Ozeansalzgehalt
Syn. Ozeansalinität, engl. ocean salinity; Meerwasser hat einen durchschnittlichen Salzgehalt (Salinität) von 3,5 % Massenanteil. Salinität wird im einfachsten Fall als Massenanteil in g/kg (Gramm Salz pro Kilogramm Salzwasser bzw. Lösung), in Prozent (1 % entspricht 10 g/kg) oder in Promille angegeben. Heute üblich und empfohlen ist die Angabe in der dimensionslosen Einheit PSU (Practical Salinity Units). Sie gibt an, wie viel Gramm Salz in einem Kilogramm Wasser gelöst sind.
Die folgende Grafik/Animation visualisiert Daten über die Salinität an der Meeresoberfläche, aufgenommen von der NASA-Mission Aquarius. Die roten Farben zeigen eine höhere Salinität (40 g pro Kilogramm) und tiefblau steht für relativ niedrige Salinität (30 g pro kg).
In dieser Karte zeigen sich Auffälligkeiten bei der Verteilung des Salzgehalts an der Ozeanoberfläche, die auf Unterschiede bei Niederschlagsverteilung, Verdunstungsraten, Flusswassereintrag und Meereszirkulation zurückzuführen sind:
- der Atlantik ist i.A. salzhaltiger als der Pazifik und der Indik
- Wassermassen mit geringem Salzgehalt im östlichen äquatorialen Pazifik werden nach W transportiert
- in der Animation ist die starke Zufuhr von Süßwasser aus dem Amazonasbecken sehr gut erkennbar
- vom Labradorstrom wird salzarmes Wasser nach S verfrachtet
- auch der Süßwassereintrag aus dem Fluss-System des Ganges ist im östlichen Indik erkennbar, und führt zu einem deutlichen Kontrast gegenüber dem salzreicheren West-Indik
- zonal gesehen fallen die höheren Salzgehalte in den Subtropen auf, die geringere Salinität in den niederschlagsreichen inneren Tropen.
 | Aquarius Sea Surface Salinity Flat Map Langzeit-Kompositbild (Animation): Salinität (PSU) - Legende:  Zur Animation auf Grafik klicken Quelle: NASA GSFC |
Die Salinität kann mit Hilfe eines Salinometers bestimmt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die elektrische Leitfähigkeit des Wassers proportional zum Salzgehalt ist. Je höher die Salinität, umso geringer ist der Widerstand oder umso größer ist die Leitfähigkeit der untersuchten Meerwasserprobe. Die Messungen erfolgen in situ mit großer Genauigkeit aber mit geringer räumlicher und zeitlicher Auflösung. Globale Daten versprechen die neuen Satellitenmissionen Aquarius (NASA) und SMOS (ESA). Sie messen aber lediglich die Salinität der obersten Millimeter der Wasserflächen.
Das Radiometer von AQUARIUS nimmt Messungen des Salzgehalts einer hauchdünnen Schicht an der Ozeanoberfläche vor. Aus Salinitätsdaten des obersten Zentimeters der Meere werden wöchentlich und monatlich weltweite Karten zur Salzkonzentration über wenigstens drei Jahre hinweg erstellt.
Zusammen mit der Temperatur ist der Salzgehalt der Meere der wichtigste Motor für die Meeresströmungen, ein entscheidender Faktor in Klimaprozessen und ein Indikator für den sich verändernden irdischen Wasserkreislauf. Die Salzgehaltsmessungen aus dem Weltall sind eine der großen technologischen Herausforderungen der Ozeanographie.
Nachdem Aquarius begonnen hatte, entsprechende hochgenaue Daten zu liefern, stellte sich das nächste Problem: "The next question is: How do you understand what the satellite sees?" said Yi Chao of NASA's JPL in Pasadena, Calif. Cho is the Aquarius project scientist. "Without deploying instruments under the ocean's surface, we do not know how to fully interpret the satellite observations of surface salinity." Aus diesem Grund startete die NASA das Feldexperiment SPURS - Salinity Processes in the Upper Ocean Regional Study.
