Die seit der Antike bekannten Meeresströmungen werden Oberflächenströmungen genannt. Obwohl diese für die Schifffahrt von unschätzbarem Wert sind, sind sie oberflächlich und nehmen nur einen kleinen Teil des Meereswassers ein. Die meisten Meeresströmungen haben die Form eines von Temperatur und Salzgehalt angetriebenen "Förderbandes", das Wasser in den abgrundtiefen Tiefen langsam aufwirbelt. Diese Wasserkreislaufschleifen werden Tiefenströmungen genannt.
Dichtegesteuerte Ströme
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Im Gegensatz zu den windgetriebenen Oberflächenströmungen werden Tiefenwasserströmungen durch Unterschiede in der Wasserdichte angetrieben: schwereres Wasser sinkt, während leichteres Wasser aufsteigt. Die wichtigsten Determinanten der Wasserdichte sind Temperatur und Salzkonzentration; daher sind die Tiefenströme thermohaline (temperatur- und salzgetriebene) Ströme. Wasser in den polaren Breiten sinkt, weil es kalt ist und verdrängt das darunter liegende Wasser und drückt es entlang der Konturen des Ozeanbeckens. Schließlich drückt dieses Wasser in einem Prozess, der Auftrieb genannt wird, wieder an die Oberfläche.
Änderungen des Salzgehalts
Das Wasser des Ozeans ist keine homogene Mischung. Zum Beispiel ist das Wasser des Atlantischen Ozeans aufgrund der unterschiedlichen Verteilung der Tiefenströmungen etwas niedriger, aber salziger als das des Pazifischen Ozeans. Selbst innerhalb einer bestimmten Meeresfläche wird das Wasser nicht gleichmäßig gemischt; dichteres, salzhaltigeres Wasser liegt unter dem frischeren Oberflächenwasser.
Der Salzgehalt ändert sich, wenn Wasser, aber kein Salz hinzugefügt oder aus Oberflächenwasser entfernt wird. Dies geschieht in der Regel entweder durch Verdunstung durch Wind, Niederschläge durch Regen oder die Bildung und das Abschmelzen von Eisbergen in Polarregionen. Letztlich ist es die Kombination von Temperatur und Salzgehalt, die bestimmt, ob eine Wassermasse sinkt oder steigt. Die thermohaline Ströme der Weltmeere sind nach dem Ursprung und Ziel der Strömung benannt.
Tiefe Ströme sind langsam
Oberflächenströmungen können mehrere Kilometer pro Stunde erreichen und haben einen spürbaren Einfluss auf die ozeanische Reise. Tiefe Strömungen sind viel langsamer und können viele Jahre brauchen, um die Weltmeere zu durchqueren. Diese Bewegung kann an der Zusammensetzung der im Meerwasser gelösten Chemikalien gemessen werden. Chemische Schätzungen stimmen weitgehend mit Tiefenströmungsmessungen überein und deuten darauf hin, dass Strömungen bis zu tausend Jahre brauchen, um die Oberfläche zu erreichen, wie es bei der Nordpazifik-Strömung der Fall zu sein scheint.
Auswirkungen auf das globale Klima
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Die Bewegung von Temperatur und Energie durch die tiefen Meeresströmungen ist massiv und hat zweifellos einen erheblichen Einfluss auf das globale Klima. Die genaue Natur dieser Klimaeffekte ist noch etwas ungewiss. Es scheint, dass wärmere Oberflächenströmungen zu einer relativen Erwärmung einer großen Region führen, während Kaltwasserauftrieb dazu führt, dass diese Region kühler als erwartet ist. Zum Beispiel liefert die Nordatlantikströmung warmes Wasser nach Westeuropa, was zu einer höheren Temperatur als erwartet führt. Die relative Abkühlung während der "Kleinen Eiszeit" von 1400-1850 war vermutlich das Ergebnis einer Verlangsamung und anschließenden Abkühlung dieser Oberflächenströmung.
Tiefe Strömungen haben zusätzliche Auswirkungen auf das globale Klima. Kaltes Meerwasser enthält beispielsweise viel Kohlendioxid, das als CO2-Senke für große Mengen atmosphärischen Kohlenstoffs fungiert. Eine relative Erwärmung dieser kalten Strömungen könnte dann zu einer erheblichen Freisetzung von gespeichertem CO2 in die Atmosphäre führen.