Das ENSO-Phänomen

Meerwasser

Meerwasser ist eine Mischung aus 96,5 % reinem Wasser und 3,5 % anderer Bestandteile, wie Salzen, gelösten Gasen, organischen Substanzen und ungelösten Partikeln. Die Zusammensetzung dieser Salzlösung ist nahezu konstant, besitzt aber unterschiedliche Konzentrationen.  Die mittlere Dichte des Meerwassers beträgt 1037 kgm^-3, der pH-Wert bewegt sich zwischen 7,8 und 8,4.

Trotz der hohen Zahl von chemischen Elementen, die im Meerwasser gelöst sind (über 70), machen nur sechs von ihnen 99 % von allen Meerwassersalzen aus: Chlor, Natrium, Magnesium, Kalzium, und Schwefel. Speisesalz (Natriumchlorid) alleine macht 86 % aus. Alle Salze kommen als Ionen vor (elektrisch geladene Atome) oder als Moleküle (Gruppen von Atomen). Der Salzgehalt des Meerwassers, also der relative Gewichtsanteil der gelösten Substanzen wird durch die Salinität angegeben.

Geochemiker gehen davon aus, dass sich die Zufuhr der meisten anorganischen chemischen Komponenten über Flüsse, Atmosphäre und hydrothermale Quellen seit Jahrmillionen im Gleichgewicht mit ihrer Entfernung aus der Wassersäule befindet. Dieses Gleichgewicht kann durch massive anthropogene Störungen außer Kraft gesetzt werden (z.B. Bleizufuhr aus Autoabgasen). Der Ozean stellt das bei weitem größte natürliche Kohlenstoffreservoir dar, das ein gewaltiges Aufnahmepotetial für anthropogen erzeugtes CO₂ besitzt.

Meridionalschnitt der Sauerstoffkonzentration im Pazifik entlang der Datumslinie Der untere Teil der Abbildung ist eine Vergrößerung der oberen 1.500 m des gleichen Schnitts. Quelle: M. Tomczak (2002)

Deutlich ist die Abnahme der Sauerstoffkonzentration mit der Tiefe. An der Oberfläche liegt die Sauerstoffkonzentration über 7 ml/l in den Polarregionen und bei etwa 4,5 ml/l in den Tropen. Unter etwa 1.000 m fällt die Konzentration auf ca. 4 ml/l. Insbesondere die Tiefen des Nordpazifik sind sauerstoffarm (<2 ml/l). Solch extremen Werte sind nicht typisch für alle tiefen Ozeanbecken. Die niederen Sauerstoffkonzentrationen in der Tiefe haben meist ihre Ursache in der Sauerstoffaufnahme bei der Remineralisierung von Nährstoffen. Die Sauerstoffaufnahme durch Meeresorganismen besitzt nur eine sehr geringe Bedeutung.

Zur weiteren Beschreibung des Zustandes von reinem Meerwasser werden neben dem Salzgehalt die Größen Temperatur (in °C) und Druck (in dbar, Dezibar) herangezogen. Es ist möglich, je eine dieser drei Zustandsgrößen durch andere, z.B. durch die elektrische Leitfähigkeit, die Schallgeschwindigkeit oder die optische Brechzahl zu ersetzen.

Das Ozeanwasser besitzt eine zentrale Rolle im Klimasystem. Sie beruht auf dem asymmetrischen Aufbau des Wassermoleküls, der es zu einem elektrischen Dipol macht und die temperaturabhängige Aggregatbildung von Wassermolekülen fördert. Daraus ergeben sich die für das Klima wichtigen Strahlungseigenschaften des Wassers und seine Eigenschaft, die größte Dichte bei 4 °C zu besitzen. Da infolgedessen seine feste Phase, das Eis, schwimmt, sind große Meeresgebiete in den polaren Breiten eisbedeckt. Wegen des Zusammenhaltes der Moleküle reagiert Wasser träge auf Erwärmung bzw. Abkühlung. Es besitzt die höchste Wärmekapazität unter den flüssigen und festen Stoffen (außer Ammoniak), und Siede- bzw. Gefrierpunkt liegen bei 100 °C und 0 °C anstatt bei -80 °C bzw. -110 °C, wie es beim symmetrischen Aufbau des Wassermoleküls der Fall wäre. Die Trägheit des Klimas ist vor allem eine Folge dieser hohen Wärmekapazität.

Der Salzgehalt im Meer verändert die beschriebenen Eigenschaften des Wassers erheblich. So verschiebt sich die Temperatur des Dichtemaximums auf -3,8 °C bei einem Salzgehalt von 34,7 ‰ und gerät damit unter den Gefrierpunkt von -1,9 °C. Dadurch kann im Meer bei Abkühlung bis zum Einsetzen der Eisbildung das Phänomen der Konvektion ablaufen. Dabei sinkt abgekühltes und gleichzeitig dichtes wasser ab, wärmeres und weniger dichtes Wasser aus der Tiefe steigt auf, gibt seinen Wärmeinhalt an die Atmosphäre ab und sinkt erneut in die Tiefe. Dabei nimmt das Wasser atmosphärische Gase auf, z.B. Kohlendioxid und sorgt für ihren raschen Transport in die Tiefsee. In den polaren und subpolaren Breiten wird die Konvektion des Meerwassers, welche durch das Wärmedefizit der hohen Breiten und die damit verbundene Dichteerhöhung entsteht, regional zusätzlich unterstützt durch das beim Gefrieren von Meerwassers freigesetzte Salz. Es trägt seinerseits zur Erhöhung der Dichte bei.