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ENSO-Lexikon

ENSO-Lexikon

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Pacific Decadal Oscillation (PDO)

Syn. Pacific decadal variability; dt. Pazifische Dekaden-Oszillation; Hypothese von einer langzeitigen, ENSO-ähnlichen Temperatur- und Wasserspiegelfluktuation des Pazifiks mit einem Rhythmus von ca. 20 bis 30 Jahren. Ihre Ursache ist unbekannt. Daten des TOPEX/Poseidon-Satelliten und andere Datenquellen über Ozean und Atmosphäre lassen Wissenschaftler annehmen, dass wir 1999 in die kühle Phase der PDO eingetreten sind. Gegenüber der Normalsituation wird die kühle Phase gekennzeichnet durch einen Keil mit niedrigeren Oberflächentemperaturen und eine tiefer liegende Meeresoberfläche im östlichen äquatorialen Pazifik sowie ein warmes "Hufeisen" mit erhöhter Meeresoberfläche, das den nördlichen, westlichen und südlichen Pazifik verbindet. In der warmen oder positiven Phase, die offensichtlich von 1977 - 1999 andauerte, wird der westliche Pazifik kühl und der Keil im Osten erwärmt sich.

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Gegensätzliche Anomaliemuster der PDO

Typische Abweichungsmuster während Warmphasen (links) und Kaltphasen (rechts) der PDO:
- von Winter-SST (Farben),
- von Luftdruck auf NN (Konturen) und
- von Oberflächen-Winden (Pfeile).

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Quelle: Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean
 

Während PDO und ENSO ähnliche räumlich-klimatische Fingerabdrücke aufweisen, so ist ihr zeitliches Verhalten doch sehr verschieden. Zwei Hauptmerkmale unterscheiden PDO von ENSO: Zum Einen hatten die PDO-Ereignisse des 20. Jh. eine Dauer von 20-30 Jahren, wohingegen typische ENSO-Ereignisse 6-18 Monate dauern. Zum Anderen sind die klimatischen Fingerabdrücke der PDO am deutlichsten im Bereich Nordpazifik/Nordamerika sichtbar, während in den Tropen nur sekundäre Signaturen auftreten. Für ENSO trifft das Umgekehrte zu.

El Niño und La Niña werden nach der PDO-Hypothese weiterhin auftreten. Sie sind danach als Muster zu verstehen, das der durch die PDO bestimmten, großskaligen Temperaturverteilung aufgesetzt ist. Eine Pressemitteilung des Jet Propulsion Laboratory findet die Metapher: "If El Niño is a brief sonata, then the Pacific Decadal Oscillation is a much larger symphony." In der aktuell angenommenen kühlen Phase rechnet mit weniger El Niños und häufigeren La Niñas.

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Monatswerte für den PDO-Index von 1900 bis 2015

Verschiedene unabhängige Studien belegen für das vergangene Jahrhundert zwei komplette PDO-Zyklen: 2 Kaltphasen (1890-1924, 1947-1976) und zwei Warmphasen (1925-1946, 1977-mindestens Mitte der 90er)

 

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Quelle: Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean
 

Als wesentliche Auswirkungen bestimmt PDO die Lage der Jet Streams, den Wassergehalt der Luft und Luftströmungen. Gegenüber El Niño, der seine stärksten Auswirkungen auf das Wetter in einem Streifen von jeweils 1.000 Meilen beidseits des Äquators besitzt, nimmt man an, dass Änderungen der PDO vor allem in den Mittelbreiten der Nordhalbkugel spürbar sind.Markante Veränderungen in den marinen Ökosystemen des nordöstlichen Pazifiks konnten mit Phasenveränderungen der PDO korreliert werden: warme Phasen zeigen eine verstärkte biologische Produktivität vor den Küsten Alaskas und verringerte Produktivität vor der Westküste des Kernraumes der USA. Demgegenüber weist die Kaltphase ein umgekehrtes N-S-Muster bezüglich der marinen Produktivität auf.

Der Begriff 'PDO' wurde 1996 vom Fischereiwissenschaftler Steven Hare von der University of Washington geprägt. Er entdeckte das Muster, als er zusammen mit Kollegen Fluktuationen von Fischpopulationen in Abhängigkeit vom pazifischen Klima untersuchte. Die Hypothese wird intensiv diskutiert. Allerdings halten viele Wissenschaftler es für wahrscheinlicher, dass das PDO-Muster doch rein zufällig fluktuiert und keinen nachvollziehbaren Regeln folgt. Und so wenig wie die Gründe für die PDO bekannt sind, so wenig vermag man z.Z. über die Voraussagbarkeit dieser Klimaoszillation sagen.

Da allerdings keine Einigkeit darüber besteht, dass es sich um eine Oszillation handelt, verwendet die Fachwelt häufig die Bezeichnung "Pacific decadal variability" (PDV), dt. "Pazifische Dekadische Variabilität".

Pacific Disaster Center (PDC)

Dem US-amerikanischen Verteidigungsministerium unterstellte zivile Behörde zur Katastrophenvorsorge und -hilfe im pazifischen Raum. Das PDC wird in organisatorischer und technologischer Hinsicht als Modell für globales, nationales und lokales Katastophenmanagement aufgebaut.

Pacific Equatorial Divergence (PEQD)

Zu dt. etwa ‚Äquatorial-Pazifische Divergenz‘; Gebiet divergierender Wassermassen im äquatorialen Pazifik zwischen der Equatorial Convergent Front (ECF) im Norden und dem unregelmäßig fließenden südäquatorialen Gegenstrom im Süden. An der Datumslinie, als mittlere Westgrenze angegeben, liegen diese Fronten bei ca. 5°N und ca. 5° S, sowie bei ca. 12° N und fast 20° S im Ostpazifik.

Die PEQD entsteht durch die Einwirkung der Corioliskraft auf den Südäquatorialstrom (South Equatorial Current, SEC). Als Auswirkung dieser Divergenz kommt es zu bedeutendem Upwelling von neuen Nährstoffen von unterhalb der photischen Zone, was die reichsten Oberflächengewässer des tropischen Pazifiks entstehen lässt. Die Wassermassen sind hier gekennzeichnet durch höhere Werte bezüglich Salinität, Partialdruck des Kohlendioxids (pCO2), Nährstoffkonzentration und Phytoplankton (Chlorophyll a).

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Vier typische Fälle unterschiedlicher vertikaler hydrographischer Struktur und ihr Effekt auf die Produktion von Phytoplankton im tropischen Pazifik.

Fall 1: Die Thermokline liegt tief, befindet sich aber noch in der photischen Zone; die Primärproduktion basiert vorwiegend auf wiederverwerteten Nährstoffen (RP), wird aber durch die Zufuhr von neu produzierten Nährstoffen (NP) von unterhalb der Thermokline ergänzt.

Fall 2: Die Deckschicht bleibt nährstoffarm (oligotroph), aber ein Anstieg der Thermokline ermöglicht es kaltem, nährstoffreichem Wasser sowohl die wiederverwertende Nährstoffproduktion, als auch die Neuproduktion in der photischen Zone unterhalb der Thermokline beträchtlich zu verstärken.

Fall 3: Die Thermokline ist schwach und tief und ermöglicht einen gewissen Zustrom von ‚neuen‘ Nährstoffen aus den tiefen oligotrophen Wasserschichten in die photische Zone. Die durch das Plankton dargestellte Biomassen ist jedoch niedrig und wird hauptsächlich durch wiederverwertete Nährstoffe (RP) gebildet.

Fall 4: Neue Nährstoffe versorgen über Upwelling die gesamte photische Zone obwohl die Thermokline tief liegt, was beträchtliche Neuproduktion von Nährstoffen ermöglicht und eine hohe Rate von wiederverwerteten Nährstoffen.

Die photische Zone ist in den Fällen 2 und 4 flacher, da die höherer Planktonkonzentration das Eindringen von Licht mindert.

 

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Quelle: SPC
 

Diese nährstoffreichen Wassermassen umfassen einen großen Teil des äquatorialen Pazifiks und treiben polwärts bis sie an der Konvergenz mit dem nordäquatorialen Gegenstrom (North Equatorial Counter Current, NECC) bei ca. 5° N und dem südäquatorialen Gegenstrom (South Equatorial Counter Current, SECC) bei ca. 6° S - 8° S abtauchen. Bei diesen Konvergenzen sinken organische Partikel ab und werden mineralisiert, was zu geringen Sauerstoffgehalten führt.

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Upwelling im Bereich der Pacific Equatorial Divergence (PEQD)

Nährstoffreiche Wassermassen vom Äquatorialen Unterstrom (EUC) werden durch Upwelling an die Oberfläche gebracht und nach Norden und Süden verfrachtet. Schließlich tauchen sie an den Konvergenzen zwischen dem Südäquatorialstrom (SEC) und dem südäquatorialen Gegenstrom (SECC) und zwischen dem SEC und dem nordäquatorialen Gegenstrom (SECC) in die Tiefe. Der SEC tranportiert das Auftriebswasser auch nach Westen bis es mit dem Warm Pool an einer Salinitätsfront konvergiert, einer Region mit deutlichen Konzentrationen von gelöstem Kohlendioxid, Nährstoffen und Phytoplankton.

