Wärmebilanz der Erde
 

1/3 des globalen Wärmetransports durch Oberflächentransport der Ozeane
Strahlungsenergie als Funktion der geogr. Breite -> polwärtiger Transport
Ozeanerwärmung erfolgt von Oberfläche her (stabile Schichtung) im Gegensatz zur Atmosphäre (Konvektionen und Winde treiben die Oberflächenströme und verteilen die Wärme)
Oberflächentemperaturen spiegeln Temperaturgradienten wieder, der Zirkulation erhält (Unregelmäßigkeiten durch Kontinente auf Nordhalbkugel)
Hohe Temperatur und Schwankungen auf wenige 100 m beschränkt, darunter Kalt-wasser, Warm- und Kaltwassersphäre getrennt durch Thermokline (Sprungschicht, Tropen 400-500 m, Subtropen 500-1000 m, polwärts an Oberfläche -> ozeanische Polarfront)

Oberflächenströme

Triftströme

Wind über Wasserfläche erzeugt Schubkraft -> Trift
Ablenkung gemäß der Ekman-Spirale (Schubkräfte über Reibung nach unten weitergegeben unter Geschwindigkeitsabnahme und sukzessive, coriolisbedingte Richtungsänderung) erzeugt etwa 100 m tiefe Ekman-Schicht mit durchschnittlich 90° Abweichung zur Windrichtung
-> Äquatoriale Ströme nach Westen (durch Passate), Ostwärtige Ströme (durch Westwindzone), Westwärtige Ströme um Pole (durch Easterlies)
-> dieses Muster durch Landmassenverteilung (Nordhalbkugel) nicht verwirklicht
 

Gyren oder Strömungskreise

Triftströme treffen auf Hindernisse und fächern sich in entgegengesetzte Richtungen auf
-> Gegenströme (äquatorialer Gegenstrom)
-> Strömungskreise bzw. Gyren entstehen (Subtropische Gyren)
-> Asymmetrie der Temperaturverteilung
-> Asymmetrie der Strömungsintensität als Resultat der Coriolisbeschleunigung: mit höherer geogr. Breite Beschleunigung im Drehsinn (Strahlströme an Westseite der Ozeane) und mit niedriger geogr. Breite Abschwächung (breite Ströme)
-> Konvergenz innerhalb der Subtropischen Gyren (durch entgegengesetzte Schubspannungen???) sorgt für leicht erhöhten Meeresspiegel und erzeugt den Sverdrup-Transport (Absteigende Bewegung erfasst Oberflächenwasser bis zur Kaltwasser-grenzschicht und sorgt für Nährstoffarmut, Ekman-Pumpe), umgekehrt in Subpolaren Gyren (Nährstoffreichtum)
 

Freistrahlströme

Beispiel Golfstrom: Abfluss des Nordäquatorial bzw. Karibenstroms tritt gebündelt auf den Nordatlantik aus, entlang des Kontinentalhangs (bis 1000 m Wassertiefe), dann Aufspaltung, weiter als Nordatlantik- bzw. Norwegenstrom
Trennt kaltes, salzarmes von warmem, salzreichem Wasser, Ausbildung von Mäandern und Stromwirbeln (Golfstromwirbel, Eddies), 5-8 Ringe jährlich mit Lebensdauer bis 3 Jahre
 

Auftriebs-Regionen (Upwelling)

Westseiten der Kontinente: subtropische Gyren führen kühles Wasser aus höheren Breiten heran (Benguela-, Kanaren-, Humboldt- und Kalifornischen Strom), ablandige und küstenparallel Winde erzeugen Querzirkulation, Wasser wird seewärts getrieben, an Schelfkante dringt kaltes Wasser aus ca. 300 m Tiefe auf = upwelling (wichtig für Nährstoffproduktion, Sekundärproduktion), außerdem Auftriebsgebiete im Arabischen Meer durch SW-Monsun und im Bereich des Äquatorialen Unterstroms (i.Z. mit dem von Passaten aufgebauten W-O-Gefälle des Meeresspiegels??) Besondere Bedeutung für "El Nino Southern Oscillation".

