Die Ozeane 1. Wasser der Ozeane

Eigenschaften des Wassers

Die Erde wird von 71% Wasser bedeckt. 97% des ganzen Wasseranteils befindet sich in den Ozeanen. Ein Wassermolekül setzt sich aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom zusammen. Wegen der Elektronenanziehung in seinen Atomen hat Wasser eine schwache negative Teilladung am Sauerstoff und eine positive an den beiden Wasserstoffatomen.


Wenn Wassermoleküle zusammenkommen, werden sie darum voneinander angezogen, weil sie positiv und negativ sind. Die Bindung zwischen negativem Sauerstoff und positivem Wasserstoff wird als Wasserstoffbrückenbindung bezeichnet. Sie ermöglicht die besonderen Eigenschaften des Wassers, die das Leben auf der Erde erlauben

• Das Wasser kommt auf der Erde als einzige natürliche Substanz als Flüssigkeit, als Feststoff (Eis) und Gas (Wasserdampf) vor.

• Die grösste Dichte bei Wasser liegt bei 4°C.
  Wasserstoffbrückenbindungen geben dem Eis eine offene und geordnete Struktur. Dies führt dazu, dass Eis weniger dicht als Wasser ist und auf der Wasseroberfläche treibt.

• Wasser hat eine sehr hohe Wärmekapazität. Es ist also eine große Energiemenge erforderlich, um seine Temperatur zu erhöhen. Diese Energie wird zum Trennen der Wasserstoffbrückenbindungen benötigt. Die Sonne wirkt sich nur in einer relativ geringen Temperaturschwankung auf unserem Planeten aus. So wird Leben möglich. Im Sommer wird Wärme in den Ozeanen gespeichert und im Winter wieder freigesetzt. Das heisst, die Ozeane tragen zu einer Mäßigung des Klimas bei und reduzieren die Temperaturunterschiede zwischen den Jahreszeiten.

• Es wird viel Energie von der Sonne benötigt, um flüssiges Wasser in Dampf umzuwandeln. Es kann zu Regen führen, da der Wasserdampf von einer warmen in eine kalte Zone bewegt. Die gespeicherte Wärme wird freigesetzt und die Lufttemperatur wird erhöht. Bei diesen grossen Energiemengen können Stürme und Winde entstehen. Viele Substanzen lösen sich in Wasser und werden von den Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert. Der Transport von Sauerstoff, Kohlendioxid, Nährstoffen und Abfallstoffen in Wasser wird ermöglicht. Seewasser hat eine höhere Dichte, einen niedrigeren Schmelzpunkt und einen höheren Siedepunkt als reines Wasser.
  
  
  

Ozeanzirkulation

Den höchsten Anteil der Sonnenenergie bekommt der Äquator ab. Dies führt zu großen Temperaturunterschieden. Sie bestimmen die Bewegung der Luft wie auch der Ozeane. Das führt dazu, dass Wärme vom Äquator zu den Polen transportiert wird.

50% dieses Energietransportes entfällt auf die Ozeane. Diese sind sehr wichtig als Kontrollfunktion im Klimasystem. Wenn sich der Ozeankreislauf durch die Erderwärmung ändert, so können auch Änderungen im Klima auftreten. Die Zirkulation der Ozeane transportiert auch Sauerstoff aus der Luft in den Ozean und ermöglich das Leben im Meer.

Man spricht von einem 'marinen Förderband', da das Wasser sich um den Erdball bewegt, als sei es ein Förderband. Die Distanz, die das Wasser zurücklegt, ist riesig. Die Ozeane benötigen tausend Jahre, bis sie einmal um die Erde geflossen sind.

Die Bewegung des Wassers hat zwei Komponenten:

1. eine Zirkulation, die durch die Unterschiede in der Dichte des Seewassers gesteuert werden. Die Dichte hängt von der Temperatur ab, und auch vom Salzgehalt des Wassers. Die Bewegung wird aus diesem Grund auch thermohaline Zirkulation genannt (griechisch: thermo = warm, háls = Salz).
   eine vom Wind getriebene Zirkulation, die zu riesigen Oberflächenströmen führt, wie z.B. dem Golfstrom.
   
2. eine Zirkulation, die vom Wind getrieben wird und die zu riesigen Oberflächenströmen führt, wie z.B. dem Golfstrom.

