D3 Ozean und Untergrund

Thema

Das globale Ozeanbeobachtungssystem kombiniert autonome Plattformen, Bojen, feste Verankerungen und Forschungsfahrten, um den dreidimensionalen Zustand des Ozeans zu messen, darunter Temperatur, Salzgehalt, Strömungen und chemische Zusammensetzung in verschiedenen Tiefen. Keine einzelne Plattform kann gleichzeitig die gesamte Ausdehnung und Tiefe des Ozeans oder alle relevanten Variablen erfassen, daher ergänzen sich diese Systeme.

Eine seiner Hauptkomponenten ist das Netzwerk von etwa viertausend autonomen Profilierungsbojen, die über die Ozeane verteilt sind. Jede Boje taucht typischerweise auf etwa zweitausend Meter ab und zeichnet während ihres Aufstiegs Temperatur- und Salzgehaltsprofile auf. Nach Erreichen der Oberfläche übermittelt sie die Daten per Satellit und beginnt dann etwa alle zehn Tage einen neuen Zyklus. Eine Erweiterung dieses Netzwerks für die Tiefsee verwendet Bojen, die bis zu sechstausend Meter tief tauchen können.

Die gewonnenen Temperaturprofile ermöglichen die Berechnung des integrierten Wärmeinhalts der Wassersäule. Diese Variable liefert ein direktes Maß für das Energieungleichgewicht des Planeten, da der Ozean mehr als neunzig Prozent der überschüssigen Wärme absorbiert, die durch den Treibhauseffekt im Klimasystem gespeichert wird. Die Beobachtung der Entwicklung der im Ozean gespeicherten Wärme ermöglicht es uns daher, Veränderungen der Energiebilanz zu beurteilen, die sich nicht allein anhand der Lufttemperatur an der Oberfläche bestimmen lassen.

Ein weiterer grundlegender Bestandteil sind die Verankerungssysteme, die zur Beobachtung der atlantischen Rückströmung in subtropischen und subpolaren Regionen eingesetzt werden. Diese Systeme kombinieren Strömungsmesser mit Instrumenten, die Temperatur, Salzgehalt und Druck in verschiedenen Tiefen erfassen. Aus diesen Messungen lassen sich Dichtegradienten bestimmen und der geostrophische Transport abschätzen.

Diese Berechnung basiert auf dem Gleichgewicht zwischen dem horizontalen Druckgradienten, der die Wasserbewegung antreibt, und der Kraft der Erdrotation. Kennt man die Druckunterschiede, die sich aus der Dichteverteilung ergeben, kann man abschätzen, wie viel Wasser die Zirkulation transportiert, ohne die Strömungsgeschwindigkeit an jedem Punkt im Ozean direkt messen zu müssen.

Ergänzt werden diese Beobachtungen durch Satellitenmessungen geringfügiger Variationen des Erdgravitationsfeldes. Diese Messungen ermöglichen die Erfassung von Massenverteilungsänderungen, die nur wenigen Zentimetern Wassertiefe entsprechen, sowie die Überwachung von Veränderungen der Ozeanmasse, der Gletscher und des in Kontinenten und Grundwasserleitern gespeicherten Wassers. Sie stellen somit eine unabhängige Beobachtung der Wasserverteilung im Erdsystem dar.

Ozeanographische Forschungsfahrten liefern hochpräzise Messungen entlang festgelegter Routen. Sie erfassen Profile von Temperatur, Salzgehalt, gelöstem Sauerstoff, Nährstoffen, gelöstem anorganischem Kohlenstoff und Alkalinität. Die beiden letztgenannten Variablen ermöglichen die Berechnung von Eigenschaften des Kohlenstoffsystems, darunter der Säuregrad des Wassers und der Kohlendioxidpartialdruck im Ozean.

Die Differenz zwischen dem Kohlendioxidpartialdruck im Ozean und dem in der Atmosphäre bestimmt die Richtung des Kohlendioxidaustauschs. Bei niedrigerem Partialdruck im Ozean nimmt dieser atmosphärisches Kohlendioxid auf; bei höherem Partialdruck gibt er Kohlendioxid an die Atmosphäre ab. Diese Messungen erlauben es uns daher, die Rolle des Ozeans als Kohlenstoffspeicher und -austauscher zu bewerten.

Autonome Driftbojen, Verankerungen, Satellitenbeobachtungen und ozeanographische Forschungsfahrten bieten zusammen komplementäre Einblicke in dasselbe System. Driftbojen beschreiben die thermische und salzchemische Struktur und ermöglichen die Abschätzung des Wärmeinhalts; Verankerungen beobachten großräumige Zirkulationen und deren Transport. Satelliten erfassen Massenumverteilungen; Forschungsfahrten liefern detaillierte physikalische und chemische Messungen, unter anderem des Kohlenstoffsystems.

Da der Ozean den größten Teil der durch den Treibhauseffekt gespeicherten überschüssigen Wärme aufnimmt und zudem einen erheblichen Anteil des atmosphärischen Kohlendioxids absorbiert, ist dieses integrierte Beobachtungssystem ein entscheidendes Instrument, um zu bestimmen, wie viel Wärme und Kohlenstoff das Klimasystem tatsächlich akkumuliert. Es ergänzt die Informationen aus Oberflächentemperaturmessungen.

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