Wasser in Eisschilden und Gletschern auf den Kontinenten gespeichert. Steigende Temperaturen führen durch Wärmeausdehnung und das Abschmelzen von Eis zu einem Meeresspiegelanstieg, der als Transgression bezeichnet wird. Auch Hebungen und Senkungen des Meeresbodens verändern die Küsten. 2009 wurde das Volumen der Ozeane auf 1,33 · 10^9 km³ und die durchschnittliche Tiefe auf 3680 m geschätzt; weniger als 10 % des Meeresbodens waren exakt vermessen.

Meeresströmungen bilden stabile Wasserbewegungen. Das „Globale Förderband“ verbindet vier der fünf Ozeane und kombiniert Oberflächen- und Tiefenströmungen zu einem weltweiten Wasserkreislauf. Dabei entstehen auch Eddies, also große Wasserwirbel, die mehrere 1000 m tief reichen können. Wirbel mit 50 bis 200 km Durchmesser können mehrere Wochen bestehen und kaltes, nährstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche bringen.

Wind erzeugt an der Oberfläche Wellen und transportiert Wasser. Unter dem Einfluss der Corioliskraft entsteht bis etwa 50 m Tiefe eine Korkenzieherströmung. Monsterwellen können durch die Überlagerung mehrerer Wellen mehr als 25 m hoch werden. Tsunamis entstehen durch Seebeben oder Vulkanausbrüche und türmen sich besonders in Küstennähe auf. Gezeiten verursachen regelmäßige Meeresspiegelschwankungen, deren Stärke von der Form der Küste abhängt. Auch interne Wellen sind möglich: In der 320 km breiten Luzonstraße wurden untermeerische Wellen von mehr als 200 m Höhe beobachtet, die sich über tausende Kilometer ausbreiten können.

Meerwasser und Grundzüge des Ökosystems

Meerwasser wird durch geologische und biologische Vorgänge verändert. Durch Serpentinisierung werden jährlich etwa 60 km³ Meerwasser chemisch im Ozeanboden gebunden. Zusätzlich sättigt Wasser die Sedimente am Meeresboden. In Subduktionszonen wird dieses Wasser wieder freigesetzt.

Der Sauerstoffgehalt des Oberflächenwassers hängt vom Übergang von Sauerstoff aus der Luft und von der Sauerstoffproduktion des marinen Phytoplanktons ab. In den Tropen kann das Wasser zeitweise mehr als 100 % Sauerstoffsättigung erreichen. Im Dunkeln verbraucht das Phytoplankton jedoch selbst einen Teil des erzeugten Sauerstoffs. Mit zunehmender Tiefe nimmt wegen des fehlenden Sonnenlichts die Sauerstoffsättigung ab. Zooplankton, Bakterioplankton und der Abbau von Biomasse verbrauchen zusätzlich Sauerstoff.

Sauerstoffreiches Oberflächenwasser sinkt in der Labradorsee, der Grönlandsee und dem Weddell-Meer ab und wird durch das Globale Förderband weltweit verteilt. Dadurch „kippt“ das Tiefseewasser nicht vollständig um. Die Verteilung ist trotzdem ungleichmäßig. In Sauerstoff-Minimum-Zonen, die häufig in den Tropen liegen, können anaerobe Ammoniak-Oxidation und Denitrifikation stattfinden. Eine bedeutende Zone liegt im Arabischen Meer in 200 bis 1150 m Tiefe. Laut Forschern des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel sank der weltweite Sauerstoffgehalt von 1960 bis 2010 um etwa 2 %. Als Ursachen werden steigende Wassertemperaturen und eine schwächere Umwälzung genannt. Für das Ende dieses Jahrhunderts wird in diesem Zusammenhang ein Rückgang um etwa 3 bis 4 % erwartet; an anderer Stelle des Artikels wird für das Jahr 2100 ein Rückgang um 7 % angegeben.

