71% der Erde sind von Wasser bedeckt, 97% dieses Wasser befindet sich in den Ozeanen. Das Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Auf Grund der Elektronenanziehung in seinen Atomen hat Wasser eine schwache negative Teilladung am Sauerstoff und eine positive an den beiden Wasserstoffatomen. Durch diese entstehen so genannte H-Brücken, welche die Moleküle an einander vorbeifliessen lassen.
Kommen Wassermoleküle zusammen, so werden sie voneinander Aufgrund der unterschiedlichen Ladungen der Wasserstoff- und Sauerstoffatome angezogen. Dabei enstehen Wasserstoffbrücken (auch H-Brücken genannt). Wasser besitzt einzigartige Eigenschaften:*****
- Wasser ist die einzige Substanz, die natürlich alle drei Aggregatzustände erreicht
- Die grösste Dichte des Wassers wird bei 4°C erreciht. Die H-Brücken geben dem Eis eine sehr offene Strucktur. So ist Eis weniger dicht als flüssiges Wasser.
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| - Die Wärmekapazität von Wasser ist sehr hoch. -> Es wird eine grosse Energiemenge benötigt, um die Temperatur zu erhöhen. Diese Energie wird zum Trennen der Wasserstoffbrückenbindungen benötigt. Da 71% der Erde von Wasser bedeckt sind, wirkt sich die Energie von der Sonne nur in einer relativ geringen Temperaturschwankung auf unserem Planeten aus. Hierdurch wird Leben möglich. Während des Sommers wird die Wärme in den Ozeanen gespeichert und im Winter wieder freigesetzt. In dieser Weise tragen die Ozeane zu einer Mäßigung des Klimas bei und reduzieren die Temperaturunterschiede zwischen den Jahreszeiten.
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- Die Verdunstungswärme von Wasser liegt ebenfalls sehr hoch.. Es wird viel Energie von der Sonne benötigt, um flüssiges Wasser in Dampf umzuwandeln. Da dieser Wasserdampf sich aus wärmeren Zonen weg hin zu kälteren Zonen bewegt, wandelt er sich in flüssiges Wasser zurück und kann zu Regen führen. Dieser setzt die gespeicherte Wärme wieder frei und erhöht die Lufttemperatur. Bei diesen Prozessen werden große Energiemengen umgesetzt, die Stürme und Winde auf der Erde antreiben.
- Viele Substanzen lösen sich in Wasser und werden von den Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert. Dies ermöglichte den Transport von Sauerstoff, Kohlendioxid, Nährstoffen und Abfallstoffen in Wasser ebenso wie biologische Prozesse.
- Unpolare Moleküle (z.B Öle) können sich nicht im polaren Wasser lösen.
- Gibt man Salz (Ionen) zum Wasser hinzu, werden die H-Brücken überwunden.
- höhere Dichte
- niedrigerer Schmelzpunkt
- höherer Siedepunkt
Ozeanzirkulation
Die Sonnenenergie fällt nicht überall mit der gleichen Intensität ein. Den höchsten Anteil bekommt der Äquator ab. Der grosse Temperaturunterschied zwischen Äquator und den zwei Polen ist auf das zurückzuführen. Diese Temperaturunterschiede bestimmen die Bewegung der Luft wie auch der Ozeane. Das Ergebnis ist, dass Wärme vom Äquator zu den Polen transportiert wird.
Etwa die Hälfte der Transporte wird hier vom Ozean übernommen. Die Ozeane haben eine sehr wichtige Funktion im Kontrollsystem des Klima's. Wenn sich der Ozeankreislauf durch die Erderwärmung ändert, ist es anzunehmen, dass sich auch das Klima wesentlich ändert.
Das Wasser der Ozeane bewegt sich in einem fort um den Erdball, als handle es sich um ein gigantisches Förderband. Wassermassen werden von der Oberfläche in die Tiefe bewegt und wieder zurück. Die Distanz, die das Wasser dabei zurücklegt, ist riesig. Tausend Jahre brauchen die Ozeane, um einmal um den Erdball zu fliessen.
Die Bewegung des Wassers hat zwei Komponenten, die eng miteinander verwoben sind:
durch Dichte getriebene Zirkulation, Bewegung nennt man thermohaline Zirkulation
vom Wind getriebene Zirkulation, bewirkt Oberflächenströme (z. B. Golfstrom)
Thermahaline Zirkulation
Die Ozeanströme transportieren Oberflächenwasser in die Polargebiete, wo es sich abkühlt. Dieser Prozess des Abkühlens setzt die Wärme frei, die die Luft erwärmt, das Wasser aber so stark abkühlen lässt, dass es dicht genug ist, um auf den Grund des Ozeanes abzusinken. Hierbei gebildetes Tiefenwasser schiebt das bestehende Tiefenwasser in Richtung des Äquators. Das abgesunkene Wasser fließt auf dem Grund des Atlantiks in Richtung Süden.