 

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Quelle: SPC
 

Die oberflächennahen Wassermassen der PEQD treiben auch nach Westen bis sie mit dem Western Pacific Warm Pool konvergieren. Die Grenze zwischen PEQD und Warm Pool ist durch eine klare ‚Front‘ gekennzeichnet bezüglich der Werte von Salinität, pCO2, Chlorophyll a und Zooplankton. Die Konvergenzzone zwischen PEQD und Warm Pool ändert sich in Abhängigkeit von Stärke und longitudinaler Ausdehnung des Südäquatorialstroms zwischen den Jahreszeiten und auch von Jahr zu Jahr als Reaktion auf ENSO-Ereignisse. Während starken La Niña-Episoden reicht die Front weit in den Westen des äquatorialen Pazifiks und verursacht damit eine deutliche Verkleinerung des Warm Pools. Während El Niño-Ereignissen bewegt sich die Front nach Osten und kann bis zu den Galapagos-Inseln reichen, womit sie die PEQD praktisch zum Verschwinden bringt.

Solche Größenfluktuationen der Oberflächen von PEQD und Warm Pool können mithilfe von (Satelliten-)Bildern der Meeresfarbe veranschaulicht werden und über Klimaindizes, z.B. den Southern Oscillation Index (SOI) vorhergesagt werden. In der Zeit von 1980 bis 2000 lag die Grenze zwischen PEQD und Warm Pool bei 178° W, d.h. nahezu bei der Datumsgrenze.

Paläoklima

Bezeichnung für das Klima bzw. die Klimaentwicklung in Zeiten vor der Entwicklung von Messinstrumenten, einschließlich historische und geologische Zeiträume, für die nur indirekte Daten (Proxydaten) verfügbar sind.

Als besonders geeignete Zeugen unterschiedlichster Vorzeitklimate gelten Sedimente mit Ablagerungen von tierischen und pflanzlichen Organismen, Lagerstätten, vulkanischen Ablagerungen und Vorgänge, Meeres- und Seespiegelstände, glaziale Ablagerungen, Periglazialerscheinungen, fossile Bodenhorizonte, Lößstratigraphien, Gletscherbewegungen, Inlandeisverbreitung und Flussterrassen.

Wichtige paläoklimatische Datenerhebungs- und Datierungsmethoden:

  • Radiokarbonmethode (14C-Datierung): Physikalisches Verfahren zur absoluten Altersbestimmung; es basiert auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoff-Isotops 14C, das in Organismen und Sedimenten eingebaut wird und mit konstanter Rate zerfällt.
  • Lumineszenzdatierung, physikalische Altersbestimmung für quartäre Proben aufgrund eines mit dem Probenalter anwachsenden Strahlenschadens, der durch die emittierte Lumineszenz quantifiziert wird. Die Datierobergrenze der verschiedenen Lumineszenzmethoden liegt allgemein bei etwa 100.000-120.000 Jahren, kann jedoch in Abhängigkeit von Dosisleistung, Probenmaterial und Sedimenttyp höher oder geringer sein.
  • Thermolumineszenz (TL-Methode): Verfahren für Altersbestimmungen an Scherben, gebrannten Tonen, ausgeglühten Böden, Steinen und Schlacken etc. Günstig bis 15.000 Jahren v.h., vor allem im Zusammenhang mit 14C-Datierungen.
  • Sauerstoff-Isotopen-Verfahren (16O/18O): Verfahren zur Ermittlung von Temperaturen; es ist in jüngerer Zeit erfolgreich an Bohrkernen in Meeressedimenten und im grönländischen und antarktischen Inlandeis angewandt worden.
  • Kalium-Argon-Methode (40K/40A): Physikalische Altersbestimmung mittels des Zerfalls von 40K in 40Ar. Als Edelgas geht Letzteres keine Bindung ein und entweicht bei der Gesteinsbildung. Im abgekühlten Gestein reichert es sich in Abhängigkeit von der Zeit wieder an. Die Methode erlaubt sehr hohe Alter zu bestimmen, allerdings blieb bei der Gesteinsbildung oft doch etwas Argon erhalten oder konnte später diffundieren. Sie wird meist in Verbindung mit der Feststellung des Wechsels im erdmagnetischen Feld angewandt.
  • Proactinium-Ionium-Methode: Wie die vorgenannte Methode ein Verfahren, das sich jenseits der Grenze möglicher 14C-Datierungen anwenden lässt. Sie beruht auf dem radioaktiven Zerfall von Uran 238 und Uran 235.
  • Warven-Chronologie: Verfahren, das auf der Auswertung von geschichteten Ablagerungen (meist Bändertonen), die den Wechsel von Jahreszeiten repräsentieren und somit eine Jahreszählung gestatten.
  • Dendrochronologie: Methode, die zur Altersbestimmung die Jahresringe von Bäumen benutzt.
  • Pollenanalyse: Methode, die die in Sedimenten (vorwiegend Mooren) enthaltenen Blütenstaubablagerungen zur Rekonstruktion früherer Vegetationsbestände auswertet. Diese lassen Rückschlüsse auf das jeweilige Klima zu.

Standardmethoden zur Erfassung der Klimaschwankungen der vergangenen 40.000 Jahre sind Warvenzählung, Dendrochronologie, Radiokarbon- und Thermolumineszenzverfahren zusammen mit der Pollenanalyse. Für die Rekonstruktion des pleistozänen Klimas werden auch eine sehr verfeinerte Lößstratigraphie und Untersuchungen fossiler Böden in Verbindung mit Meeres- und Seespiegelständen sowie der Lage und Abfolge von Flussterrasen und Moränen angewandt.

Verständlicherweise werden Aussagen zum Paläoklima umso unsicherer, je weiter man in die Erdgeschichte zurückgeht.

Weitere Informationen:

Palmöl

Pflanzenöl, das aus dem Fruchtfleisch der Ölpalme gewonnen wird. Die Früchte werden sterilisiert und gepresst, dabei entsteht das rohe Palmöl, CPO (Crude Palm Oil). Früchte und Öl haben wegen ihres hohen Carotingehaltes eine orangerote Färbung, die bei der Raffination entfernt wird. Reines und frisches Palmöl hat einen spezifischen Veilchengeruch, einen süßlichen, angenehmen Geschmack und ist von klarer und heller Farbe. In den Fett-Molekülen sind zu 44 % die gesättigte Palmitinsäure und zu 39 % die einfach ungesättigte Ölsäure gebunden.

Palmkernöl wird aus den Kernen der Früchte gewonnen und besteht zu über 80 % aus gesättigten Fetten (überwiegend ist Laurinsäure gebunden). Die Kerne werden getrocknet, gemahlen und dann gepresst. Das Palmkernöl gehört zu den festen Pflanzenfetten.

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Ernte der Palmöl-Fruchtstände (Malaysia)

Quelle: PalmOilWorld

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Mitte: Aufgeschnittene Palmfrüchte mit Fruchtfleisch und Palmkern

Quelle: aware environmental

 

 

Palmölmühle in der Provinz Riau auf Sumatra

Im Hintergrund Teile der Ölpalmenpflanzung

Quelle: idenan yoga / Google Maps

 

 

Die weltweite Verwendung von Palmöl und Palmkernöl betrug in 2011 über 55 Mio. Tonnen. Zwei Drittel davon (68 %) nutzte die Nahrungsmittelindustrie. Mehr als ein Viertel (27 %) wurden für Seifen und andere kosmetische Industrieerzeugnisse benötigt und nur 5 % dienten der energetischen Nutzung, also der Strom-, Wärme- und Kraftstoffproduktion. Mit 30 Prozent Marktanteil ist Palmöl vor Sojaöl das wichtigste Pflanzenöl der Welt.

Die stetig wachsende Nachfrage auf dem Weltmarkt führt dazu, dass für Palmölplantagen in großem Stil tropische Wälder gerodet werden. Angebaut wird die Ölpalme heute hauptsächlich in Indonesien und Malaysia, aber auch in Südamerika und Afrika. Seit 1990 hat sich die Fläche für Ölpalmen weltweit verdoppelt, in Indonesien sogar verzehnfacht. Palmölplantagen bedecken weltweit inzwischen zwölf Millionen Hektar Fläche. Das ist etwa ein Drittel der Bundesrepublik Deutschland. Die Liste der Naturschäden ist lang: Riesige Monokulturen bedrohen die biologische Vielfalt und rauben Arten wie Orang-Utan und Tiger den Lebensraum.

Tropische Regenwälder auf Torfmoorflächen sind in dieser Kombination gigantische Kohlenstoffspeicher. Sie enthalten bis zu 50-mal mehr Kohlenstoff als eine gleichgroße Fläche „normalen“ Regenwaldes. Tropische Torfmoorwälder gibt es vor allem in Indonesien, meist in tiefliegenden, küstennahen Gebieten auf Sumatra, Borneo und Neuguinea. Werden sie bei der Einrichtung von Palmölplantagen trockengelegt, werden Treibhausgase frei. Indonesien ist dadurch zum drittgrößten Treibhausgas-Emittenten der Erde geworden.
Dennoch ist Palmöl auch unter ökologischen Gesichtpunkten kein grundsätzlich schlechtes Öl. Mit Palmöl kann auf vergleichsweise geringer Fläche ein großer Teil des weltweiten Bedarfs an Pflanzenölen gedeckt werden. In vielen Ländern ist Palmöl ein schwer zu ersetzendes Nahrungsmittel und bildet die Lebensgrundlage von Kleinbauern. Vielerorts ist der Einsatz von Palmöl eine Chance zur Armutsbekämpfung. Doch wie bei fast allem kommt es auch bei Palmöl auf das Wie der Produktion an. Die Herstellung muss anders werden, als sie heute größtenteils ist – nämlich ökologisch, ökonomisch und sozial verträglich. Davon sind die meisten Produzenten von Palmöl aus Sicht von Umweltschutzverbänden noch weit entfernt. Einen Mindeststandard für den Anbau von Palmöl bietet der Runde Tisch für Palmöl (RSPO), an dem der WWF und andere NGOs, sowie Firmen und Institutionen aus der Wertschöpfungskette des Palmöls mitarbeiten.