Mit zunehmender Tiefe nimmt das Sonnenlicht ab. In der euphotischen Zone ist Photosynthese möglich. In der dysphotischen Zone reicht das Licht nur noch zum Sehen, in der aphotischen Zone fehlt es vollständig. Die Meerestiefe gliedert sich in den bis 200 m reichenden Schelf, den Kontinentalhang, den Kontinentalfuß in etwa 2000 bis 4000 m Tiefe, das Abyssal bis maximal 6000 m und darunter das Hadal.

Organismen wie Muscheln, Korallen, Kalkalgen und Kieselalgen bauen mit Calciumcarbonat oder Siliciumdioxid Schalen und Skelette. Diese Biominerale können sich in bestimmten Tiefen wieder lösen. Für Aragonit und Calcit gibt es deshalb eine untere Auflösungsgrenze, die Aragonit- beziehungsweise Calcit-Kompensationstiefe.

Lebensräume vom Schelf bis zur Tiefsee

Auftriebsgebiete sind selten und meist saisonal. Dort steigt kaltes, nährstoffreiches Tiefenwasser auf und ersetzt warmes, nährstoffarmes Oberflächenwasser. Der offene Ozean umfasst etwa 80 % der Fläche des Weltmeeres, produziert aber nur 1 % der Biomasse. In diesem oligotrophen, also nährstoffarmen Bereich begrenzen vor allem Stickstoff und Phosphor das Wachstum des Phytoplanktons. Auch Eisenmangel kann eine Rolle spielen; deshalb wird in HNLC-Gebieten mit Eisendüngung experimentiert. Viren können Bakterien, darunter Cyanobakterien, zum Aufplatzen bringen und so Nährstoffe freisetzen. Wasserwirbel, tropische Wirbelstürme sowie Unterwasserberge und untermeerische Gebirge können Nährstoffe aus der Tiefe nach oben transportieren und dadurch vorübergehend Oasen des Lebens schaffen.

Der Schelf ist der bis etwa 200 m tiefe Übergang zwischen Festland und Tiefsee. Zusammen mit Kontinentalhang und Kontinentalfuß bildet er den Rand der Kontinente. Schelfgebiete sind nährstoffreich und wirtschaftlich wichtig. Ausschließliche Wirtschaftszonen ordnen Fischgründe und mögliche Erdöl- und Erdgaslagerstätten der Hoheit angrenzender Staaten zu. In der Europäischen Union gilt die Gemeinsame Fischereipolitik. Tangwälder wachsen meist auf ruhigen, felsigen Schelfgebieten in 15 bis 40 m Tiefe. Auf weichem Boden im Flachmeer und Watt entstehen Seegraswiesen, die ökologisch und für den Küstenschutz bedeutsam sind.

Die Tiefsee erhält kein oder nur sehr wenig Sonnenlicht, sodass dort keine Photosynthese möglich ist. Viele Tiere wandern nachts aus der Schwachlichtzone nach oben, um Nahrung aufzunehmen, und kehren bei Sonnenaufgang in die Tiefe zurück. Häufige Wanderer sind Ruderfußkrebse, Quallen und Krill. Durchsichtigkeit, Gegenbeleuchtung und Biolumineszenz, also die Erzeugung von Licht durch Leuchtorgane, dienen der Tarnung, der Jagd oder der Partnersuche. Die Tiefsee wurde erst seit dem 20. Jahrhundert mit bemannten und unbemannten Tauchfahrzeugen direkt erforscht. Zuvor wurden Tiere etwa bei der Challenger-Expedition (1872–1876) aus bis zu 8000 m und bei der Valdivia-Expedition (1898–1899) aus etwa 4600 m Tiefe mit Netzen geborgen.

Der Ozeanboden ist der flächengrößte Lebensraum der Erde. In Küstennähe und an Kontinentalhängen finden sich Sand, Kies, Schlick und Schlamm. Weiter vom Kontinent entfernt lagern sich vor allem Tone und Reste von Mikroorganismen ab, die als Meeresschnee absinken. So entsteht eine durchschnittlich 800 m dicke Sedimentschicht, die zur tiefen Biosphäre gehört. Dort leben in der oberen sauerstoffreichen Schicht Bakterien und wenige Archaeen, darunter hauptsächlich Archaeen. Weitere Bewohner sind Würmer, Schnecken und Muscheln.