Vertikalkonvektion
 

Antriebe der Vertikalkonvektion

Dichteunterschiede erzeugen Vertikalzirkulation (Dichte bestimmt durch Temperatur und Salzgehalt, Veränderung nur an der Wasseroberfläche durch Erwärmung/Abkühlung bzw. durch Niederschlag, Verdunstung und Eisbildung) -> leichtes, warmes Wasser breitet sich aus, kaltes und salzreiches Wasser sinkt ab
Thermische Komponente sorgt für generelle Zirkulation des warmen Wasser polwärts und des kalten Wasser äquatorwärts
Haline Komponente komplizierter, abhängig von Wasserbilanz Salinität
Thermische und Haline Komponente = Thermohaline Zirkulation, zusammen mit winderzeugten Oberflächenbewegungen ergeben sich Divergenz- und Konvergenzzonen (Äquatoriale Divergenz, Subtropische Konvergenz, Subpolare Konvergenz, Subpolare Divergenz, Festlandskonvergenz)
 

Wassermassen der Tiefenzirkulation

Bodenwasser (kühl und salin): Antarktisküste wichtigste Region -> Antarktisches Bodenwasser, sonst Arktis
Zwischenwasser gebildet an subpolaren Konvergenzzonen (kühl, salzarm)
Tiefenwasser: vor Grönland, Island und Schottland sowie im Labradormeer bildet sich das NADW (Nordatlantisches Tiefenwasser), wird ergänzt durch Mittelmeerausfluss und fließt als stark geschichteter salzreicher Wasserkörper zwischen 1000 und 4000 m Tiefe nach Süden
Bei Antarktischer Divergenzzone Eintritt in den ostwärts gerichteten Antarktischen Wasserring ein
Kompensation dieses Massenverlustes über Oberflächenrückfluss -> Fließbandsystem (Conveyor Belt)
 

Zirkulation der Nebenmeere

Typ A1: Langsame Ausbreitung dichteren Wassers über den Beckenboden und über den Sill
Typ A2: Arides Meer mit hohem Sill, dichtes, hochsalines Wasser strömt über den Sill wasserfallartig aus
Typ B1: Nebenmeer mit beständiger Dichtesprungschicht, leichteres Wasser strömt oberflächlich aus, über Sill strömt dichtes Wasser ein
Typ B2: Humides Meer mit starker Dichteschichtung und hohem Sill, stagnierendes Tiefenwasser

Paläoozeanographie und Klimawandel
 

Änderungen in der thermohalinen Zirkulation -> Frischwasserzufuhr (Niederschlag, Abfluss, Schmelzwässer), Insolationsänderungen [externe Faktoren] oder interne Modifikationen im Conveyor Belt (Salzgehaltänderung), Nachweis über planktonische Fauna/Flora oder marine Lithostratigraphie

Bildung des NADW (=Abkühlung) setzt Wärme frei -> Variation durch Mischung mit Schmelzwässern (Salzgehalt sinkt, Absinkrate nimmt ab, weniger warmes und salzhaltiges Wasser kommt nach und weniger Wärme kann freigesetzt werden -> Transportrate des Conveyor Belt sinkt bzw. erliegt, Polarfront weicht nach Süden -> Wärme verliert ihre Wirkung aufs europäische Klima, Abkühlung) -> An-/Aus-Zustand des Förderbands

Zu Beginn des LGM (Late Glacial Maximum) selbe Funktionsweise wie heute, langsame Abnahme der NADW-Bildung (Schmelzwässer), etwa am Übergang zum Holozän Stillstand der NADW-Produktion (Schmelzwassermengen durch Klimaverbesserung und Einleitung der Schmelzwässer über den St.Lorenz-Strom -> Junge Dryas-Zeit), dann wieder Anstieg der Produktion

Fjordprinzip als alternative Hypothese: Mischung mit Schmelzwässern sorgt für Klimaverbesserung im Bereich Europas dadurch, dass kalte Schmelzwässer absinken und nordwärts ersetzt werden durch aus dem Süden strömendem wärmerem Oberflächenwasser (Junge Dryas als Pause in diesem Prinzip)

Literatur:
 

OTT: Meereskunde
GARRISON: Oceanography
LOWE: Reconstructing Quaternary Environments