Paludikultur

Nach lat. palus „Morast, Sumpf“ und cultura "Bewirtschaftung"; die landwirtschaftliche Nutzung von nassen oder wiedervernässten Moorböden. In Europa ist der Anbau von Röhrichten für Dachreet ist ein traditionelles Beispiel. Neue Verfahren sind die Energiegewinnung aus Schilfbiomasse oder die Kultivierung von Torfmoosen als Torfersatz in Kultursubstraten im Gartenbau. Ein wichtiges Ziel der Paludikultur ist der Erhalt oder die Neubildung von Torf und die Unterstützung der ökosystemaren Funktionen der Torfgebiete.

Die Nutzung von drainierten Torfflächen bewirkt Torf-Oxidation, Bodensenkung, Nährstoffabfuhr in Grund- und Oberflächenwasser, Treibhausgasemissionen sowie Torfbrände mit einhergehender Aerosolbelastung (haze). Einige dieser Prozesse zerstören die Grundlage einer produktiven Nutzung der Torfgebiete nachhaltig. Für übliche landwirtschaftliche oder forstwirtschaftliche Nutzung wurden und werden Torfgebiete mittels Bodenmelioration vorbereitet. Die wichtigste Maßnahme dabei ist intensive Drainage, da die meisten Nutzpflanzen niedrige Grundwasserspiegel benötigen, und schwere Landmaschinen sind für wassergetränkte Böden nicht geeignet.

Die Erhaltung oder die Erneuerung des Feuchtegehaltes der Torfflächen verhindert oder mindert diese nachteiligen Umweltwirkungen, aber dies bedeutet auch, dass diese Flächen dann nicht für übliche landwirtschaftliche Nutzung verfügbar sind.

Paludikulturen nutzen nur jenen Teil der Netto-Primärproduktion, der nicht für die Torfbildung nötig ist. In den gemäßigten Breiten, den Subtropen und Tropen, also jenen Zonen, in denen eine hohe Pflanzenproduktivität besteht, wird Torf i. A. durch Wurzeln und Rhizome im Untergrund gebildet. Torfgebiete unterstützen natürlicherweise Vegetation, deren über dem Boden befindliches Pflanzenmaterial (selektiv) geerntet werden kann, ohne dass es zu einer substantiellen Beeinträchtigung der Torfschichten kommt. Die Biomassenutzung von Paludikulturen kann Spontanvegetation auf naturbelassenen Flächen umfassen oder künstlich angebaute Erzeugnisse auf wieder vernässten Flächen.

Paludikulturen können eine Doppelrolle bei der Minderung des Klimawandels spielen: Sie vermeiden durch den Erhalt der Torfkörper Treibhausgasemissionen, und zusätzlich kann Biomasse, die auf ihren Flächen produziert werden, fossile Roh- und Brennstoffe ersetzen.

Eine naheliegende Praxis der Paludikultur ist das Sammeln von Nahrungsmitteln für den direkten Verzehr. In der borealen Zone Eurasiens werden eine Vielzahl von essbaren Wildbeeren und Pilzen zur Nahrungs- und Vitaminversorgung gesammelt. In anderen Teilen der Welt ernten Einheimische verschiedenste Pflanzen von Torfgebieten zur menschlichen Ernährung und für medizinische Zwecke. Dazu gehören wilder Reis (Zizania aquatica) in Nordamerika, Fieberklee (Menyanthes trifoliate), Kalmus (Acorus calamus) und Duftendes Mariengras (Hierochloe odorata) in Europa, ferner die Sagopalme (Metroxylon sagu) in Indonesien und Malaysia.

Andere traditionelle Nutzungsarten mit geringer Intensität oder sanften Eingriffen sind die Jagd und die Fischerei. Besonders in tropischen Torfsumpfwäldern ist die Fischerei eine wichtige ökonomische Aktivität. Aquakultur mit einheimischen Fischarten kann ferner eine attraktive Nutzungsart sein und ökonomische Anreize für die einheimische Bevölkerung in Regionen bieten, in denen Entwässerungskanäle zur Wiederherstellung des Wasserhaushalts aufgestaut werden müssen.

Passatcumulus

Großräumige Absinktendenzen sorgen im Bereich der subtropischen Hochdruckgürtel für die Ausbildung einer markanten Inversion, der Passatinversion. Als statisch stabile Schicht verhindert diese sehr effizient die Bildung hochreichender Cumuluswolken. Deswegen wird die Obergrenze der Cumuluswolken in den Passatregionen (subtropische Hochdruckgürtel) durch die Passatinversion festgelegt. Gleichzeitig ist die Passatinversion auch die Oberkante der recht gut durchmischten planetarischen Grenzschicht in der Passatregion. Da Passatcumuli nicht besonders hochreichend sind, fällt aus ihnen normalerweise kein Regen.

Passatwolken vor den Kanaren

Passatcumuli im N und NO der Kanaren

Die Obergrenze der Cumuluswolken in den Passatregionen (subtropische Hochdruckgürtel) wird durch die Passatinversion festgelegt. Die Passatinversion ist gleichzeitig auch die Oberkante der recht gut durchmischten planetarischen Grenzschicht in der Passatregion.
Weil Passatcumuli nicht sehr hochreichend sind, fällt aus ihnen normalerweise kein Regen. Die Ausnahme bilden die Luvseiten von Gebirgen, die eine staubedingte Konvektion verursachen (La Palma - die 'isla verde' der Kanaren).


Quelle: NASA, ISS-Aufnahme
Passate

Beidseitig des Äquators bis ca. 25° N und S auftretende Winde, die zum Druckausgleich aus den Hochs der Rossbreiten in Richtung der äquatorialen Tiefdruckrinne strömen. Für die Südhalbkugel z.B. ergibt sich daraus eine allgemeine Strömungsrichtung Südost bis Süd aus dem pazifischen Hoch. NO-Passat (N-HK) und SO-Passat (S-HK) wehen beständig und sind 20-25 km/h schnell. In den Passatzonen sinkt Luft ab. Luft, die wegen der Erwärmung des Bodens aufsteigt, wird deshalb am weiteren Aufstieg gehindert, kann nicht abkühlen, nicht kondensieren und keine Niederschlagswolken bilden (Passatinversion). Erst beim Zusammenströmen der Passate in der äquatorialen Tiefdruckrinne werden die Luftmassen zum Aufsteigen gezwungen und regnen sich aus. Lediglich an Küsten mit kalten Meeresströmungen kann es zu ausgeprägter Nebelbildung, aber nicht zu Regenniederschlag kommen. Während der Wintermonate sind die Passate der betreffenden Halbkugel besonders markant.

Mustergültig sind die Passate über dem Pazifik in ein Ozean-Atmosphäre-System mit positiven Rückkopplungen eingebunden. Die dortigen Verhältnisse während einer Normal- und einer Kaltphase von ENSO lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • Der Windstress der Passate trägt zum äquatorialen O-W Temperaturgradienten der Meeresoberfläche bei, insbesondere durch den Auftrieb kalten Wassers im Osten.
  • Die östlichen Passate bewirken mit ihrer nach Westen gerichteten Windschubspannung einen zu den Polen gerichteten Ekman-Transport, der aufgrund dieser Divergenz äquatorialen Auftrieb zur Folge hat.
  • Dieses äquatoriale Upwelling reduziert die Meeresoberflächentemperatur (SST) vor allem im östlichen Teil des Ozeans. Die Gebiete mit kühleren Temperaturen im östlichen Teil des Pazifiks werden als Kaltwasserzunge bezeichnet.
  • Auf ihrem Weg über den Pazifik nehmen die Passate Hitze und Feuchtigkeit auf, die als Energiequelle für die Konvektion über dem westlichen Äquatorialpazifik, Asien und Australasien dienen.
  • Über den Kaltwassermassen des östlichen Pazifik wird hoher Atmosphärendruck begünstigt.
  • Der den Pazifik überspannende Luftdruckgradient erhält die Stärke der Passate.

Während eines El Niño-Jahres schwächen sich die Passate über dem Pazifik ab. Über dem Westpazifik kehren sie sogar ihre Richtung um, sogenannte Westwindausbrüche treten auf. Die Ursache für das Abflauen der Passate ist ungeklärt.

Passatinversion

In etwa 500 m (Nähe Subtropenhoch) bis 2.500 m (Nähe ITK) Höhe gelegene Temperaturumkehrschicht, in der die vom Boden nach oben abnehmende Lufttemperatur wieder zunimmt. Besonders im Bereich der Ostflanken der subtropischen Hochdruckgebiete, wo die Absinkbewegungen ihre größte Intensität erreichen, ist die Höhenlage der Passatinversion sehr gering.
Sie trennt relativ wasserdampfhaltige, etwas kühlere Luft unten von etwas wärmerer und trockenerer Luft oben. Diese Absinkinversion unterbindet das Aufsteigen von am Boden erhitzter Luft und damit die Ausbildung von Konvektionswolken. Diese sind aber Voraussetzung für Regen. Unmittelbar unterhalb der Passatinversion bilden sich in der recht gut durchmischten Grundschicht lediglich - meist sehr regelmäßig angeordnete - Passatcumuluswolken aus.

