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Thermohaline Zirkulation
Die thermohaline Zirkulation, umgangssprachlich auch globales Förderband (englisch ocean conveyor belt), ist ein ozeanografischer Terminus für eine …
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Kernidee und Antrieb
Die thermohaline Zirkulation ist eine Kombination von Meeresströmungen, die vier der fünf Ozeane miteinander verbinden und zusammen einen globalen Kreislauf bilden. Umgangssprachlich wird sie auch „globales Förderband“ genannt. Sie ist wichtig, weil sie große Mengen Wasser und Wärme zwischen den Ozeanen austauscht und damit ein zentrales Muster der weltweiten Meereszirkulation beschreibt.
„Thermohalin“ bedeutet, dass Temperatur und Salzgehalt des Meerwassers den Antrieb bilden. Beide beeinflussen die Dichte des Wassers: Kaltes und salzreiches Wasser ist dichter und kann absinken. Temperaturunterschiede entstehen unter anderem dadurch, dass die Sonneneinstrahlung je nach geographischer Breite unterschiedlich stark ist.
Entstehung des Konzepts
Anfang der 1970er Jahre konnten erstmals ozeanografische Daten der gesamten Erde gemeinsam ausgewertet werden. Diese Gesamtschau zeigte, dass windgetriebene und dichtegetriebene Strömungen miteinander vernetzt sind.
Dabei wurde postuliert, dass auch der Golfstrom nur eine Teilströmung einer globalen Zirkulation ist. In Anlehnung an ein mechanisches Förderband entstand dafür die Bezeichnung „großes marines Förderband“ oder „globales Förderband“. Im wissenschaftlichen Sprachgebrauch heißt es „globale thermohaline Zirkulation“.
Globales Zirkulationsmuster
Die Zirkulation umfasst Strömungen an der Oberfläche und in der Tiefe. Kaltes Wasser bewegt sich in etwa 1,5 bis 3,0 km Tiefe größtenteils parallel zum Kontinentalabhang auf der westlichen Seite der Ozeanbecken. Dies hängt mit der Erdrotation zusammen.
Ein wichtiger Ausgangspunkt des Kreislaufs liegt im Nordatlantik. Dort sinkt im Winter salzreiches und kaltes Meerwasser auf 1 bis 4 km Tiefe ab. Ausgelöst wird das durch Abkühlung und durch eine Zunahme des Salzgehalts, die durch Verdunstung und Eisbildung entsteht. Das abgesunkene Wasser fließt am oder nahe dem Meeresgrund als kalte Tiefenströmung, das Nordatlantische Tiefenwasser, bis zum Ausgang des Südatlantiks.
Von dort wird es mit dem Zirkumpolarstrom in den Indischen Ozean und den Pazifik transportiert. Der Zirkumpolarstrom des Südlichen Ozeans umströmt den gesamten Globus und vermischt die Wassermassen der drei angrenzenden Ozeane. Wahrscheinlich steigt in diesem Gebiet das meiste kalte Wasser auf und wird durch windgetriebene Vermischung erwärmt.
Anschließend bewegen sich die veränderten Wassermassen wieder zurück: entweder an die Oberfläche, etwa als Oberflächenwasser im Pazifik, oder in wenige hundert Meter Tiefe, etwa als Zwischenwasser im Indischen Ozean. Besonders in äquatorialen Bereichen erwärmt sich das Wasser. Danach fließt es als warme Oberflächenströmung zunächst an Indonesien vorbei, dann um die Südspitze Afrikas, weiter in die Golfregion Mittelamerikas und schließlich als Golfstrom in den Nordatlantik. Dort sinkt es erneut ab, wodurch sich der Kreislauf schließt.
Weitere Einflussfaktoren
Neben den rein thermohalinen Effekten beeinflussen mehrere weitere Faktoren die Form der Meeresströmungen. Dazu gehören die Verteilung der Kontinente, die Corioliskraft und der windbedingte Effekt der Korkenzieherströmung. Die Corioliskraft trägt dazu bei, dass Strömungen besonders an Westküsten auftreten. Zusammen erzeugen diese Einflüsse regional sehr komplexe Strömungsmuster, zum Beispiel große Strömungswirbel an der Südostküste Südamerikas.
Auch der Arktische Ozean ist teilweise beteiligt, weil ein kleiner Anteil von Wassermassen aus ihm in den Atlantik strömt. Viele Einflussfaktoren hängen von der lokalen Stärke der Sonneneinstrahlung ab. Deshalb können Meeresströmungen im Jahresverlauf unterschiedlich ausgeprägt sein, etwa im Indischen Ozean durch den Monsun. Wichtige Prozesse sind Upwelling, also das Aufsteigen von Wasser, und Downwelling, also das Absinken von Wasser.
Langfristig verändert die Kontinentaldrift die Land-Meer-Verteilung und damit auch die Hauptströmungen. Als vergleichsweise kurzfristiger Einflussfaktor wird eine Abschwächung des Nordatlantikstroms durch das Abschmelzen polarer Eiskappen für möglich gehalten. Dafür werden auch Beispiele aus der Klimageschichte genannt.
Tiefenrandströme
Tiefenrandströme leisten einen weiteren Beitrag zur globalen Meerwasserzirkulation. Damit sind küstennahe Tiefseewirbel gemeint. Ein Beispiel sind Wirbel vor der Küste Brasiliens im Brasilstrom, die sogenannten Brasilstromringe.
Diese Wirbel treten zeitlich und räumlich periodisch auf. Dadurch entsteht eine sogenannte Wirbelstraße. Das Phänomen wurde im Jahr 2004 entdeckt. Eine genaue Erklärung gibt es noch nicht. Computermodelle deuten jedoch darauf hin, dass der Brasilstrom auf Höhe der brasilianischen Stadt Recife wegen der dort zurückspringenden Küste und der dadurch verringerten Reibung in eine turbulente Strömung zerfällt.
Risiken durch Erwärmung
Die globale Erwärmung kann die thermohaline Zirkulation verändern. Durch zunehmende Eisschmelze an den Polkappen gelangt zusätzliches Süßwasser ins Meer. Dadurch verändert sich vor Ort der Salzgehalt des Meerwassers und damit auch die thermohaline Dynamik. Die Bildung antarktischen Bodenwassers wird im Artikel als einer der „Motoren“ der thermohalinen Zirkulation genannt.
Beim Erreichen eines Tipping Point wird ein Dominoeffekt befürchtet, bei dem betroffene Systeme zusammenbrechen. Die thermohaline Zirkulation kann laut Artikel schon bei einer Erderwärmung zwischen 1 und 3 Grad durch starkes Abschmelzen des Grönlandeises beeinflusst werden. Ein Zusammenbruch wäre mit weiteren Systemen rückgekoppelt: mit der El Niño-Southern Oscillation, dem teilweisen Absterben des Amazonas-Regenwaldes sowie dem Abschmelzen von antarktischem Meer- und später Festlandeis.
