Meeresströmungen

Wie riesige Flüsse durchqueren Meeresströmungen alle fünf Ozeane. Sie transportieren gewaltige Wassermassen, ähnlich einem Förderband, rund um den Globus. Damit sorgen sie für einen Austausch von Wärme, Sauerstoff und Nährstoffen auf der ganzen Erde. Warmes Wasser vom Äquator strömt in Richtung der Pole, kaltes Wasser der Polargebiete sinkt zum Meeresboden und fließt zurück zum Äquator. Durch diesen Kreislauf werden die Temperaturen im Wasser und an Land ausgeglichen. Auch Eisberge, Schiffe oder Müll können durch die Strömung transportiert werden.

Auch Eisberge treiben mit den Meeresströmungen
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Angetrieben werden die Meeresströmungen durch den unterschiedlichen Salzgehalt und durch die unterschiedliche Temperatur von Meerwasser. Wo Meerwasser gefriert, wird Salz frei. Das Meerwasser unter einer Eisschicht ist darum besonders salzig – und gleichzeitig dichter und schwerer. Es sinkt nach unten und zieht weitere Wassermassen mit sich. In mehreren tausend Metern Tiefe fließt das Wasser zurück in wärmere Regionen. Dort steigt es wieder auf und der Kreislauf schließt sich.

Eiskaltes Meerwasser ist besonders salzhaltig und schwer
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An der Wasseroberfläche setzen zusätzlich Winde das Wasser in Bewegung. Der Wind verursacht eine Strömung an der Oberfläche. Diese Strömung bewegt sich nicht genau in Windrichtung, sondern wird durch die Coriolis-Kraft abgelenkt: Auf der Nordhalbkugel lenkt die Coriolis-Kraft das Wasser in Strömungsrichtung gesehen nach rechts, auf der Südhalbkugel nach links. Auch die Winde werden von der Corioliskraft beeinflusst.

Mit dem Abfluss in der Badewanne hat die Corioliskraft nur wenig zu tun. Auf diesen Wirbel wirken noch viele andere Kräfte.
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Durch die verschiedenen Einflüsse, wie Temperaturunterschiede des Wassers, Wind und die Coriolis-Kraft, entsteht an der Oberfläche und in der Tiefe der Ozeane ein Muster, das sich aus vielen einzelnen Strömungen zusammensetzt: Ein weltweiter Kreislauf, der auch das „globale Förderband“ genannt wird.

Der Müll im Meer fährt Karussell

Jede Stunde landen 675 Tonnen Müll in den Weltmeeren, schätzen Umweltschützer. Etwa die Hälfte davon ist aus Plastik. Das Schlimme daran: Der Kunststoff verrottet nicht einfach wie Pflanzen oder Papier. Er kann Jahrhunderte im Wasser treiben.

Das Ergebnis lässt sich schon jetzt im Nordostpazifik beobachten: Zwischen Kalifornien und Hawaii schwimmt ein Teppich aus Plastik, der so groß ist wie Mitteleuropa. Sonne, Wind und Wellen haben Plastiktüten, Plastikspielzeug und Kunststoff-Flaschen in winzige Stückchen zerrieben. Strömungen lassen das Meer aus Plastik kreisen: Der Müll fährt Karussell!

Der riesige Wirbel dreht sich langsam im Uhrzeigersinn. Er wird von Passatwinden angetrieben und heißt eigentlich Nordpazifikwirbel. Weil er so viel Abfall mitschleppt, hat er von Meereskundlern aber inzwischen einen anderen Namen bekommen: der Große Pazifische Müllstrudel. Hier dreht sich inzwischen wesentlich mehr Plastik als Plankton.

Für die Umwelt ist das eine Katastrophe. Fische und Vögel fressen die oft giftige Plastiksuppe und die Schadstoffe geraten in die menschliche Nahrungskette. Einige Tiere verenden an den unverdaulichen Plastikteilchen kläglich. Doch das Problem kreist nicht nur vor der Westküste der USA. Auch in anderen Meeresstrudeln – im Südpazifik, im Atlantik und im Indischen Ozean – dreht sich ein Karussell aus Plastikmüll.