Passatwolken Teneriffa Absinkinversion

Witterungserscheinungen unter Passateinfluss

Links: Passatwolken im Norden von Teneriffa (Februar 2009)

Die markante Obergrenze ergibt sich durch die Absinkinversion.

Foto: Sybal

Rechts: Ozeanische Luftschicht, von einer Absinkinversion gedeckelt

Quelle: University of California

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Das Absinken von Luftmassen der äquatorwärts wehenden Passate ergibt sich aus der Verbreiterung der Flächen zwischen den Längengraden (Flächendivergenz). Dadurch muss eine meridional äquatorwärts bewegte Luftmasse ihre anfänglich eingenommene Grundfläche laufend vergrößern. Dies ist jedoch nur möglich, wenn sie ihre Schichtdicke verringert. Aus dieser vertikalen Schrumpfung folgt ein Absinken von Luft aus größerer Höhe mit entsprechender Erwärmung und Bildung einer Absinkinversion. In einer Passatströmung herrscht somit durch Flächendivergenz und Absinkinversion eine weitgehend stabile atmosphärische Schichtung, die sich im Bereich der innertropischen Konvergenzzone jedoch auflöst.

Pazifischer Ozean

Syn. Pazifik oder Stiller Ozean; mit 179,7 Mio km² Fläche der größte Ozean der Erde.

Der Pazifik, der sich auf der West- und Osthalbkugel der Erde befindet, liegt zwischen der Arktis im Norden, Nordamerika im Nordosten, Mittelamerika im Osten, Südamerika im Südosten, der Antarktis im Süden, Australien im Südwesten, Ozeanien im Westen und Asien im Nordwesten. Im Norden grenzt er an das Nordpolarmeer, im Süden an das Südpolarmeer.

Die Fläche des Pazifischen Ozeans macht rund 35 Prozent der gesamten Erdoberfläche und die Hälfte der Meeresfläche der Erde aus. Das Wasservolumen beträgt 723,7 Mio. km³. Während seine mittlere Tiefe 4.028 m (andere Angaben siehe hier) beträgt, liegt seine tiefste Stelle bei 11.034 m unter NN (s.u.).

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Links: Oberflächenströmungen im Pazifik

Abbreviations: Mindanao Eddy (ME), Halmahera Eddy (HE), New Guinea Coastal (NGCC), North Pacific Current (NPC), Kamchatka Current (KC), Subtropical Front (STF), Subantarctic Front (SAF), Polar Front (PF), Continental Water Boundary (CWB), Weddell Gyre Boundary (WGB). The shaded region indicates banded structure (Subtropical Countercurrents).

Quelle: Tomczak

Rechts: Ozeanboden des Pazifik (Ausschnitt aus der GEBCO World Map)

The GEBCO world map shows the bathymetry of the world's ocean floor in the form of a shaded relief colour map. The map is based upon bathymetry data from the GEBCO_08 Grid, version 20100927, a global bathymetric grid with 30 arc-second spacing. The grid is largely based upon a database of ship-track soundings with interpolation between soundings guided by satellite-derived gravity data. Where they improve on the existing grid, data sets developed by other methods have been included.

Quelle: GEBCO

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Im Pazifik liegt die tiefste Stelle des Weltmeeres, die sich im Marianengraben befindet; dies ist die 11.034 m unter NN liegende Witjastiefe 1.

Der Name Pazifischer Ozean kommt vom spanischen bzw. portugiesischen Wort pacífico – friedlich. Ferdinand Magellan hatte ihn so benannt, weil ihm 1521 die Winde bei seiner Weltumsegelung auf diesem Meer wohl gesonnen waren. Als erster Europäer seit Marco Polo hatte der Spanier Vasco Núñez de Balboa 1513 den Pazifik erreicht.

Innerhalb des Pazifiks bzw. auf dessen Meeresboden befinden sich teils hohe und langgestreckte Mittelozeanische Rücken, viele niedrigere Schwellen, riesige Tiefseebecken, Tiefseerinnen, verschiedene Meerestiefs und der Pazifische Feuerring.

Zu den Mittelozeanischen Rücken gehört insbesondere der Ostpazifische Rücken, der sich durch den Südosten des Stillen Ozeans zieht. Zu den Tiefseerinnen bzw. Meerestiefs gehört der Marianengraben mit seiner 11.034 m unter NN liegenden Witjastiefe 1, welche die tiefste Stelle des Pazifiks darstellt. Zu den Tiefseebecken gehört das äußerst große Nordpazifische Becken, das den Großteil des nördlichen Pazifiks ausmacht, in Richtung Süden sogar über den Äquator hinaus reicht und nur wenig von Mittelozeanischer Rücken und Schwellen durchzogen ist.

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Der Pazifische Feuerring


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Quelle: MetEd

Am Pazifischer Feuerring (Ring of Fire), ein weitausgedehnter bzw. um den Ozean verlaufender Ring von aktiven Vulkanen verbunden mit Tiefseerinnen, fanden bezeichnenderweise einige der gewaltigsten Erdbeben des 20. Jahrhunderts statt (z. B. in Chile 1960 und 1923 in der japanischen Stadt Kobe). Eine weitere Gefahr sind die Seebeben, die meterhohe Flutwellen mit vernichtender Wirkung auslösen können, die Tsunamis.

Die zahllosen Inseln der Südsee werden mehr nach kulturellen als nach geographischen Gesichtspunkten in die Archipele Melanesien, Polynesien und Mikronesien unterteilt.

Die am Pazifik und an seinen Randmeeren liegenden Küstenstaaten sind:
Russland, Japan, Nordkorea, Südkorea, Volksrepublik China, Taiwan, Philippinen, Vietnam, Thailand, Kambodscha, Malaysia, Brunei, Palau, Mikronesien, Marshallinseln, Australien, Neuseeland, Papua-Neuguinea, Salomonen, Vanuatu, Nauru, Tuvalu, Kiribati, Fidschi, Tonga, Samoa, Chile, Peru, Ecuador, Kolumbien, Panama, Costa Rica, Nicaragua, Honduras, El Salvador, Guatemala, Mexiko, USA, Kanada.

Weitere Informationen:

Pazifisch-Nordamerikanische Telekonnektion (PNA)

Engl. Pacific-North American teleconnection pattern; klimatologischer Begriff zur Beschreibung für ein großskaliges Wettermuster mit zwei Modi (als positiv und negativ bezeichnet), das die atmosphärischen Zirkulationmuster über dem Nordpazifik und Nordamerika in Beziehung setzt. Das PNA-Muster, das von Wallace und Gutzler 1981 zuerst beschrieben wurde, besteht aus statistisch deutlich erkennbaren Korrelationen zwischen vier Aktionszentren: zwei Hochdruckzellen über Hawai'i und dem westlichen Nordamerika und zwei Tiefdruckzellen über dem Nordpazifik und der Golfküste der USA (kartographische Darstellung unter: http://www.cpc.noaa.gov/data/teledoc/pna_map.shtml). Dieses Muster beschreibt die Klimavariabilität auf zwischensaisonalen, saisonalen und dekadischen Zeitskalen und wird vermutlich durch ein tropisches Signal ausgelöst, wie z.B. verstärkte Konvektion in einem Teilraum der Tropen. Dies macht es vergleichbar dem ENSO-Phänomen.
Der Mechanismus, über den die PNA das Wetter in Nordamerika beeinflusst, erfolgt über die Stärke und die Lage des ostasiatischen Jetstreams, was letztlich das Wetter bestimmt, das der Jet nach Amerika mitbringt.
Die positive Phase der PNA ist durch ein Muster mit überdurchschnittlich hohem Luftdruck in der Nähe von Hawai'i und über den Gebirgsregionen des westlichen Nordamerika, sowie unterdurchschnittlichem Luftdruck südlich von Alaska und über dem SO der USA gekennzeichnet.
Diese Druckverteilung verstärkt den Jetstream der Mittelbreiten auf seinem Weg von Ostasien über den Pazifik. Sie erhöht die Wahrscheinlichkeit von überdurchschnittlich hohen Temperaturen im westlichen Kanada und den westlichsten Staaten der USA und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit für unterdurchschnittliche Temperaturen in den mittleren Südstaaten und den Staaten im SO der USA.
Im Winter ist die positive Phase auch verknüpft mit unterdurchschnittlichen Niederschlagsmengen im pazifischen Nordwesten und in der Osthälfte der USA.
Die negative Phase des PNA-Musters ist verbunden mit einem schwächeren Jetstream über dem zentralen Pazifik, einer durch hohen Druck bedingten Blockade der atmosphärischen Strömung in den höheren Breiten des Nordpazifiks und einer Aufspaltung des Jetstreams über dem zentralen Nordpazifik. Die Temperatur- und Niederschlagsabweichungen gegenüber normalen Verhältnissen sind im Allgemeinen invers zu denen der positiven Phase.

PNA-Index

PNA-Index

PNA is a pattern of anomalous air pressure over the Pacific Ocean and North America correlate with regional temperature and precipitation anomalies across North America.

