Das ENSO-Phänomen

Salinität

Engl. Sea Surface Salinity (SSS); Begriff zur Bezeichnung des Salzgehaltes des Meerwassers. Salinität wird angegeben in Gramm des gesamten, in einem kg Wasser gelösten Salzes. Sie wird gewöhnlich durch die Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Meerwassers bestimmt. Je höher die Salinität, umso geringer ist der Widerstand oder umso größer ist die Leitfähigkeit der untersuchten Meerwasserprobe. Meersalz, eine Kombination aus verschiedenen Salzen, entstammt vorwiegend drei Quellen: Vulkanausbrüchen, chemischen Reaktionen zwischen Meerwasser und heißen, neu gebildeten Krustengesteinen sowie Verwitterungsvorgängen auf Land. Die Zusammensetzung des Meersalzes ist seit Hunderten von Millionen Jahren, möglicherweise seit Milliarden Jahren konstant.

Der Grad der Salinität wird mit Hilfe der "Praktischen Salinitätsskala" (Practical Salinity Scale) angegeben und hat keine Einheitenbezeichnung.

Zu Dichteunterschieden des Meerwassers trägt die Salinität üblicherweise in geringerem Maße als die Temperatur bei. Falls aber salzhaltigeres Wasser über salzärmerem Wasser liegt, dann muss die Temperaturdifferenz zwischen beiden groß genug sein, um eine stabile Schichtung (weniger dichtes Wasser über dichterem Wasser) zu gewährleisten. Polnahes Meerwasser weist die höchsten Salzgehalte weltweit auf. Trotz der Offenheit der Struktur des Eises passen die meisten Unreinheiten (Salz) nicht zwischen seine Molekularstruktur. Deshalb "fällt" beim Gefriervorgang Salz "aus" -  Süßwassereis entsteht, nicht gefrorenes Wasser wird salzhaltiger.

Die Oberflächensalinität im Pazifik spiegelt deutlich die Einflüsse der planetarischen Zirkulation der Atmosphäre wider. Wolkenbildung und starker Niederschlag erfolgt in Gebieten mit aufsteigender Feuchtluft, welche verknüpft sind mit niedrigem Luftdruck über der Meeresoberfläche, Bedingungen, wie man sie in der ITK und in subpolaren Gebieten polwärts von 40° antrifft. Oberflächensalinität ist niedrig wo der Niederschlag hoch ist. Verdunstung und damit die Oberflächensalinität sind hoch, wo die Luft wie in den Hochdruckgebieten trocken ist.

Temperatur- und Salinitätsverhältnisse in Vertikalschnitten der oberen 1.500 m im Pazifik als Funktionen von geographischer Breite und Wassertiefe; ganz rechts das Nordpolarmeer Die höchste Temperatur in den Tropen liegt bei über 28 °C. Unterhalb von 1200 m beträgt die Temperatur weniger als 4 °C. Die permanente Sprungschicht ist der Tiefenbereich der schnellen Temperaturänderung, der in den Tropen bei 150 - 600 m zu finden ist. Der Salzgehalt zeigt in den oberen 500 m auch große Veränderungen, hauptsächlich als Reaktion auf die Niederschlags-Verdunstungs-Bilanz. Im Tiefenbereich 800 - 1500 m ist der Salzgehalt mit etwa 34,5 über den größten Teil des Pazifiks recht einheitlich. Quelle: M. Tomczak (2002)

Die höchste Temperatur in den Tropen liegt über 28 °C. Unter 1.200 m Wassertiefe ist die Temperatur unter 4 °C. Die permanente Thermokline ist der Bereich mit rascher Temperaturänderung. Er liegt in den Tropen in 150 - 600 m Tiefe.
Auch die Salinität unterliegt in den oberen 500 m großen Veränderungen, hauptsächlich durch das Wechselspiel von Niederschlag und Verdunstung bedingt. Im Bereich von 800 bis 1.500 m Tiefe ist die Salinität mit 34,5 im größten Teil des Pazifik recht einheitlich.

Da die Temperatur die vertikalen Dichteunterschiede im Ozean dominiert, nimmt sie fast überall mit zunehmender Tiefe ab. Demgegenüber ist die Salinitätsverteilung komplexer. Es können Schichten mit salzhaltigerem Wasser über frischerem Wasser liegen und umgekehrt. In S-N-Schnitten reicht die hohe Salinität im Bereich der Verdunstungsgebiete bis hinunter zur Thermokline. Auch das mit der ITK verbundene frischere Wasser ist ziemlich tiefreichend. Unter dem salzreicheren Oberflächenwasser befindet sich eine Schicht mit salzärmerem Wasser, die sich von den regnerischen, subpolaren Breiten bis zum Äquator erstreckt. Darunter ist der tiefe Pazifik mit salzreicherem Wasser angefüllt, das den antarktischen und nordatlantischen Tiefenwassern entstammt.
Entlang des Äquators ist die Oberflächensalinität im westlichen Pazifik als Folge der hohen Niederschläge am geringsten. Bei El Niño-Ereignissen verlagert sich diese Zone in den zentralen und östlichen Pazifik.
Die Salzgehaltsbestimmung erfolgt über Schöpferproben aus dem Chloridgehalt mit einem Titrationsverfahren. Genauer sind Bestimmungen über eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit. Bei profilierenden Messungen (z.B. Erstellung von Tiefenprofilen) werden CTD-Sonden eingesetzt.