Müll im Meer vor der Küste Abu Dhabis
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Angespülter Plastikmüll auf Mallorca
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Zwei Gummi-Enten im Wasser
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Alle meine Entchen – Die Kreuzfahrt der Gummitiere

Gelbe Enten, grüne Frösche, blaue Schildkröten – am 10. Januar 1992 ist eine Flotte von Spielzeugtieren in See gestochen. An diesem Tag war ein chinesisches Schiff im Nordpazifik in einen Sturm geraten und einen Teil seiner Fracht verloren: 29.000 Gummitiere. Einige von ihnen spülte es nach Monaten in Alaska an. Andere wiederum kreisten auf einer Ringströmung im Pazifik. Ein paar davon strandeten sogar in Australien, Indonesien und in Chile! 100 Dollar Finderlohn hatte der Hersteller für jedes gefundene Gummitier ausgesetzt. Doch für deren Reiserouten interessieren sich nicht nur Preisjäger: Meeresforscher können an den Entenfunden erkennen, wie und wo Meeresströmungen verlaufen.

Die Welt der Ozeane

In den Tiefen der Ozeane schlummern bis heute viele Geheimnisse. Große Teile der Weltmeere sind noch immer völlig unerforscht. Selbst den Mond kennen wir besser als die Tiefsee. Was wir aber wissen: Fast das gesamte Wasser dieser Erde – um genau zu sein 97,5 Prozent – plätschert in den fünf Weltmeeren.

Sonnenuntergang über Ozean
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Der größte aller Ozeane ist der Pazifik. Seine Wasseroberfläche misst insgesamt 180 Millionen Quadratkilometer! Damit macht er etwa die Hälfte aller Meeresflächen aus. Gleichzeitig befindet sich in diesem Weltmeer die tiefste Stelle der Erde: Bis zu 11.034 Meter geht es hinab in die Witjastiefe im Marianengraben, ein Tiefseegraben im westlichen Pazifik.

Brandung
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Der Atlantik ist der zweitgrößte Ozean. Er entstand vor etwa 150 Millionen Jahren als der Urkontinent Pangäa auseinanderbrach. Mit seinen 106 Millionen Quadratkilometern Ausdehnung bedeckt er immerhin ein Fünftel der Erdoberfläche.

Strand mit Seebrücke
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Der Indische Ozean liegt zum Großteil auf der Südhalbkugel. Mit knapp 75 Millionen Quadratkilometern Fläche ist er ein gutes Stück kleiner als Atlantik und Pazifik. Seine tiefste Stelle heißt Diamantinatief, die 8.047 unter dem Meeresspiegel liegt.

Sandstrand
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Das Südpolarmeer wird auch Südlicher oder Antarktischer Ozean genannt. Zu ihm gehören alle Meeresgebiete südlich des 60. Breitengrades auf der Südhalbkugel. Unter Seefahrern gilt es als das stürmischste aller Meere. Typisch für das Südpolarmeer sind auch die großen Tafeleisberge, die in seinem Wasser treiben. Sie sind vom Schelfeis abgebrochen, das sich um den antarktischen Kontinent gebildet hat.

Malediven: Koralleninseln im Indischen Ozean
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Rund um den Nordpol liegt das Nordpolarmeer, das auch als Arktischer Ozean bezeichnet wird. Es ist das kleinste der fünf Weltmeere. Das Nordpolarmeer ist im Winter zu etwa zwei Dritteln mit Eis bedeckt. Doch seine Eisdecke schmilzt, wie das Eis des Südpolarmeeres, durch die Erderwärmung immer weiter ab.

Eisbär am Nordpolarmeer
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Auch wenn wir einige hundert Kilometer von ihnen entfernt leben: Ozeane haben für uns eine große Bedeutung. Ihre Strömungen und die Verdunstung des Meerwassers beeinflussen unser Wetter enorm. Auch ein großer Teil unserer Atemluft entsteht in den Weltmeeren: Algen, die hier leben, verwandeln unter Einstrahlung von Sonnenlicht Kohlendioxid in Sauerstoff.

Küste Antarktis
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Wie kommt das Salz ins Meer?

Wer beim Baden im Meer schon einmal Wasser geschluckt hat, weiß es aus eigener Erfahrung: Meerwasser schmeckt salzig. Und wenn das Wasser verdunstet, bleibt oft sogar eine feine weiße Salzschicht auf der Haut hängen. Das liegt daran, dass Meerwasser im Durchschnitt zu 3,5 Prozent aus Salz besteht. Auf einen Liter Meerwasser sind das 35 Gramm oder etwa anderthalb gehäufte Esslöffel Salz. Doch wie kommt das Salz eigentlich ins Meer hinein?