Zu den typischen Lebensräumen des Meeresbodens gehören tropische Korallenriffe bis 50 m Tiefe und Kaltwasserriffe an Kontinentalhängen bis 1000 m Tiefe. Letztere sind durch Grundschleppnetzfischerei stark gefährdet. An heißen Quellen der mittelozeanischen Rücken entstehen durch mineralreiche Ablagerungen eigenständige Ökosysteme, die ohne Sonnenlicht auskommen. An kalten Quellen, sogenannten Cold seeps oder Methanquellen, tritt mit Methan und Schwefelwasserstoff angereichertes Wasser aus. Bartwürmer leben dort wie an heißen Quellen in Symbiose mit Bakterien. Auch sinkende Walkadaver bilden für Monate bis Jahrzehnte Nahrungsgrundlagen, unter anderem für Haie, Schleimaale und knochenfressende Würmer.

Klimawandel, Schutz und Klimafunktion

Die globale Erwärmung beruht vorwiegend auf einem durch steigende Treibhausgaskonzentrationen verursachten Energieungleichgewicht im Klimasystem. Die Ozeane nehmen einen großen Teil dieser zusätzlichen Energie auf. Zwischen 1971 und 2010 wurden etwa 93 % des Energieungleichgewichts als Wärmeinhalt der Ozeane gespeichert. Die Erwärmung schädigt Meereslebewesen und führt zusammen mit der Wärmeausdehnung des Wassers zu einem weiteren Meeresspiegelanstieg. Nach dem Erreichen von Klimaneutralität würden die Ozeane wegen ihrer hohen Wärmespeicherkapazität das Absinken der Erdtemperatur stark verlangsamen.

Die Ozeane speichern außerdem große Mengen Kohlenstoff und haben bisher etwa ein Viertel der vom Menschen emittierten CO₂-Menge aufgenommen. Dadurch wirken sie als Kohlenstoffsenke. Veränderungen der thermohalinen Zirkulation, also der durch Temperatur- und Salzgehaltsunterschiede angetriebenen Tiefenzirkulation, können das Klima beeinflussen. Der Artikel nennt für die weitere Erwärmung einen erwarteten Sauerstoffverlust bis 2100; dabei werden sowohl etwa 3 bis 4 % als auch 7 % genannt.

Im Abschnitt zum Umweltschutz verweist der Artikel auf Probleme wie radioaktiven Abfall in Meergewässern, Müllstrudel, Plastikmüll, Schiffsabwasser nach MARPOL, Unterwasserlärm und die Verklappung von Dünnsäure. Der Abschnitt „Internationale Verträge“ enthält keine näheren Angaben.

Ozeane außerhalb der Erde und Aquarien

Unter einer mächtigen Eiskruste existiert wahrscheinlich ein Ozean auf dem Jupitermond Europa; möglicherweise gilt dies auch für Ganymed und Kallisto. Auf dem Saturnmond Enceladus ist ein solcher Ozean sehr wahrscheinlich. Viele Hinweise sprechen dafür, dass der Mars in seiner Frühzeit offene Wasserflächen besaß. Auf dem Saturnmond Titan könnten kleinere Ozeane oder Seen aus Methan und Ethan ganzjährig oder zeitweise vorkommen. Flüssige Schichten aus Helium oder Wasserstoff in den Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sind nur eine spekulative Möglichkeit. Der einzige Mond, dessen Meer die Bezeichnung „Ozean“ trägt, ist der Oceanus Procellarum, der Ozean der Stürme.

Große Aquarien bilden verschiedene Ökosysteme der Ozeane nach. Beispiele sind das Oceanário de Lisboa und das Ozeaneum Stralsund.