Der Grad der Salinität wird seit 1978 mit Hilfe der "Praktischen Salinitätsskala" (Practical Salinity Scale, PSS78) angegeben und hat keine Einheitenbezeichnung, obwohl darunter natürlich die Masse Salz in g pro kg Meerwasser verstanden werden muß.

S = 0,0080 - 0,1692 · K₁₅^1/2 + 25,3851 · K₁₅ + 14,0941 · K₁₅^3/2 - 7,0261 · K₁₅ ² + 2,7081 · K₁₅^5/2

Dabei ist K₁₅ das Leitfähigkeitsverhältnis der Meerwasserprobe zu einer definierten Kaliumchlorid-Referenzlösung (Standardmeerwasser). Die PSS78-Gleichung gilt für Salzgehalte zwischen 2 und 42 und nur für Messungen bei 15 °C und einer "Standardatmosphäre" von 1013,25 hPa. Für die Umrechnungen von anderen Temperaturen und Drucken auf K₁₅ existieren Algorithmen. Die PSS78-Definition hat gegenüber den früheren chemischen Gleichungen den Vorteil, dass sie a) unabhängig von der genauen Kenntnis der ionalen Zusammensetzung des Meerwassers ist, b) die Grundlage für die Berechnung wesentlich genauerer Dichtewerte bildet und c) für in situ-Messungen mittels CTD-Sonden angewendet werden kann. Die Eichung solcher Sonden sowie die Messung des Salzgehaltes in Einzelproben erfolgt heute ausschließlich mit Hilfe von Salinometern unter Verwendung von Standardmeerwasser. Die in der Ozeanographie verbreiteten Instrumente verwenden die galvanische  (über Elektroden) oder induktive Meßmethode. Moderne Salinometer erzielen Genauigkeiten von S = 0,001.Zu Dichteunterschieden des Meerwassers trägt die Salinität üblicherweise in geringerem Maße als die Temperatur bei. Falls aber salzhaltigeres Wasser über salzärmerem Wasser liegt, dann muss die Temperaturdifferenz zwischen beiden groß genug sein, um eine stabile Schichtung (weniger dichtes Wasser über dichterem Wasser) zu gewährleisten. Polnahes Meerwasser weist die höchsten Salzgehalte weltweit auf. Trotz der Offenheit der Struktur des Eises passen die meisten Unreinheiten (Salz) nicht zwischen seine Molekularstruktur. Deshalb "fällt" beim Gefriervorgang Salz "aus" -  Süßwassereis entsteht, nicht gefrorenes Wasser wird salzhaltiger.

Messung der Salinität

Die Salinität der Meere wird mit Hilfe satellitengestützter Mikrowellenradiometer gemessen (beginnend mit dem Start von SMOS 2009, danach Aquarius 2011), sowie mit in-situ-Methoden wie profilierenden Treibkörpern oder fest verankerten Bojen.

Die Soil Moisture Active Passive (SMAP)-Plattform und -Mission wurden am 29. Januar 2015 gestartet. Obwohl SMAP für die Messung der Bodenfeuchte konzipiert wurde, wird sein L-Band-Radiometer auch zur Messung des Salzgehalts der Meeresoberfläche verwendet, wodurch die Datenaufzeichnung der Aquarius-Salzgehaltsmission erweitert wird.

Die folgende Grafik zum Salzgehalt der Meeresoberfläche basiert auf Daten, die mit dem Aquarius-Instrument der NASA aufgenommen wurden. Am 7. Juni 2015 erlitt der SAC-D-Satellit, der Aquarius trägt, einen Ausfall der Stromversorgung, wodurch die Mission beendet wurde.

Bis zum Start von SMOS war es sehr schwierig und teuer, die Meeressalinität (Sea Surface Salinity, SSS) zu messen, so dass die Kenntnisse über die räumliche Verteilung und die zeitliche Variabilität noch sehr gering sind. Numerische Modelle sind daher von entscheidender Bedeutung um diesen Parameter abzuschätzen. Mit einem ozeanischen mixed-layer-Modell (zwischen 50 und 1.000 m Tiefe) kann die Meeressalinität abgeschätzt werden, indem man modellhaft externe Einflüsse wie z. B. Winde, Niederschlag/Verdunstung, Abflussmengen von Flüssen usw., wie auch interne Einflüsse (horizontaler Transport, vertikale Durchmischung usw.) modellhaft darstellt.