This pattern, known as the Pacific-North American teleconnection pattern or PNA, influences regional weather by affecting the strength and location of the East Asian jet stream, and subsequently, the weather it delivers to North America.

 

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Quelle: NOAA
 

Obwohl das PNA-Muster ein eigenständiger Modus von Klimavariabilität ist, wird es auch vom ENSO-Zyklus beeinflusst. Die positive Phase des PNA-Musters ist eher mit El Niño-Bedingungen verknüpft und die negative Pase eher mit La Niña-Bedingungen.

Pegel

Eine Vorrichtung an einer Küstenstelle (und an einigen Stellen in der Tiefsee), die laufend die Höhe des Meeres in Bezug auf das angrenzende Land messen. Der Durchschnitt über die Zeit des so aufgezeichneten Meeresspiegels ergibt die beobachtete relative Meeresspiegeländerung.

Pelagial

Auch Freiwasserzone; Bereich des freien Wassers in einem Meer oder einem Binnensee. Die oberste, von Licht durchflutete Schicht wird epipelagial genannt. Hier entwickelt sich das Phytoplankton. Die zur Tiefsee gehörenden Regionen werden zwischen 800 und 2.400 m Tiefe als hemipelagial, die noch tieferen als eupelagial bezeichnet. Die im Pelagial vorherrschenden Organismen stehen nicht mehr mit dem Meeresgrund in Verbindung. Sie bildeten besondere Fähigkeiten aus, etwa wie das Plankton zu schweben oder wie das Nekton (Fische, Krebstiere u. a.) aktiv, auch gegen die Strömung, zu schwimmen. Das Pleuston existiert auf der Wasseroberfläche als eine Lebensgemeinschaft von Schwimmpflanzen und -tieren.

Pelagial_Tiefenzonierung

Die Tiefenzonen des marinen Pelagials
(nicht maßstabsgetreu)


Im Meer gliedert sich das Pelagial, gemäß der geomorphologischen Unterteilung des Gewässerbodens entlang des Kontinentalhangs, in fünf Tiefenzonen.


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Quelle: Wikipedia
 

Die pelagischen Zonen:

Epipelagial

Das Epipelagial (gr. επί epi „auf“) reicht bis in eine Tiefe von 200 m im Meer und zeichnet sich durch eine positive Bioproduktivität sowie den höchsten Artenreichtum innerhalb des Ökosystems aus. Neben Plankton lebt hier auch das Nekton – insbesondere Fische, Meeressäuger, Krebse und Kopffüßer. Die epipelagische Zone wird von der Sonne durchflutet und erlaubt daher vielzelligen Algen, höheren Pflanzen und photoautotrophen Kleinstlebewesen, Photosynthese zu betreiben. Der Bereich des Epipelagials, in welchem dies möglich ist, hängt von den Eigenschaften eines Gewässers ab und heißt Euphotische Zone.

Mesopelagial

Das Mesopelagial (gr. μέσον méson „mittig“) erstreckt sich von 200 bis 1000 m Tiefe und liegt damit zwischen der hellen und den dunklen Tiefenzonen, woher auch sein Name rührt. Seine Untergrenze markiert den Beginn der eigentlichen Tiefsee, der aphotischen Zone. Obgleich noch ein wenig blaues Licht in diese Tiefen vordringt, gibt es keine Photosynthese und somit auch keinen Pflanzenbewuchs mehr; ab und zu findet sich jedoch Plankton. Im Mesopelagial leben beispielsweise die Tiefsee-Beilfische.

Bathypelagial

Das Bathypelagial (gr. βαθύς bathýs „tief“) reicht von 1000 bis zu 4000 m Tiefe. Der Druck beträgt in dieser Tiefenzone bis etwa 400 bar. Es ist kein Sonnenlicht mehr vorhanden, nur einige Fische und Bakterien erzeugen Licht durch Biolumineszenz. Unter den in dieser Zone lebenden Tieren finden sich unter anderen Kalmare, Kraken, Seesterne und große Wale.

Abyssopelagial

Das Abyssopelagial (gr. ἄβυσσος ábyssos „bodenlos“) reicht von 4000 bis 6000 m Tiefe. Die hier lebenden Tiere, unter anderem Tiefsee-Anglerfische und Riesenkalmare, müssen Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt sowie Drücken von bis zu 600 bar standhalten.

Hadopelagial

Das Hadopelagial (gr. Ἁΐδης, der Hades, die Unterwelt) ist die tiefste Zone und reicht von 6000 bis zu ca. 11000 m Tiefe, dem tiefsten Punkt im Ozean. Hier ist der Druck bis zu 1100-mal höher als an der Wasseroberfläche. Sonnenlicht ist im Hadopelagial nicht mehr vorhanden und die Temperatur wie im Abyssopelagial nahe am Gefrierpunkt. Zu den hier vorkommenden Lebewesen gehören die Borstenwürmer.

Produktionsbiologische Zonen:

Das Pelagial lässt sich ähnlich wie das Benthal in zwei produktionsbiologische Zonen einteilen:

  1. In eine trophogene Zone (Nährschicht, d. h. es wird mehr Sauerstoff und Biomasse erzeugt als verbraucht)
  2. In eine tropholytische Zone (Zehrschicht, d. h. es wird weniger Sauerstoff und Biomasse erzeugt als verbraucht).

Schematische Struktur eines pelagischen Meereökosystems


Grüne Pfeile: Input in die Primärproduktion
Schwarze Pfeile: Wechselwirkungen mit dem Karbonatsystem
Braune Pfeile: Abbau von Biomasse


Meeressäuger und Vögel sind der Übersicht halber nicht berücksichtigt.


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Quelle: WBGU
 
Perzentil

Engl. percentile oder centile; ein Lagemaß aus der Statistik. Durch die Perzentile wird ein der Größe nach geordneter Datensatz in 100 umfangsgleiche Teile zerlegt. Diese teilen somit den Datensatz in 1 %-Schritte auf. Das x %-Perzentil ist sozusagen ein Schwellenwert innerhalb eines geordneten Datensatzes bei dem x % aller Werte kleiner oder gleich dieses Schwellenwertes sind. Der Rest ist größer. Für das 20 %-Perzentil bedeutet das zum Beispiel, dass 20 % der Werte unterhalb oder gleich dieses Perzentils liegen.

Weitere Informationen:

Photosynthese

Grundlegende Stoffwechselreaktion chlorophyllhaltiger (autotropher) Organismen (Samenpflanzen, Farne, Moose, Algen, Cyanobakterien und andere phototrophe Bakterien), bei der aus anorganischen Stoffen unter katalytischer Mitwirkung des Blattgrüns und unter Ausnutzung der Sonnenenergie organische Stoffe (Kohlehydrate) aufgebaut werden. Die Photosynthese verläuft nach der Gleichung:

6 CO2 + 6 H2O Pfeil C6H12O6 + 6 O2

Bei dieser oxygenen Photosynthese wird Wasser gespalten. Der heutige Sauerstoffgehalt der Atmosphäre (21%) beruht allein auf der Sauerstofffreisetzung durch die Photosynthese. Ohne den freigesetzten Sauerstoff und die aufgebaute Glucose wäre ein Leben für Tiere und Menschen auf der Erde unmöglich. Die Photosynthese ermöglicht eine Primärproduktion, von der letztlich auch die nicht zur Photosynthese fähigen heterotrophen Organismen leben.

physikalische Pumpe

Auch Löslichkeitspumpe genannte Bezeichnung für die langzeitige Verfrachtung von in oberen Ozeanschichten gelöstem Kohlendioxid in tiefe Wasserschichten durch thermohaline Meeresströmungen.

Der Prozess beruht auf der Abhängigkeit der CO2-Löslichkeit von der Temperatur. In den Tropen, wo es warm ist, kann das Wasser nicht viel CO2 aufnehmen, im Gegenteil gibt der Ozean dort sogar mehr CO2 ab als er aufnimmt. In den hohen Breiten wie dem Südpolarmeer, dem Nordatlantik und dem Arktischen Ozean nimmt das Wasser mehr CO2 auf als es abgibt. Da an diesen Orten aber auch der absinkende Ast der globalen Ozeanzirkulation zu finden ist (Tiefenwasserbildung), wird das CO2-reiche Wasser in die Tiefe befördert. Dann breitet es sich in Richtung Äquator aus, so dass sich das kalte, CO2-reiche Wasser unter das warme und CO2-arme oberflächennahe Wasser schiebt.

Phytoplankton

Pflanzlicher und mikrobieller Anteil des Planktons, der zur Photosynthese und damit zur photoautotrophen Ernährung fähig ist. Die Organismen des Phytoplanktons besitzen eine Größe von maximal 2 mm, die wichtigsten Phytoplanktongruppen sind Blaualgen (Cyanophyceae), Grünalgen (Chlorophyceae), Kieselalgen (Bacillariophyceae) und Dinoflagellaten (Dinophyceae).

Biologisch gesehen gehören diese Spezies nur zum Teil dem Reich der Pflanzen an (z.B. Grünalgen), zum Teil dem der Protisten (Kieselalgen, Goldalgen), dem der Stramenopilen (Dinoflagellaten) und zum Teil dem Reich der Bakterien (Cyanobakterien).