Thermohaline Zirkulation

Die Ozeanströme transportieren Oberflächenwasser in die Polargebiete, wo es sich abkühlt. Das Oberflächenwasser wird durch die Ozeanströme in die Polargebiete, wo es sich abkühlt transportiert. Das Abkühlen setzt die Wärme frei, lässt das Wasser aber so stark abkühlen, dass es auf den Grund des Ozeans sinkt, wegen seiner grösseren Dichte. Das Tiefenwasser schiebt das bestehende Tiefenwasser in Richtung des Äquators. Die wichtigsten Regionen dieses Prozesses sind die Labrador- und Grönlandsee im Nordatlantik. Das abgesunkene Wasser fließt auf dem Grund des Atlantiks in Richtung Süden, während es weiterem warm-salzigen Oberflächenwasser die Möglichkeit gibt, nach Abkühlen seine Stelle einzunehmen.

Antarktis

Das geschieht auch rund um die Antarktis, während der Seeeisproduktion. Das Eis enthält sehr wenig Salz, welches sich während der Bildung in dem umgebenden Wasser anreichert und dichter wird. Es gleitet zum Ozeanboden und bildet dort antarktisches Bodenwasser. Dieses breitet sich unter dem nordatlantischen Tiefenwasser aus und verteilt sich fast über den gesamten Ozeanboden.

Studien haben gezeigt, dass dieser Prozess des allmählichen Auftriebes zu langsam ist, um das Alter des Seewassers zu erklären.Man nimmt an, dass das Tiefenwasser auf dem Grund der Ozeane zirkuliert und dort auf die mittelozeanischen Rücken trifft. Es kommt zu einem starken Mischungsprozess, der das Tiefenwasser zum Auftrieb an die Oberfläche zwingt. Auch der Wind erzeugt eine starke Durchmischung und bringt auch Tiefenwasser an die Oberfläche zurück. Ist es oben angelangt, fliesst es zurück zu den Polen über vom Wind getriebene Oberflächenströme. Der Kreislauf ist dadurchgeschlossen.

Wind getriebene Zirkulation

Der Golfstrom

Er ist ein vom Wind angetriebener, wichtiger Ozeanstrom und transportiert warme, tropische Luft aus dem karibischen Meer und dem Golf nach Nordeuropa. Das warme Wasser erwärmt die Luft.

Das Ergebnis dieser Wärmeströmung ist, dass die Temperatur in Nordeuropa deutlich höher liegt, als in vergleichbaren.

Wie Ozeane Kohlendioxid aufnehmen

Der Anteil voh einem wichtigen Treibhausgas, dem Kohlendioxid (CO2) hat sich stets verändert. Das geschah durch natürliches, wie auch durch menschliches Einwirken. Viel von diesem Stoff wird in den Ozeanen, auf dem Festland oder in Pflanzen und Boden gespeichert.

Der grösste Teil liegt in den Sedimenten, an Land wieauch in den Weltmeeren. Die weit verbreitetste Form ist Calciumcarbonat (CaCO3). Die zweitgrößte Lagerstätte besteht aus gelöstem Carbonat (CO32-) und Hydrogencarbonat (HCO3-). Ein Drittel der Stoffe, der durch Verbrauch von fossilen Brennstoffen entsteht, wird von den Ozeanen gespeichert, nimmt man an.

Physikalische Prozesse

Die Reaktion von Kohlendioxid mit Carbonat führt zur Bildung von Hydrogencarbonat. Wegen der niedrigen Konzentration, löst sich weiteres Kohlendioxid im Seewasser. Chemiker sprechen vom Prinzip : Le Chatelier. Da das Wasser in die Tiefen des Ozeans sinkt, kann das Kohlendioxid für mehr als 1000 Jahre gespeichert werden, bevor es an die Oberfläche zurückkehrt.

Biologische Prozesse

Auch durch die Photosynthese von Phytoplankton wird Kohlendioxid aufgenommen und in pflanzliches Material überführt. Die Pflanzen des Festlandes und das Phytoplankton der Meere nehmen etwa die gleiche Menge an Kohlendioxid auf. Der Hauptteil des CO2 geht wieder zuück in die Atmosphäre, sobald das Phytoplankton abstirbt oder gefressen wird. Ein Teil geht jedoch an die tiefe See verloren. Wenn solches Pflanzenmaterial absinkt, bezeichnet man es als biologische Pumpe. Es trägt dazu bei, Kohlendioxid von der Atmosphäre in den tiefen Ozean zu pumpen. Es findet vor allem in den höheren Breiten statt, weil das dort lebende Phytoplankton groß genug ist, aus dem Oberflächenwasser heraus in die Tiefe zu sinken, wenn die Pflanze stirbt.

Man ist sich noch nicht über alle Gründe bewusst, warum bestimmte Phytoplanktonarten in bestimmten Teilen der Ozeane verbreitet sind. Wir können also nicht voraussagen, ob der Mensch die Menge an Calciumcarbonat erzeugendem Phytoplankton möglicherweise reduzieren kann.