Antarktis
Auch rund um die Antarktis wird Tiefenwasser gebildet. Dies geschieht während der Produktion von Seeeis. Dieses Eis enthält fast kein Salz. Dieses Salz wird später über fast den ganzen Ozeanboden verteilt.
Heute nehmen wir an, dass das Tiefenwasser auf dem Grund der Ozeane zirkuliert und dort auf die mittelozeanischen Rücken trifft, Gebirgsregionen auf dem Grund des See's. Deren Oberflächenprofil ruft einen starken Mischungsprozess hervor, der das Tiefenwasser zum Auftrieb an die Oberfläche zwingt. Durch den Wind erfolgt ebenfalls eine starke Durchmischung im südlichen Ozean und bringt hierdurch ebenfalls Tiefenwasser an die Oberfläche zurück. Wenn es an der Oberfläche ist, nimmt es wieder seinen Weg zurück zu den Polen über Wind getriebene Oberflächenströme. Der Kreislauf beginnt wieder von vorne.
Wind getriebene Zirkulation
Der Golfstrom
Der Golfstrom ist einer der wichtigsten vom Wind angetriebenen Ozeanströme. Sehr wareme tropische Luft aus dem Karibischen Meer und dem Golf von Mexiko werden über den Nordatlantik nach Nordeuropa transportiert. Durch die Wärme des Wassers wird die Luft über dem Wasser erwärmt. Die Bewegung dieser warmen Luftmasse ist ein bedeutender Weg für den Wärmetransport in nördliche Richtung. Wegen des Golfstroms liegt in Nordeuropa die Durchschnittstemperatur deutlich höher als in anderen Teilen mit ähnlichen Breitengraden. Der Unterschied kann bis zu 9 Grad betragen. Der Golfstrom ist ein Beispiel für einen westlichen Grenzstrom. Er fließt entlang der Westseite des Hauptozeanbeckens. Vergleichbare Ströme gibt es mit dem Kuroshio Strom im Pazifik und dem Aghulas Strom im Indischen Ozean auch in den anderen Weltmeeren. Sie sind durch die Gestalt des Ozeanbeckens bestimmt sowie durch die Hauptwindrichtung und die Rotation der Erde.
Wie Ozeane Kohlendioxid aufnehmen
Das wichtigste Treibhausgas, abgesehen von Wasserdampf, ist Kohlendioxid (CO2). Sein Anteil in der Luft hat sich stets verändert, sei es auf Grund natürlicher Ursachen, sei es auf Grund des menschlichen Einwirkens.
Viel von dem Kohlendioxid, das wir Menschen produzieren bleibt nicht in der Atmosphäre, sondern speichert sich in den Ozeanen, den Pflanzen und dem Boden ein.
Physikalische Prozesse
Kohlendioxid löst sich in kaltem Wasser besser als in warmem. Ausserdem löst es sich in Seewasser besser als in reinem Wasser, weil Seewasser Carbonationen enthält.
Die Reaktion von Kohlendioxid mit Carbonat führt zur Bildung von Hydrogencarbonat.
Auf Grund dieser Reaktion liegen nur 0,5% des anorganischen Kohlenstoffes im Seewasser als gasförmiges Kohlendioxid vor.
Die hierdurch niedrig gehaltene Konzentration erlaubt weiterem Kohlendioxid aus der Luft, sich im Seewasser zu lösen.
Verbliebe Wasser an der Oberfläche der Ozeane und heizte sich auf, während es um den Erdball fließt, so würde das Kohlendioxid wieder relativ rasch in die Atmosphäre entweichen. Sinkt es aber in die Tiefen des Ozeans, so kann das Kohlendioxid für mehr als 1000 Jahre gespeichert werden, bevor es an die Oberfläche zurückkehrt.
Biologische Prozesse
Nicht nur durch physikalischen Transport, auch durch die Photosynthese von Phytoplankton wird Kohlendioxid aufgenommen und in pflanzliches Material überführt. Die Pflanzen des Festlandes und das Phytoplankton der Meere nehmen in etwa die gleiche Menge an Kohlendioxid auf.
Der Hauptteil des so aufgenommenen CO2 geht wieder zuück in die Atmosphäre, sobald das Phytoplankton abstirbt oder gefressen wird. Ein gewisser Anteil jedoch geht in Form absinkender Partikel an die tiefe See verloren. Diesen Vorgang nennt man biologische Pumpe.
Computermodelle geben Anlass zu der Vermutung, dass ein menschlicher Eingriff die Arten von Phytoplankton in den Ozeanen ändern könnte.
Wir kennen bislang noch nicht alle Gründe, warum bestimmte Phytoplanktonarten in bestimmten Teilen der Ozeane verbreitet sind. Dies bedeutet, dass wir nicht vorhersagen können, ob zukünftige Eingriffe des Menschen möglicherweise die Menge an Calciumcarbonat erzeugendem Phytoplankton reduzieren können und, sollte dies geschehen, welche Einflüsse auf unser Klima hieraus resultieren.