Phytoplankton baut als Primärproduzent mit Hilfe der Photosynthese aus Kohlenstoffdioxid und Nährstoffen seine Körpersubstanz (Biomasse) auf (Primärproduktion). Das Phytoplankton ist damit die Basis der autochthonen Nahrungspyramide in stehenden und langsam fließenden Gewässern. Gleichzeitig leistet es einen wesentlichen Beitrag zur aquatischen Primärproduktion und damit zur Abgabe von Sauerstoff („Quelle für O2“) an die Atmosphäre und zur Aufnahme von Kohlenstoffdioxid („Senke für CO2“) aus der Atmosphäre. Es wird geschätzt, dass Phytoplankton für die Produktion von 50 - 80 % des Sauerstoffs in der Atmosphäre verantwortlich ist. Vor allem durch ansteigende Meerestemperaturen ist die Menge des marinen Phytoplanktons seit 1950 um 40 % zurückgegangen.
Ein massenhaftes Auftreten von Phytoplankton wird als Algenblüte oder Planktonblüte bezeichnet und hat oft Hypoxie zur Folge.

In großen Teilen des Pazifiks sind die Konzentrationswerte an pflanzlichem Leben in Äquatornähe im Allgemeinen niedrig. Diese „Meereswüste“ existiert, weil dieser Teil des Ozeans arm an Eisen ist, ein Schlüsselnährstoff, den das Plankton benötigt. Dieser Zustand ist besonders unter El Niño-Bedingungen ausgeprägt, ganz im Gegensatz zu den Verhältnissen bei La Niña (vgl. Abb. unten).

Der Eisengehalt in entfernten Pazifikregionen ist niedrig, da die Gebiete weit entfernt vom Land liegen, das ihnen über Flüsse oder Staubeintrag Eisen liefern könnte. Das im Wasser verfügbare Eisen stammt aus dem Auftrieb („Upwelling“) von tieferen Ozeanschichten. Während normalen Jahren treiben östliche Winde das Oberflächenwasser in Richtung Westen und bewirken dadurch ein Aufquellen von kaltem nährstoffreichem Wasser um es zu ersetzen.

Während El Niño-Ereignissen erlahmen diese Winde, und das Upwelling wird sehr schwach. Ohne Nährstoffe sinken die Konzentrationen an Phytoplankton stark ab, wie auch in der Folge die des Zooplanktons, welches sich vom Phytoplankton ernährt und schließlich auch die der Fische, die sich vom Zooplankton ernähren.

Ein extremes Beispiel lieferte der El Niño von 1997/98. Mit dessen Abschwächung kamen die Winde zurück, das Upwelling kam wieder in Gang und ermöglichte eine Erholung des Phytoplanktons. Die Entwicklung wurde durch den raschen Übergang zu La Niña-Bedingungen gefördert. Satelliten dokumentierten nun eine massive Planktonblüte im äquatorialen Pazifik. Etwa einen Monat lang wurde die Wüste zum Garten.

Der zweite Faktor für das Entstehen der außergewöhnlich starken Blüte war die geringe Zahl an Zooplankton, denn diese Kleinsttiere hatten ja während des vorangegangenen El Niño an Nahrungsmangel gelitten und waren entsprechend dezimiert. Eine nicht unerhebliche Menge an Kohlenstoff versank bei der Blüte über abgestorbenes Phytoplankton in der Tiefe. (Chlorophyll and Climate in the Pacific Ocean)

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Chlorophyll and Climate in the Pacific Ocean

These images show satellite-measured chlorophyll concentrations in the Pacific Ocean during the La Niña bloom in August 1998 (top left); in December of 1999 (top right), which was a typical year; and during the 1997 El Niño (bottom right). The graph at lower left shows the chlorophyll concentration of the region from September (S) of 1997 through December (D) of 2000. Chlorophyll concentrations increase from purple (very low) to red (high). During the La Niña bloom an area of very high chlorophyll occurs around 140 degrees West; this area corresponds to the peak in the graph, which reaches its maximum in August 1998. These data were collected by the Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS).

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Quelle: NASA Earth Observatory
 

Weitere Informationen:

Planetarische Zirkulation

Syn. allgemeine Zirkulation der Atmosphäre; nach Weischet (1977) der mittlere Zirkulationsmechanismus in der Lufthülle der Erde, welcher sich, von der solar bedingten unterschiedlichen Energiezufuhr in Gang gesetzt, zum großräumigen Ausgleich von Masse, Wärme und Bewegungsenergie unter den erdmechanischen und geographischen Bedingungen einstellt. Danach ist die planetarische Zirkulation der mittlere Ablauf eines weltweiten Austauschvorganges in der Atmosphäre.

Die planetarischen Wind- und Luftdruckgürtel

Die planetarischen Wind- und Luftdruckgürtel

 

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Quelle: medienwerkstatt-frank
 
planktivor

Lebewesen, die sich vom Plankton (Mikroalgen, Fisch- und Muschellarven oder Kleinstkrebsen) ernähren, werden als planktivor bezeichnet.

Plankton

Von altgriech. "das Dahintreibende"; Sammelbegriff für alle Organismen sowie deren Eier und Entwicklungsstadien, die sich in Seen oder Meeren schwebend aufhalten. Diese Mikroorganismen und kleinwüchsigen Pflanzen und Tiere vermögen sich nicht mit eigenen Mitteln und eigener Kraft fortzubewegen oder Wasserströmungen zu widerstehen. Größere Angehörige tierischen Planktons vermögen allerdings z.T. ausgedehnte, periodische Vertikalwanderungen durchzuführen. Die zum Plankton gehörenden Lebewesen bezeichnet man als Planktonten oder Plankter. Ein übliches Gliederungskriterium des äußerst heterogenen Planktons ist die Unterscheidung nach Phytoplankton (pflanzliches Plankton) und Zooplankton (tierisches Plankton).

Das assimilatorisch aktive Phytoplankton ist, was seine Biomasse und seine Produktionsmenge anbetrifft, der Hauptträger der marinen Primärproduktion. Es besteht fast ausnahmslos aus mikroskopisch kleinen, einzelligen Organismen, deren Aufenthaltsraum jener bis in ca. 200 m Tiefe reichende Wasserkörper ist, in dem das für die Photosynthese erforderliche Sonnenlicht zur Verfügung steht. Die Vermehrung der dahintreibenden Einzeller erfolgt vorwiegend durch deren vegetative Zweiteilung. Die Intensität dieser sogenannten Phytoplanktonblüte ist abhängig von der Einstrahlung des Sonnenlichts, vom Angebot an CO2, von der Düngung, d.h. vom Gehalt des Wassers an stickstoff-, phosphor- und schwefelhaltigen Anionen, sowie - im Falle der Kieselalgen (Diatomeen) - von der Verfügbarkeit der Kieselsäure, die sie für ihre aus SiO2 bestehende Zellenhülle benötigen.

Mit bloßem Auge betrachtet, hinterläßt eine angereicherte Phytoplanktonprobe den Eindruck einer braun-grünlichen Suppe. Erst mit dem Mikroskop wird der Reichtum an formschönen bis bizarren Gestalten deutlich. Zu den größeren Vertretern des Phytoplanktons gehören Diatomeen und Dinoflagellaten, zu den kleineren die Flagellaten.

Das Plankton des Meeres wird Haliplankton, das des Brackwassers Hyphalmyroplankton und das des Süßwassers Limnoplankton genannt. Beim Meeresplankton wird das der Hochsee als ozeanisches Plankton von dem der Küstenmeere als neritischem Plankton abgetrennt und nach der Tiefenverteilung von Epiplankton (obere 200 m), Bathyplankton (unterhalb 200 m) und Hypoplankton (über dem Meeresboden) gesprochen.

Die Verteilung des Phytoplanktons im Meer wird seit 1979 von speziellen satellitengestützten Instrumenten gemessen. Diese Instrumente, sogenannte Ocean Colour Scanner messen die Farbe des Meeres. Die Meeresfarbe ist proportional zur Menge der oberflächennahen Chlorophyllpigmente mit Ausnahme der sedimentreichen Gewässer in unmittelbarer Küstennähe. Die Menge des Chlorophylls wiederum ist proportional zur Menge des Phytoplanktons im Wasser. Wasser mit viel Phytoplankton ist grün, reines Ozeanwasser erscheint tief marineblau.

Das Phytoplankton ist ein sehr bedeutender Sauerstofflieferant. Ferner entwickeln sich auf Kosten des Phytoplanktons das heterotrophe Zooplankton, wie auch höhere marine Tiere.
Das aus heterotrophen Konsumenten zusammengesetzte Zooplankton ist, hinsichtlich Größe und systematischer Zugehörigkeit deutlich vielfältiger als das Phytoplankton. Zum Zooplankton gehören Protozoen (Einzeller), kleine Krebstiere, Quallen, Würmer und Mollusken sowie die Eier und Larven vieler meeres- und süßwasserbewohnender Tierarten.
Alle Planktonten sind wichtige Glieder der Nahrungsketten. Viele Fische und die Bartenwale ernähren sich ausschließlich von Plankton.

Weitere Informationen:

Pleistozän

Das Eiszeitalter der jüngeren Erdgeschichte, das vor ca. 2,3 Millionen Jahren einsetzte und vor ca. 10.000 Jahren vom Holozän abgelöst wurde. Das Pleistozän ist durch wenigstens 4 Eiszeiten und dazwischen liegende Warmzeiten geliedert.