 | NASA Goes Below the Surface to Understand Salinity Um die Satellitendaten mit Hilfe von Tiefendaten besser verstehen zu lernen, startete die NASA das Feldexperiment SPURS - Salinity Processes in the Upper Ocean Regional Study. Dabei setzen die Wissenschaftler in einem der salzreichten Teile des Atlantiks eine Vielzahl unterschiedlicher Beobachtungsmethoden ein, in Kombination mit den Aquarius-Messungen. Um ein detailliertes, 3-dimensionales Bild der ozeanischen Prozesse zu erzeugen, die die Salinität betreffen, verwendet SPURS die bereits existierenden ARGO Tiefendriftkörper, Instrumente auf Handelsschiffen, Oberflächendriftkörper, verankerte Bojen, torpedoähnliche Gleitkörper, ein autonomes U-Boot und Instrumente auf einem Forschungsschiff. Quelle: NASA |
Weltweit gesehen und auch bezogen auf die gesamte vertikale Erstreckung der Ozeane liegt der Wert für die Ozeansalinität zwischen ca. 33 - 37 ppt bzw. psu, der Durchschnittswert für alle Ozeane beträgt 35 psu. Die Werte für die Teilmeere sind unterschiedlich. Die größten Salzgehalte findet man in den Subtropen, wo die Verdunstung den Niederschlag überschreitet. Diese Regionen korrespondieren mit den Wüsten, die in gleicher Breitenlage auf dem Land vorkommen. Niedrigere Salzgehalte im Oberflächenwasser treten im Allgemeinen in Äquatornähe aufgrund der hohen Niederschläge auf, sowie in Richtung der höheren Breiten durch schmelzendes Eis und Schneefall. Die Ostsee hat einen Salzgehalt von 0,2 bis 2 %. Einige Binnenseen ohne Abfluss haben weit höhere Salzanteile im Wasser; das Tote Meer ist für seinen Salzgehalt von 28 % bekannt. Der Mittelwert gilt somit vor allem für das Hauptvolumen der Ozeane und auch für die meisten Nebenmeere wie etwa die Nordsee.
Das Salz der Ozeane stammt aus der Zeit, als sich nach der Abkühlung und Verfestigung der Erdkruste die erste Wasserhülle bildete, der Urozean. Seitdem wirken zwei gegenläufige Prozesse auf den Salzgehalt ein: wenn am Meeresboden Sedimentmaterial in den geologischen Untergrund absinkt, dann wird mit dem eingeschlossenen Porenwasser Salz entfernt, ungefähr ebensoviel, wie dem Meer ständig durch Verwitterung von Gestein zugeführt wird. Beide Prozesse waren in den erdgeschichtlichen Perioden verschieden intensiv, es gab Perioden mit starker Gebirgsbildung und Perioden mit starker Erosion. Vieles spricht dafür, daß vor 270 Millionen Jahren der Salzgehalt des Weltmeers sogar höher als heute war, denn im Perm-Zeitalter verdunstete viel Meerwasser in Flachwassergebieten. Meersalz wurde in Salzlagerstätten festgelegt. Damals war der Salzgehalt vielleicht 42 Promille.
Auch während der Kaltzeiten des Pleistozäns wurde aus dem Weltozean stammendes Wasser als Süßwassereis auf dem Land abgelagert. Deshalb war der Salzgehalt des Weltmeers vor 20.000 Jahren wohl 35,9 Promille gegenüber 34,7 Promille in der Gegenwart.
Karte des Salzgehalts der Ozeane
Die durchschnittliche Dichte des Meerwassers kann berechnet werden aus der durchschnittlichen Temperatur des Meerwassers und dessen Salzgehalt, indem man die Zustandsgleichung für Meerwasser verwendet. Die folgende Karte zeigt den langzeitlichen Durchschnitt der Wasserdichte (Density) an der Meeresoberfläche, dabei hellblaue Regionen für die geringste Dichte und dunkelblaue Regionen die größte Dichte. Die Variationen der oberflächennahen Dichtewerte sind zwar sehr klein, nämlich weniger als 3 %, aber auch diese Beträge sind sehr bedeutend.
Es gibt drei stabile Gebiete mit hoher Dichte an der Meeresoberfläche, eines in den Meeresgebieten um Island, Grönland und Skandinavien und die anderen beiden bei oder unter größeren antarktischen Eisschelfen. In diesen Gebieten wird das Oberflächenwasser ausreichend dicht um abzusinken und sich in die ozeanischen Tiefenströme einzugliedern. Tatsächlich geht man davon aus, dass dieser Absinkprozess die Tiefenströmungen antreibt, und zwar als Teil eines 'Thermohaline Zirkulation' genannten Systems.
Diese Zirkulation hat eine große Auswirkung auf das Klimasystem der Erde, indem es u.a. den Golfstrom und El Niño-Ereignisse beeinflusst.
