Das ENSO-Phänomen

Deckschicht

Engl. ocean mixed layer (OML), der an der Schnittstelle von Atmosphäre und Ozean befindliche und hinsichtlich Temperatur und Salzgehalt gewöhnlich gut durchmischte Bereich des Ozeans. Entsprechend ist auch die Dichte in dieser je nach Region zwischen 50-100 m und mehr dicken Wassersäule sehr gleichmäßig. Winde, Wärmeflüsse an der Oberfläche oder salinitätserhöhende Prozesse wie Verdunstung oder Meereisbildung sorgen für die zur Homogenisierung nötigen Turbulenzen.

Die Untergrenze der ozeanischen Deckschicht (OD) wird durch einen deutlichen Gradienten markiert, an dem sich die Wassereigenschaften ändern. Oft ist es eine abrupte Temperaturänderung im Bereich der Thermokline. Manchmal ist es eine markante Änderung des Salzgehalts, Halokline genannt. Die Kombination von Temperatur- und Salzgehalt oder auch deren alleiniges Auftreten hat eine deutliche Dichteänderung zur Folge, deren Bereich als Pyknokline bezeichnet wird. Zusätzlich treten in diesen Bereichen auch scharfe Gradienten bezüglich des Vorkommens von Nährstoffen (Nutrikline) und von Sauerstoff auf.

Die OD vermittelt den Austausch von Masse, Impuls, Energie und Wärme zwischen Atmosphäre und Ozean und spielt aus diesem Grund eine zentrale Rolle für Klima und Wetter.

Wegen der großen Wärmespeicherkapazität von Wasser (2,5 m des oberen Ozeans hat die gleiche Wärmekapazität wie die gesamte Troposphäre) und weil die Ozeane über zwei Drittel der Erdoberfläche ausmachen, durchläuft der größte Teil der eingestrahlten Sonnenenergie die ozeanische Deckschicht. Ozeane sind Wärmespeicher, die im Sommerhalbjahr Wärme aufnehmen und sie im Winterhalbjahr wieder langsam abgeben. Damit erklären sich die dämpfende Wirkung des milden Meeresklimas sowie die zeitliche Verzögerung der Extremtemperaturen. Außerdem stellt die in der OD gespeicherte Wärme eine Wärmequelle dar, die weltweit zu Klimavariabilität, wie z.B. El Niño beiträgt.

Die OD spielt auch eine wichtige Rolle für die Nahrungskette im Meer. Die Primärproduktion von Phytoplankton ist das erste Glied in dieser Kette. Die Notwendigkeit einer Energiequelle zur Erzeugung von Biomasse beschränkt die Primärproduktion auf die oberen Zehner von Metern, wo die Sonneneinstrahlung stark genug ist, um über die Photosynthese bei der Kohlenstoffbindung zu helfen. Letztere ist ein biologischer Pfad, über den ein Teil des anthropogenen Kohlendioxid (CO₂) aus der Atmosphäre entfernt wird.

Über die OD findet der klimarelevante CO₂-Austausch des Ozeans mit der Atmosphäre statt. Er wird hauptsächlich durch die Differenz im CO₂-Partialdruck zwischen Ozean und Atmosphäre angetrieben. D.h. bei niedrigerem CO₂-Druck der Atmosphäre gast der Ozean Kohlenstoff in die Atmosphäre aus, bei höherem CO₂-Druck in der Atmosphäre wird Kohlendioxid im Oberflächenwasser des Ozeans gelöst. Der Austausch umfasst gegenwärtig über 90 Gt C pro Jahr, wobei durch die anthropogene Störung des atmosphärischen Kohlendioxidgehalts 2,2 Gt C mehr vom Ozean aufgenommen als abgegeben werden (bezogen auf die 1990er Jahre). Der Austausch ist regional sehr unterschiedlich. Es gibt Gebiete mit warmem oder aufsteigendem Wasser (vor allem in den Tropen), in denen von Natur aus der Ozean eine Quelle, und andere wie die Ozeane in höheren Breiten, in denen kaltes und salzreiches Wasser absinkt und der Ozean eine Senke ist.

Die für den Austausch zwischen Atmosphäre und Ozean entscheidenden Eigenschaften von Kohlendioxid sind seine leichte Löslichkeit und seine chemische Reaktivität im Wasser. Die Löslichkeit ist bestimmt durch Temperatur, Salzgehalt, Luftdruck, windabhängige Durchmischung u.a. Faktoren, wobei die Temperatur den größten Einfluss besitzt. Wasser mit höherer Temperatur kann weniger Kohlenstoff aufnehmen als Wasser mit geringerer Temperatur. Bei einer Temperaturerhöhung von 1 °C steigt der Partialdruck von CO₂ in der ozeanischen Deckschicht über einen längeren Zeitraum (Jahrhunderte) um 7-10 ppm. Je nach Szenario kann bis zum Ende des Jahrhunderts durch diesen Effekt die Gesamtaufnahme von CO₂ um 9 - 14 % geringer ausfallen.

Schematische Darstellung der Prozesse an der Schnittstelle von Ozean-Atmosphäre Darstellung von Prozessen, die an der Luft-Meer-Grenzfläche und in der oberen ozeanischen Durchmischungsschicht ablaufen. Viele dieser Prozesse variieren auf Zeitskalen von Sekunden bis zu Jahrzehnten und sind nur unzureichend verstanden. Die Kapazität der Ozeane, Wärme und Treibhausgase aufzunehmen und abzugeben, beeinflusst kurz- und langfristige Klimaschwankungen. Die Ozeane enthalten mehr als 50 Mal mehr CO2 als die Atmosphäre. Daher können selbst kleine Störungen im Kohlenstoffkreislauf der Ozeane zu erheblichen Veränderungen der atmosphärischen CO2-Konzentrationen führen, die das globale Klima beeinflussen. Die photosynthetische Biomasse der Ozeane macht <0,5% der terrestrischen Biomasse aus, aber die Aufnahme von organischem Kohlenstoff in den marinen Ökosystemen nähert sich 50% der globalen Gesamtmenge an. Die Küstenemeere üben einen großen Einfluss auf die Wettersysteme aus, von denen die mehr als 50% der menschlichen Bevölkerung, die in den Küstenregionen leben, betroffen sind. Mehr als 90% des weltweiten Fischfangs werden jedes Jahr aus Küstengewässern geerntet, die etwa 30% der marinen Primärproduktion liefern. Quelle: WHOI / OOI