Pollenanalyse

Pflanzengeographische Methode zur Ermittlung der historischen Floren- und Vegetationsverhältnisse anhand von fossil abgelagerten Pollenkörnern und Sporen. Ermöglicht wird die Pollenanalyse durch die Resistenz der Pollenkörner gegenüber Zersetzung. Besonders unter anaeroben Bedingungen, wie sie in Sedimenten, Torfen etc. herrschen können, sind die Außenwände des Pollens (Exine) extrem haltbar. Die charakteristisch ausgeprägten Strukturen der Exine ermöglichen eine systematische Zuordnung zu den entsprechenden Pflanzensippen. Für die Pollenanalyse genutzt wird vor allem der Pollen windblütiger Pflanzenarten, weil nur dieser flächendeckend verbreitet und sedimentiert wird. Daraus folgt, dass die Pollenanalyse kein reales Abbild der wahren Vegetationsverhältnisse vergangener Perioden rekonstruieren kann, da z.B. der Pollen insektenblütiger Arten keine vergleichbar starke Verbreitung findet. Anhand der Mengenverhältnisse bestimmter Pollengruppen können Rückschlüsse auf die nacheiszeitliche Klimaentwicklung sowie auf menschliche Einflüsse auf die Pflanzendecke gezogen werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass sowohl die wichtigsten Baumarten Mitteleuropas wie auch die Süßgräser zu den windblütigen Pflanzensippen gehören.

Besonders für die Abschätzung anthropogener Einflüsse wie Rodungen oder die Zunahme von Ackerflächen spielt das Verhältnis von Baumpollen zu Nichtbaumpollen (NBP) eine wichtige Rolle. Die Bestimmung von Pflanzenarten anhand ihres Pollens kann sehr schwierig sein, daher erfolgt teilweise eine Zusammenfassung zu Gruppen (z.B. Gräserpollen). Durch Pollendiagramme lässt sich besonders gut die nacheiszeitliche Vegetationsentwicklung und der Wechsel der dominierenden Gehölze darstellen. Dies wird ermöglicht durch mächtige Torflagerstätten, die durch ihr permanentes Wachstum während des Holozäns ein lückenloses Pollenarchiv darstellen können. Bei dieser Darstellungsform werden Mengenanteile von Pollen gegen eine Zeitskala aufgetragen. Diese Zeitskala wird häufig in Pollenzonen unterteilt. Pollenzonen kennzeichnen die Mengenverhältnisse von Pollen, die durch die Gesamtheit von klimatischen, ausbreitungsbiologischen und anthropogenen Faktoren bedingt werden. Eine wichtige Anwendung der Pollenanalyse ist die Datierung von Torfen, Sedimenten oder Böden.

Hasel- und Eichenpollen zeigen eine Warmzeit an, Kiefern und Birken wachsen dagegen stärker in Kaltzeiten. Findet man frostempfindliche Pflanzenpollen wie Ilex und Efeu, müssen die Winter relativ mild gewesen sein.

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Pollendiagramm aus dem Meerfelder Maar (Eifel)
von 15.000 vor heute bis zur Gegenwart


Anhand der Pollenfunde im Meerfelder Maar in der Eifel lassen sich die verschiedenen Zeitabschnitte charakterisieren: Die in der Eiszeit entstandenen Sedimente enthalten Birken-, Kiefern-, Süßgras- und Kräuterpollen. Die Baumpollen machen nur einen kleinen Teil der gefundenen Pollen aus. Es gab keine Wälder. Die Klimaerwärmung zeigt sich an der Zunahme von Hasel- und Eichenpollen.


Quelle: Deutsches Museum (R.o.)
 
Pollutant Standards Index (PSI)

Ein vor allem in Singapur verwendeter Luftqualitätsindex, der mittels einer veröffentlichten Zahl der Bevölkerung auf leicht verständliche Weise vermittelt, wie stark die Luft in einem bestimmten Gebiet mit Schadstoffen belastet ist. Die Skala reicht von 0 bis 500.
Ursprünglich wurde der PSI in Singapur auf der Grundlage von fünf Luftschadstoffwerten berechnet, aber seit April 2014 sind auch die Feinstäube unter 2,5 Mikrometer (PM2.5) einbezogen.
Damit berücksichtigt der PSI folgende sechs Parameter:

  • Schwefeldioxid (SO2)
  • Feinstaub (PM10) - Partikelgröße 10 Mikrometer und kleiner
  • Feinstaub (PM2.5) - Partikelgröße 2,5 Mikrometer und kleiner
  • Stickstoffdioxid (NO2)
  • Kohlenstoffmonoxid (CO) und
  • Ozon (O3)
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Links: Straßenszene in Singapur mit Büroangestellten am 20.6.2013

Quelle: Wunderground

Rechts: Anleitung zum korrekten Tragen einer Atemschutzmaske, hrsg. vom Gesundheitsministerium Singapur

Quelle: Regierung Singapur

 

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Singapur veröffentlicht Tagesdurchschnittswerte des PSI, ferner alle drei Stunden PSI-Werte unter Einbeziehung der PM2.5-Feinstaubkonzentrationen und jede Stunde die PM2.5-Werte. Wären Episoden mit Tropical Haze stellt PM2.5 den bedeutendsten Schadstoff für die menschliche Gesundheit dar.
Der PSI beruht auf einer Skala, die ursprünglich von der United States Environmental Protection Agency (USEPA) entwickelt wurde und auch in anderen Ländern Anwendung findet.
Seit 1999 hat die EPA den PSI durch den Air Quality Index (AQI) ersetzt und dabei auch PM2.5- und Ozon-Grenzwerte einbezogen.
Die in anderen Staaten verwendeten Luftqualitätsindices können abweichende Berechnungsgrundlagen haben. Auch werden unterschiedliche  Bezeichnungen verwendet wie Air Quality Health Index, Air Pollution Index oder Pollutant Standards Index.

PSI-Tabelle mit Index-Werten, Deskriptoren und möglichen Effekten auf die Gesundheit nach Angaben der National Environment Agency (NEA) von Singapur

PSI Descriptor General Health Effects

0–50

Good

None

51–100

Moderate

Few or none for the general population

101–150

Unhealthy for sensitive groups

Members of sensitive groups may experience health effects. The general public is not likely to be affected.

151–200

Unhealthy

Everyone may begin to experience health effects; members of sensitive groups may experience more serious health effects.

201-300

Very unhealthy

Health warnings of emergency conditions. The entire population is more likely to be affected.

301+

Hazardous

Health alert: everyone may experience more serious health effects

Singapur wird immer wieder von Tropical Haze betroffen, der seine Ursache im benachbarten Sumatra (Indonesien) mit seiner ungezügelten Brandrodung hat. Im Juni 2013 führte dies zum bisherigen Rekordwert von 401 PSI.

Weitere Informationen:

Primärproduktion

Menge der Biomasse, die von den grünen Pflanzen, somit auch vom pflanzlichen Plankton, aus anorganischen Verbindungen während einer bestimmten Zeitspanne aufgebaut wird. Dieser Prozess vollzieht sich ganz überwiegend mit Hilfe der Photosynthese, die im Wasser nur in den oberen, lichtdurchfluteten Schichten möglich ist. Einige wenige, relativ einfache Lebensformen stellen mit Hilfe der Chemosynthese direkt aus energiereichen anorganischen Molekülen in ihrer Umgebung nutzbare Energie her und tragen zur Primärproduktion bei.

Primärproduktion wird oft als die in Gramm angegebene Masse oder das Trockengewicht von organischem Kohlenstoff definiert, der unter einem Quadratmeter Meeresoberfläche pro Zeiteinheit (gC/m²/Zeiteinheit) entstanden ist. Obwohl 71 % der Erdoberfläche vom Meer bedeckt sind, entfallen auf die Ozeane nur ca. 44 % der gesamten Bruttoproduktion der Biosphäre und lediglich ca. 32 % von der Nettoproduktion. Die Hauptmenge mariner Produktion leisten die mikroskopischen Algen des Phytoplanktons mit ca. 95 %.

Primärproduktion im Meer vollzieht sich vor allem in Auftriebsgebieten, in denen aufquellendes Tiefenwasser die Nährstoffe (vor allem Phosphat, Nitrat und Silikat) in die euphotische Zone liefert. Das Silikat-Ion SiO4- wird für den Aufbau der äußeren Schale der einzelligen pflanzlichen Diatomeen und des Skeletts einiger Protozoen benötigt.

Primärproduktion stellt die erste Stufe trophischer (die Nährstoffversorgung betreffend) Ebenen innerhalb einer Nahrungskette - z.B. vom Phytoplankton zum Killerwal - dar. Die durchschnittliche Effizienz des Energietransfers von einer trophischen Stufe zur nächsten innerhalb einer Nahrungskette im offenen Meer beträgt etwa 10 Prozent. Würde darüber hinaus ein Mensch ein Kilogramm an Körpergewicht zunehmen wollen, benötigte er 10 kg Lachs. Die jeweils nächstniedrigere Stufe müsste folgende Massen bereitstellen um das erstgenannte Ziel zu erreichen: 100 kg kleine Fische, 1.000 kg fleischfressendes Zooplankton, 10.000 kg pflanzenfressendes Zooplankton, 100.000 kg Phytoplankton. Der 90-prozentige Energieverlust auf jeder Trophiestufe erklärt sich aus dem Energiebedarf für Stoffwechselvorgänge, Atmung, Bewegung, Fortpflanzung, Fütterung und Wärmeverlust.