Kinder am Strand
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Viele dieser Salze stammen aus dem Gestein der Erdkruste. Regenwasser löst Salze aus dem Gestein, nimmt sie mit. Es spült sie in Flüsse und ins Grundwasser. So werden Salze ins Meer geschwemmt. Weil dabei nur relativ wenig Salz transportiert wird, ist das Flusswasser kaum salzig. Erst im Meer steigt die Konzentration an. Denn dort kommen noch Salze aus dem Ozeanboden und aus untermeerischen Vulkanen hinzu. Wenn das Meerwasser verdunstet, bleiben all diese Salze zurück. Deshalb sammeln sich ausgeschwemmte Salze in den Ozeanen schon seit Millionen von Jahren an.

Salzgewinnung aus dem Meer
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Der Salzgehalt ist nicht in allen Meeren gleich hoch. Je mehr Wasser verdunstet, desto salzhaltiger wird das Gewässer. Das Rote Meer enthält mehr Salz als der Pazifik. Und das Tote Meer im Nahen Osten – eigentlich ein See – ist mit einem Salzanteil von etwa 30 Prozent so salzig, dass man darin liegen kann, ohne unterzugehen. Dagegen ist die Ostsee eher salzarm: Wegen der niedrigen Temperatur verdunstet dort nur wenig Wasser. Zusätzlich münden viele Flüsse in das Binnenmeer und speisen es mit Süßwasser. Darum ist die Ostsee viel weniger salzig als das Tote Meer.

Das Tote Meer ist so salzig, dass man auf dem Wasser liegen kann.
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Woher kommen Eisberge?

Obwohl Eisberge im Meer treiben, bestehen sie nicht aus gefrorenem Meerwasser, sondern aus Süßwasser. Denn sie stammen von den riesigen Gletschern der Polargebiete. An deren Rändern ragen die Polgletscher ins Meer. Regelmäßig brechen Stücke von ihnen ab – die Eisberge. Man spricht auch davon, dass der Gletscher „kalbt“. Und weil Eis leichter ist als Wasser, treibt es im Meer umher, ohne unterzugehen.

Die Geburt eines Eisbergs: Der Gletscher „kalbt“ (Arktis)
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Die Polarmeere sind zwischen –4 und 0 Grad Celsius kalt. Darum tauen die Eisberge nur sehr langsam ab. Wenn die Strömung sie in wärmere Gewässer treibt, schmelzen sie etwas schneller. Trotzdem werden große Eisberge Jahrzehnte alt.

Eisberg
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Manche Eisberge sind riesig und platt: die Tafel-Eisberge. Sie entstehen, wenn sich die Gletscher an der Küste weit ins Meer hinausschieben. Dann treiben große Eisplatten auf dem Meer, die aber noch mit dem Gletscher verbunden sind. Dieses „Schelfeis“ kann zwischen 200 und 1.000 Meter dick sein. Die größten Flächen von Schelfeis gibt es in der Antarktis, an den Küsten von Grönland und Alaska. Wenn große Stücke vom Schelfeis abbrechen, schwimmen sie als Tafel-Eisberge ins Polarmeer hinaus.

Schelfeis
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Für die Schifffahrt sind Eisberge sehr gefährlich, denn über Wasser ist nur ihre Spitze sichtbar. Der größte Teil des Eisberges befindet sich unter Wasser. Schiffe müssen einen ausreichend großen Sicherheitsabstand zu den weißen Riesen einhalten, damit sie durch die scharfen Kanten des Eisbergs nicht beschädigt werden.

Eisberg über/ unter Wasser
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Es gibt aber auch Eis, das aus Meerwasser gefriert: Zuerst bilden sich an der Wasseroberfläche Eisschollen aus Salzwasser. Wenn diese Eisschollen zusammengeschoben werden, entsteht eine zusammenhängende Eisdecke – das Packeis.

Gletscher Vatnajökull in Grönland – das Gletscherreis ragt ins Wasser
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Golfstrom

Die ersten Seefahrer, die den Atlantik überquert hatten, standen nach ihrer Rückkehr vor einem Rätsel: Warum war ihr Schiff auf der Strecke von Amerika nach Europa schneller als umgekehrt? Heute kennen wir die Lösung: Eine Meeresströmung im Nordatlantik trieb das Schiff auf dem Weg nach Europa an – der Golfstrom.

Takelage eines Segelschiffs (Seefahrt: Schneller voran ging es in Richtung Europa)
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Der Golfstrom ist eine mächtige Meeresströmung im Atlantik. Er ist bis zu 200 Kilometer breit. Die Wassermenge, die er transportiert, übertrifft die Menge des Wassers, das aus sämtlichen Flüssen der Erde ins Meer strömt, um mehr als ein Hundertfaches. Gespeist wird der Golfstrom durch warme Meeresströmungen in der Nähe des Äquators. Der Golfstrom beginnt nördlich der Bahamas. Von hier bewegt er sich zunächst entlang der amerikanischen Ostküste über 1.000 Kilometer weit nach Norden.

