Klimaforschung: Wie viel Wasser ist im Meer?

Neueste Erkenntnisse zur Berechnung der Wassermasse im Meer.

Ozeanographen der Universität Bonn erforschten, welche Grundlagen für den Wasserkreislauf wichtig sind, um die Klimaveränderungen positiv beeinflussen zu können.

Wie das Wasser ursprünglich in das Meer gekommen ist, erklären Bibel und Evolutionstheorie. Einmal an seinem Platz angekommen unterliegt es mit der von den Gestirnen beeinflussten Ebbe und Flut einem ständigen Wandel. Zusätzlich erwärmt die Sonne das Wasser und lässt es im Wasserdampf hoch steigen. Die so gebildeten Wolken ballen sich zusammen und transportieren den Regen optimaler weise dorthin, wo er dringend benötigt wird. Alles Wasser was momentan nicht „gebraucht“ wird, fließt im Grundwasser dem Meer oder Ozeanen zu oder wird, wenn zu viel da ist, unterirdisch zurück gestaut. Durch ständig fließende Quellen und Flüsse ist ursprünglich eine weltweite, ortsnahe Wasserversorgung gesichert. Durch das unbedachte Eingreifen von Menschen ist dieses ökologische System in eine Unordnung gekommen. Um diesbezügliche Fehler wieder gut zu machen oder sie in der Zukunft zu vermeiden, erforschen Wissenschaftler die ökologischen Zusammenhänge.

Wissenschaftler der Universität Bonn erlangten grundlegende Erkenntnisse zum Klimawandel

Schwankungen des Meeresspiegels zu messen und daraus die Änderung der Wassermasse zu berechnen ist wichtig, um Voraussagen für einen Klimawandel machen zu können. Denn je nach Wasseraufkommen verändern sich die Klimaverhältnisse. Einem Team von Geodäten und Ozeanographen der Universität Bonn, des Deutschen Geoforschungszentrums GFZ und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft konnten erstmals aussagekräftige Messungen machen. Zuvor wurden von ihnen kurzzeitige Schwankungen in der räumlichen Verteilung der Ozeanwassermassen beobachtet.

Wichtiges Grundwissen und die Grundvoraussetzungen zur Berechnung der Wassermasse

Um das Ozeanvolumen in einer bestimmten Region berechnen zu können, muss der Wissenschaftler die genaue Beschaffenheit des Meeresbodens und die Höhe des Meeresspiegels kennen. Pegelstationen und Satellitenverfahren stehen bei den erforderlichen Messungen zur Verfügung. Bei den Berechnungen muss berücksichtigt werden, dass die Wassermasse nicht nur vom Volumen abhängt, sondern auch von der Temperatur und vom Salzgehalt. Wie jeder beim kochen von Wasser sehen kann, dehnt es sich bei Erwärmung aus, wiegt aber weniger als dieselbe Menge kalten Wassers, die still im Topf bleibt. Wenn dem Wasser Salz zugefügt und die Temperatur verändert wird, verändern sich die Messergebnisse.

Zur Berechnung der Ozeanmasse müssen die Temperatur und der Salzgehalt, welcher nicht einfach zu ermitteln ist, bekannt sein. „Wir haben für unsere Studie daher verschiedene Verfahren kombiniert, um auf Masseänderungen zu schließen“, erklärt der Bonner Professor Dr. Jürgen Kusche, der Bonner Coautor eines Fachartikels im Journal of Geophysical Research ist.

Um zu korrekten Grunddaten zu kommen, nutzten die Forscher Daten der deutsch-amerikanischen Satellitenmission GRACE. Es werden die Abstände zweier Satelliten, die, weil sie auf der gleichen Umlaufbahn hintereinander herjagen, im Volksmund Tom und Jerry genannt werden, auf Tausendstel Millimeter genau vermessen. Auf die Flughöhe der Satelliten und damit auf ihren Abstand voneinander wirkt sich die Gravitationskraft, die sich nach der Ozeanmasse an einem bestimmten Punkt der Erde richtet, aus. Über die Abstandsänderung kann die Anziehungskraft und daher die Masse abgeleitet werden.

Der Laie erfährt: Der Meeresboden ist flexibel

Die Wissenschaftler wissen, dass der Meeresboden sich den Wasserverhältnissen anpasst. Ist viel Wasser da, biegt sich der Meeresboden unter der Last der Wassermassen durch. Dadurch sinken stationäre GPS-Messstationen am Land um bis zu einem Zentimeter ab und rücken wenige Millimeter näher zueinander. Je schwerer das Wasser, desto stärker fällt diese Bewegung aus. „Wir haben diese Messdaten mit numerischen Modellen des Ozeans kombiniert“, erklärt Kusche. „So konnten wir erstmals nachweisen, dass insbesondere in den höheren Breiten regelmäßig, innerhalb von nur ein bis zwei Wochen, bedeutende Schwankungen der Wassermasse auftreten.“ Bisher war bekannt, dass die Masse des weltweiten Wassers im Ozean jahreszeitlich durchschnittlich um etwa drei Billiarden Kilogramm, das entspricht etwa sieben bis acht Millimetern Meeresspiegelvariation, schwankt – dieser Effekt entsteht durch Regen, Verdunstung, Speicherung durch Schnee oder das Abschmelzen der Gletscher und der Eismassen in Grönland und der Antarktis.

Aus dem Vergleich der Massen- und Volumenänderung können die Forscher auf Veränderungen der im Ozean gespeicherten Wärmemenge und die langzeitlichen Veränderungen schließen. Die Ergebnisse werden, so betonen die Forscher, in die Entwicklung besserer Klimamodelle einfließen.

Eine zukünftig gesicherte Forschungsarbeit ermöglicht gesicherte Datenmengen

GRACE erfasst Trends im Erdsystem, die zu einer erfolgreichen Klimaforschung beitragen. Die Arbeiten werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Schwerpunktprogramm „Massentransporte und Massenverteilungen im System Erde“ gefördert. Das Programm wird am Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn koordiniert. Eine Nachfolgemission für das Satellitentandem GRACE muss, damit das Projekt sinnvoll weiter laufen kann, so die verantwortlichen Wissenschaftler, gesichert werden.

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