Karte des Salzgehalts der Ozeane  Quelle: MetEd / NASA |
Gewöhnlich besteht der Schichtungsaufbau der Ozeane aus relativ warmem Wasser an der Oberfläche mit einem höheren Salzgehalt, das über geringer salinarem Tiefenwasser liegt. Diese zwei Regionen durchmischen sich nicht, außer in ganz bestimmten Regionen. Die Meeresströmungen, also die Bewegungen der Ozeane in der Oberflächenschicht werden meist vom Wind angetrieben. In bestimmten Bereichen nahe der polaren Ozeane wird das kalte Oberflächenwasser wegen Verdunstung und Eisbildung noch salzhaltiger. Daher wird in diesen Gebieten das Oberflächenwasser ausreichend dicht um in die Tiefen des Ozeans abzusinken. Diese Verfrachtung von Wassermassen in die Tiefe zwingt das dort befindliche Wasser horizontal auszuweichen, bis es eine Region auf der Erde findet, in der es aufgrund von Dichteunterschieden wieder an die Oberfläche aufsteigen kann und damit die Strömungsschleife schließt. Dies geschieht gewöhnlich in Meeresbereichen um den Äquator, vorrangig im Pazifik und im Indik. Diese großräumige, langsame Strömung wird thermohaline Zirkulation genannt, da sie durch Unterschiede in Temperatur und Salinität des Meerwassers angetrieben wird.
Durch die globale Ozeanzirkulation wird Wärme vom Äquator zu den hohen Breiten transportiert. Der Nordatlantikstrom verschafft auf diese Weise den mittleren Breiten Europas ein wärmeres Klima als den gleichen Breiten an der Ostseite Nordamerikas.
Eine Erhöhung der Dichte von Wasser führt zu dessen Absinken und löst somit eine vertikale Zirkulation aus. Diese Zirkulation im Ozean ist die durch Temperatur- und Salzgehalt angetriebene vertikale Ozeanzirkulation – bekannt als globale thermohaline Zirkulation.
Die thermohaline Zirkulation oder das große Förderband des Ozeans
Die folgende Animation zeigt eine der wichtigsten Regionen, in der sich der Transport von Oberflächenwasser in die Tiefe vollzieht: der Nordatlantik um Grönland, Island und die Nordsee. Die oberflächennahe Strömung bringt über den Golfstrom neues Wasser aus dem Südatlantik und das Wasser kehrt über die Nordatlantische Tiefenwasserströmung (North Atlantic Deep Water – NADW) wieder in den Südatlantik zurück. Der Zustrom von warmem Waaser von den Kontinenten in das nordatlantische Polarmeer hält die Gebiete um Island und vor Südgrönland meist eisfrei.
Die Farbgebung der Weltmeere zu Beginn der Animation bringt die Dichte des Oberflächenwassers zum Ausdruck, wobei die dunkelsten Gebiete die höchste Dichtewerte darstellen und helle Regionen am wenigsten dicht sind. Die Tiefen der Ozeane sind stark übertrieben, um die Unterschiede zwischen den Oberflächenströmungen und den Tiefenströmungen hervorzuheben.
Die Wasserbewegungen in diesem Modell basieren eher auf Strömungstheorien der thermohalinen Zirkulation als auf tatsächlichen Daten. Die thermohaline Zirkulation ist eine sehr langsame Strömung, die schwer von der allgemeinen Meereszirkulation zu unterscheiden ist.
Die Animation zeigt auch ein weiteres Charakteristikum der globalen Ozeanzirkulation, den antarktischen Zirkumpolarstrom (engl. Antarctic Circumpolar Current (ACC)). Das Gebiet um 60° s.Br. ist der einzige Bereich auf der Erde, in dem der Ozean unbehindert von Landmassen den Globus umrunden kann. Infolgedessen strömen sowohl die oberflächennahen Wassermassen als auch die Tiefenwasser von W nach O um die Antarktis. Diese zirkumpolare Bewegung verbindet die Weltmeere und erlaubt es einerseits der Tiefenwasserzirkulation aus dem Atlantik im Indik und im Pazifik aufzusteigen und andererseits der Oberflächenzirkulation, sich der Nordwärtsströmung im Atlantik anzuschließen.
Die thermohaline Zirkulation (Animation)  Zur Animation auf Grafik klicken Quelle: NASA GSFC |
Je kälter und salziger Wasser ist, umso schwerer ist es. Wenn Wasser aus dem Ozean verdunstet, steigt der Salzgehalt, und die Oberflächenschicht wird schwerer; Niederschlag reduziert den Salzgehalt. Ebenso erhöhen oder verringern das Gefrieren von Meerwasser oder Schmelzprozesse den Salzgehalt. Der Gefrierungsprozess extrahiert zum Beispiel Süßwasser in der Form von Eis und hinterlässt dichtes, salziges, kaltes Oberflächenwasser.
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 Oberflächenwassertemperatur wird schon seit einigen Jahrzehnten routinemäßig per Satellit gemessen, und die Fernerkundung der Oberflächensalzgehalte ist ein wichtiger Zusatz für unser Wissen über die Ozeanzirkulation.
Weitere Informationen:
Ozeanfarbe
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