Nördlich der Bahamas beginnt der Golfstrom
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Westwinde und Coriolis-Kraft zwingen den Strom auf der Höhe des US-Bundesstaates North Carolina nach Nordosten. Auf seinem Weg in Richtung Europa verliert der Golfstrom immer weiter an Tempo. Er bewegt sich nicht mehr schnurgerade, sondern schlängelt sich vorwärts. Teile des Stroms spalten sich ab und fließen zurück. Aus dem Norden kommt ihm schließlich der eiskalte Labradorstrom in die Quere; der Golfstrom verliert weiter an Kraft und an Wärme. Durch Verdunstung nehmen Salzanteil und Dichte des Wassers zu, bis der Golfstrom schließlich östlich von Grönland abtaucht. Teile seiner Wassermassen fließen von hier aus als Tiefenströmung in Richtung Südatlantik und Indischer Ozean.

Mildes Klima: Zitronen wachsen in England nur wegen des Golfstroms
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Für Europa ist der Golfstrom sehr wichtig: Er wirkt wie eine Zentralheizung auf unser Klima. Ohne seine Wärme wären die Winter in West- und Mitteleuropa wesentlich härter. Nur seinetwegen sind auch Häfen in Nordeuropa das ganze Jahr über eisfrei – außer an der Ostsee, wohin die Strömung nicht gelangt. Selbst die Tatsache, dass an Englands Südwestküste Palmen wachsen und Zitronenbäume gedeihen, verdanken wir dem gewaltigen und warmen Golfstrom.

Was ist die Corioliskraft?

Flugzeuge, die von New York nach Frankfurt fliegen, haben ordentlich Rückenwind. Der Wind, der sie antreibt, bläst in etwa 10 Kilometern Höhe von West nach Ost. Jetstream heißt diese starke Luftströmung, die bis zu 500 km/h schnell sein kann. Ihre Richtung ist das Ergebnis der so genannten Corioliskraft.

Rückenwind für Flugzeuge: der Jetstream
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Sie ist benannt nach dem französischen Wissenschaftler Gaspard Gustave de Coriolis, der sie im Jahr 1835 als erster mathematisch untersuchte. Ursache für die Corioliskraft ist die Drehung der Erde um die eigene Achse: Am Äquator dreht sich die Erde mit 1670 Kilometern pro Stunde nach Osten, in Richtung der Pole nimmt die Geschwindigkeit immer weiter ab. Strömen Luftmassen vom Äquator zum Nordpol, nehmen sie den Schwung nach Osten mit und bewegen sich dann schneller als die Erdoberfläche. Von der Erdoberfläche aus betrachtet, sieht es so aus, dass sie von ihrem Nordkurs nach Osten – also nach rechts – abgelenkt werden. Umkehrt werden Luftmassen, die vom Pol zum Äquator strömen, von der Erdoberfläche überholt, werden also auf ihrem Südkurs nach Westen – ebenfalls nach rechts – abgelenkt.

An den Polen ist die Corioliskraft am größten
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Auf dem Weg zum Südpol sind die Richtungen umgekehrt: Luftmassen auf dem Weg zum Pol werden von ihrem Südkurs nach Osten, also nach links abgelenkt – ebenso wie die Luftmassen auf Nordkurs Richtung Äquator, die nach Westen abgelenkt werden. So führt also die Corioliskraft auf der Nordhalbkugel zu einer Rechtsablenkung, auf der Südhalbkugel zu einer Linksablenkung, und zwar um so stärker, je näher man den Polen kommt.

Hurrikans entstehen über tropischen Meeren
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Auf diese Weise beeinflusst die Corioliskraft das globale Windsystem, die großen Luftströmungen auf der Erde. Damit hat sie einen großen Einfluss auf das Wetter: In unseren Breiten zum Beispiel strömt die Luft Richtung Nordpol und wird daher nach Osten abgelenkt. Bei uns kommt der Wind also meistens aus Westen, vom Atlantik her und bringt deshalb eher feuchte Luft mit gemäßigten Temperaturen. Auch die Jetstreams verdanken ihre Richtung der Corioliskraft.