In Auftriebsgebieten ist die Nahrungskette kürzer, da die dort fischereiwirtschaftlich wichtigen Fische wie Anchoveta und Sardinen direkt Phytoplankton aufnehmen und so die Effizienz deutlich erhöhen können. Dies ist auch eine Erklärung für den dortigen Fischreichtum.

Die Primärproduktion wird von mehreren Klimafaktoren beeinflusst:

  • Temperatur: Wachstum und Artenzusammensetzung des Phytoplanktons sind stark temperaturabhängig. Die Primärproduktion wird durch Erwärmung zunächst direkt gefördert. Doch kann die erhöhte Temperatur indirekt auch die Produktion bremsen, z. B. über verringerte Nährstoffzufuhr als Folge einer ausgeprägteren Temperaturschichtung.
  • Licht: Veränderungen der Eis- oder Wolkenbedeckung des Oberflächenwassers haben direkten Einfluss auf die Primärproduktion, da das Phytoplankton Sonnenlicht als Energiequelle benötigt. Die Lichtversorgung des Phytoplanktons nimmt auch mit wachsender Durchmischungstiefe des Oberflächenwassers ab.
  • Nährstoffe: Der Klimawandel kann indirekt auch die Versorgung des Phytoplanktons mit Nährstoffen (vor allem Stickstoff und Phosphor, aber auch „Mikronährstoffe“ wie z. B. Eisen) beeinflussen. Aus der produktiven oberen Schicht der Ozeane werden durch das Absinken abgestorbener Organismen ständig organische Substanz und damit auch Nährstoffe in die Tiefsee exportiert („biologische Pumpe“). Der Rücktransport in die oberen Schichten findet vor allem durch Aufwärtsströmungen und vertikale Mischung statt, die über Temperaturschichtung, Wind- und Strömungsverhältnisse vom Klima beeinflusst werden.
produktivitaet_trop_ozean

Produktivität in tropischen Ozeanen


Obwohl die Tropen ganzjährig ausreichend Sonnenlicht zur Primärproduktion empfangen, verhindert eine permanente Thermokline die Vermischung von Oberflächen- und Tiefenwasser. Da Phytoplankton das in der oberflächennahen Deckschicht vorhandene Nährstoffangebot aufbraucht, ist die Produktivität begrenzt, denn die Thermokline verhindert den Nachschub von Nährstoffen aus den teiferen Wasserschichten. Daher bleibt die Produktivität auf einem konstant niedrigen Niveau.



Quelle: Thurman / Trujillo 2002
 

Das Verständnis der klimagesteuerten Prozesse bei der Primärproduktion – z. B. deren Temperatursensitivität – ist offensichtlich unzureichend. Die Qualität gekoppelter Klima-, Ozean- und Ökosystemmodelle lässt derzeit keine belastbaren Aussagen hinsichtlich der künftigen Entwicklung zu.

Bitte beachten Sie auch die Abbildungen zu Formen des Planktons im Anhang.

Probabilistische ENSO-Vorhersage

Hier bezogen auf den CPC/IRI Official Probabilistic ENSO Forecast. Das CPC/IRI ENSO-Team besteht aus elf Meteorologen (2016). Sie verwenden eine Reihe von statistischen und dynamischen Computermodellen, daneben Informationen von verschiedenen Klimabeobachtungssystemen und ihre persönliche Expertise. Bei der Erstellung der Prognose beziehen die Meteorologen auch den Kenntnisstand von weiteren Klimaexperten der NOAA mit ein.
Jeder Meteorologe liefert eine Vorhersage für den Oceanic Niño Index (ONI), die dreimonatige SST-Anomalie in der Niño3.4-Region. Dies ist eine aus drei Kategorien bestehende Wahrscheinlichkeitsvorhersage: Eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass der ONI unter -0,5 °C liegen wird, eine, dass er über +0,5 °C und eine, dass er zwischen den beiden Werten liegen wird.
Diese Vorhersagen erstrecken sich über zehn Monate in die Zukunft. Beispielsweise bezieht sich der erste Vorhersagezeitraum des Beispiels in der folgenden Abbildung auf den Juni-Juli-August 2016 und der letzte gilt für Februar-März-April 2017. Diese Wahrscheinlichkeiten gehen in den consensus probabilistic forecast ein.

CPC/IRI Early-July Official ENSO Forecast Probabilities

Links: Tabelle - Rechts: Diagramm
Quelle: IRI (14. Juli 2016)
Proxydaten

Auch Proxy oder Proxy-Klimaindikator; dies sind näherungsweise Daten über hydrologische und meteorologische Bedingungen in historischen und prähistorischen Zeiten, die unter Anwendung physikalischer und biophysikalischer Methoden aus der Analyse von lokalen Datenquellen, den Proxies gewonnen werden. Solche Indikatoren für Paläoklima sind Eisbohrkerne, Pollen, Warven, Baumringe, Speläotheme, Eigenschaften von Korallen, Hinweise auf Gletscherstände, historische Quellenangaben, Ernteertragszahlen, phänologische Phasen, Vereisungs- und Hochwasserangaben, Zerfallseigenschaften von Isotopen. Meist wird bei der Analyse nach dem Prinzip des Aktualismus verfahren.

Zeitlicher Bereich und potentieller Informationsgehalt von paläoklimatischen Proxies
Proxy-Typ Proben-
Intervall
(min.)
Zeitbereich
(Einheit: a)
Temp. Niederschlag
oder Wasserbilanz
Chem. Zusam-
mensetzung
(Luft oder Wasser)
Biomasse
oder Vegetation
Vulkan-
ausbrüche
Meeres-
spiegel
Sonnen-
Aktivität
Historische Aufzeichnungen d/h ~103 X X X X X X X
Baumringe a/Jahreszeit ~104 X X 0 X X 0 X
Seesedimente a - 20 a ~104~106 X X 0 X X 0 0
Korallen a ~104 X X X 0 0 X 0
Eisbohrkerne a ~5 X 105 X X X X X 0 X
Pollen 20 a ~105 X X 0 X 0 0 0
Speleotheme 100 a ~5 X 105 X X X 0 0 0 0
Loess 100 a ~106 0 X 0 X 0 0 0
Geomorphologische Charakteristika 100 a ~106 X X 0 0 X X 0
Meeressedimente 500 a ~107 X X X X X X 0
Quelle: NOAA (übersetzt)

Proxydaten werden zu Zeitreihen aufbereitet und mit statistischen Methoden kalibriert, d. h. zu Klimaparametern (Hilfsgrößen) in Beziehung gesetzt. Zeitreihen aus natürlichen Archiven reichen Tausende, ja Hunderttausende von Jahren in die Vergangenheit zurück. Ihr zeitliches Auflösungsvermögen ist jedoch für historische Klimawirkungsforschung unzureichend, die auf zeitlich hoch aufgelöste jahreszeitliche oder monatliche Daten angewiesen ist. Wesentlich größere Bedeutung kommt diesbezüglich den frühinstrumentellen Messreihen der Temperatur und des Niederschlags zu, die von Meteorologen aufgearbeitet und homogenisiert, d. h. mit den späteren Messungen vergleichbar gemacht worden sind. Die längste dieser Messreihen, jene von Zentralengland, reicht bis ins Jahr 1659 zurück.

Für die Daten aus den Archiven der Gesellschaft hat sich seit einigen Jahren der Begriff documentary data eingebürgert. Der Begriff des Dokuments für diese Quellengattung ist insofern gut geeignet, als er neben Text- auch Bild- und Tondokumente einschließt. Wer genau hinsieht, kann außerdem Informationen über das Klimageschehen in alten Karten, Plänen, Zeichnungen und Gemälden finden - man denke nur an die Winterszenen auf den Gemälden von Pieter Breughel d.Ä. aus dem 16. Jahrhundert oder an Jahreszeitenbilder, auf denen erstmals im 14. Jahrhundert realistisch Schnee dargestellt wurde.

„Proxi“ war ursprünglich ein Etikett, das Klimatologen den biotischen Aufzeichnungen wie Pollen gaben, weil daraus das Klima nur approximativ, also annähernd zu ermitteln ist.

Pyknokline

Dichtesprungschicht, in der sich eine starke vertikale Veränderung der Dichte vollzieht. Sie liegt gewöhnlich in Tiefen zwischen 300 m und 1.000 m Tiefe. Ist eine Pyknokline ausgebildet, so stellt sie eine sehr starke Behinderung für die Mischung der oberen, weniger dichten Wasserschicht (Deckschicht) und der darunter liegenden, dichteren Wasserschicht dar. So stellt sie den Boden für die Oberflächenzirkulation mit ihren saisonalen Temperatur- und Salinitätsänderungen dar. Nur in höheren Breiten und in Polarregionen, wo gewöhnlich keine Pyknokline und keine Deckschicht ausgebildet sind, sind Tiefenwässer der Atmosphäre ausgesetzt und können Gase (z.B. CO2) austauschen.
Die Pyknokline entsteht aus der kombinierten Wirkung der Thermokline und der Halokline, da sowohl Temperatur, wie auch Salzgehalt die Dichte beeinflussen.

eutrophication

Pyknokline

Die Schichtung in diesem Schema verläuft horizontal zwischen der trophogenen Zone (obere, helle, salzarme, warme Schicht) und der tropholytischen Zone (untere, dunkle, salzreiche, kalte Schicht) (engl. Beschriftung)
Die Abtrennung wird durch die Pyknokline mit ihrem markanten, vertikal verlaufender Dichtegradienten gewährleistet.


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Quelle: Wikipedia, 18.11.10