Cornwall in England: Mildes Klima durch den warmen Golfstrom
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Sogar tropische Wirbelstürme mit einigen 100 Kilometern Durchmesser entstehen mit Hilfe der Corioliskraft. Denn durch sie beginnt sich feuchtheiße Luft zu drehen bis sie zum zerstörerischen Wirbel heranwächst. Die Corioliskraft wirkt sich aber nicht nur auf große Luftmassen aus, sie lenkt auch Meeresströmungen ab. So ist es zu erklären, dass der warme Golfstrom auf dem Weg nach Norden nach rechts driftet und große Teile Nordeuropas beheizt.

Das globale Windsystem

Rund um den Erdball strömen die Luftmassen der Atmosphäre: Sie steigen auf und sinken, treffen aufeinander und vermischen sich. Das geschieht allerdings nicht wild durcheinander, sondern die Winde folgen einem ganz bestimmten Muster. Beeinflusst wird dieses globale Windsystem (auch planetarische Zirkulation genannt) vor allem durch die Einstrahlung der Sonne und durch die Corioliskraft.

Die Kraft der Sonne treibt den Wind an
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Der unermüdliche Kreislauf der Luft beginnt am Äquator, wo ständig warme Luft aufsteigt. Am Boden bildet sich eine ganze Kette von Tiefdruckgebieten, die sogenannte äquatoriale Tiefdruckrinne. Die aufgestiegene Luft bewegt sich in großer Höhe in Richtung der Pole. Weil sie unterwegs abkühlt, sinkt sie in den Subtropen bei etwa 30° nördlicher und südlicher Breite wieder ab und strömt am Erdboden als Passatwind zurück in Richtung Äquator. Der gesamte Windkreislauf um den Äquator wurde schon 1753 von dem englischen Wissenschaftler George Hadley beschrieben und wird darum „Hadley-Zelle“ genannt. (Als „Zelle“ bezeichnen Meteorologen eine kreisförmige Luftströmung.)

Windig ist es oft an der Küste
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Auch rund um die Pole zirkulieren Luftmassen und bilden die beiden „polaren Zellen“: Weil am Pol kalte Luft zu Boden sinkt, entsteht an dieser Stelle ein Hochdruckgebiet. Von hier aus strömt am Boden kalte Luft in Richtung Äquator. Sobald sich diese Luftmasse ausreichend erwärmt hat, steigt sie wieder auf: Eine ganze Reihe von Tiefs entsteht rund um den 60. Breitengrad, die subpolare Tiefdruckrinne. Die Luft, die hier aufsteigt, fließt in der Höhe zurück zum Pol.

Am Äquator steigt heiße Luft auf
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Zwischen polarer Zelle und Hadley-Zelle, etwa zwischen dem 30. und 60. Breitengrad treffen sich die Luftmassen der Polargebiete und der Passatzone: Hier hat sich die dritte große Windzelle breit gemacht. Nach ihrem Entdecker, dem Amerikaner William Ferrel, heißt sie auch „Ferrel-Zelle“. Weil in dieser Region kalte und warme Luftmassen aufeinandertreffen, herrscht hier oft wechselhaftes und regenreiches Wetter, das wir in Mitteleuropa gut kennen. Der Wind kommt vorherrschend aus westlicher Richtung. Darum wird die Region zwischen 40. und 60. Breitengrad in Europa Westwindzone genannt. Auch in der Höhe kommt der Wind aus Westen: An der Grenze zur polaren Zelle fließen starke Höhenwinde, die durch die Corioliskraft gedreht und nach Osten gelenkt werden – die sogenannten Jetstreams.

Am Südpol herrscht Hochdruck – genau wie am Nordpol
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Auf jeder Halbkugel haben sich also drei große Windkreisläufe aufgebaut: die Hadley-Zelle, die Ferrel-Zelle und die polare Zelle. Warum es gerade drei sind, hängt mit der Geschwindigkeit der Erdrotation zusammen. Was passieren würde, wenn sich die Erde viel langsamer drehen würde, lässt sich mit dem Computer simulieren: Dann würde die warme Luft einfach am Äquator aufsteigen, abgekühlt am Pol wieder sinken und am Boden zurückfließen. Es gäbe auf jeder Hemisphäre nur eine große Windzelle. Je schneller man aber im Computermodell die Erde rotieren lässt, desto mehr Windzellen spalten sich ab. Bei der Simulation der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit der Erde kommt auch der Computer zum Ergebnis: Es gibt auf jeder Halbkugel genau drei große Windzellen.

Luft ist ständig in Bewegung
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