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Internen Wellen auf der Spur Sat Nov 15, 2014 10:54 am
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Vier Wochen lang waren Wissenschaftler des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel finanziert vom Kieler Sonderforschungsbereich 754 mit dem deutschen Forschungsschiff METEOR vor der Küste Perus im Einsatz, um Prozesse in der dortigen Sauerstoffminimumzone zu untersuchen. Dabei entdeckten sie sehr energiereiche, interne Wellen. Derartige Wellen sind zwar bekannt, Umfang und Intensität sind für den Ostpazifik bisher aber einzigartig.
[You must be registered and logged in to see this image.]Eigentlich sind Wellen ein alltäglicher Anblick für Meeresforscher, über den sie sich nicht immer freuen. Wenn Forschungsschiffe zu stark schaukeln, können komplexe Messgeräte schon mal leiden – ganz zu schweigen von empfindlichen Wissenschaftler-Mägen. Doch es gibt auch Wellen, deren Entdeckung sogar bei erfahrenen Ozeanforschern zu freudiger Überraschung führt. So erging es jedenfalls einem Team des GEOMAR Helmholtz Zentrum für Ozeanforschung Kiel, das im Januar 2012 zusammen mit Kollegen der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 754 mit dem deutschen Forschungsschiff METEOR die Sauerstoffminimumzone vor der Küste Perus untersuchte.
Bei den Wellen, die sie entdeckten, handelt es sich allerdings nicht um die allseits bekannten, vom Wind angetriebenen Wellen an der Wasseroberfläche. Ganz ähnliche Wellenbewegungen existieren auch im Inneren des Ozeans. Diese internen Wellen bewegen sich entlang von Grenzflächen, an denen Wasserschichten unterschiedlicher Dichte aufeinander treffen. Sie erhalten ihre Energie aus Windänderungen und den Gezeitenströmungen. „Interne Wellen sind maßgeblich für die Vermischung der unterschiedlich dichten Wassermassen im Ozean verantwortlich. Dabei transportieren sie wichtige Nährstoffe aus der Tiefe an die vom Sonnenlicht durchflutete Meeresoberfläche“, erklärt der Ozeanograph Dr. Marcus Dengler vom GEOMAR, einer der Teilnehmer der Expedition.
[You must be registered and logged in to see this image.]Erreichen diese Wellen die Kontinentalränder der Meere, so können besondere, sogenannte nicht-lineare interne Wellen entstehen. Sie zeichnen sich durch sehr kurze Perioden von ein paar Minuten und kurze horizontale Wellenlängen von nur einigen hundert Metern aus. Diese nicht-linearen internen Wellen können besonders starke pulsierende Wasserbewegungen hervorrufen, die ähnlich zu den Oberflächenwellen unter der Meeresoberfläche auf die Küste zulaufen. Am Kontinentalabhang führen sie zu intensiven Vermischungsprozessen. Gleichzeitig transportieren sie Sediment den Kontinentalhang hinauf. Das Auftreten von besonders energiereichen nicht-linearen internen Wellen ist aus mehreren Teilen der Weltmeere bekannt, zum Beispiel von den Kontinentalrändern vor der westafrikanischen Küste, von der Straße von Gibraltar und von der Andamanensee vor der Westküste Thailands. Jetzt konnten sie erstmals auch vor der Küste Perus nachgewiesen werden.
„Auf unserer Expedition haben wie starke und schnelle Änderungen der Wassermasseneigenschaften beobachtet“, erzählt Dr. Marcus Dengler. Zusätzlich zeigten die von Bord aus durchgeführten Turbulenzmessungen kurzzeitig stark erhöhte Vermischungsereignisse in Bodennähe und in den oberen Schichten der Wassersäule. „Daraus konnten wir schließen, dass auch dort sehr energiereiche nicht-lineare Wellen auftreten. Die Abbauraten von turbulenter kinetischer Energie waren sogar die höchsten, die wir im Ozean bisher gemessen haben“, so Dengler weiter.
[You must be registered and logged in to see this image.]Grundsätzlich war das Auftreten von nicht-linearen internen Wellen am Kontinentalabhang vor Peru zwar zu erwarten. „Dennoch sind wir überrascht von der Häufigkeit und ihrer Stärke in dem Untersuchungsgebiet“, so Dr. Stefan Sommer vom GEOMAR, wissenschaftlicher Fahrtleiter der Expedition. Innerhalb von 24 Stunden beobachten die Wissenschaftler in Oberflächennähe zwei bis sechs Wellenzüge, die sich zur Küste ausbreiteten. Die Perioden der einzelnen Wellen waren sehr kurz – weniger als fünf Minuten – während einzelne Wellenzüge 20 bis 40 Minuten andauerten.
Erste Datenanalysen der Forschergruppe an Bord der METEOR weisen darauf hin, dass die nicht-linearen internen Wellen eine bisher unbekannte Bedeutung für das Auftreten von kaltem Wasser an der Oberfläche in der küstennahen Region haben. „Wir gehen davon aus, dass sie für den Transport von Nährstoffen, die aus dem Meeresboden freigesetzt werden, hin zur Meeresoberfläche enorm wichtig sind. An der Meeresoberfläche führt der Eintrag dieser Nährstoffe zu einem stärkeren Wachstum des pflanzlichen Planktons, das nach seinem Absterben als Nahrungsgrundlage für Bakterien dient. Da die Bakterien dabei Sauerstoff verbrauchen, trägt dieser Prozess wiederum zur Aufrechterhaltung der peruanischen Sauerstoffminimumzone bei“, schließt Dr. Sommer. Genauere Ergebnisse erhoffen die Forscher sich jetzt von der Auswertung der auf der Expedition gewonnenen Daten und Proben.]
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Bei den Wellen, die sie entdeckten, handelt es sich allerdings nicht um die allseits bekannten, vom Wind angetriebenen Wellen an der Wasseroberfläche. Ganz ähnliche Wellenbewegungen existieren auch im Inneren des Ozeans. Diese internen Wellen bewegen sich entlang von Grenzflächen, an denen Wasserschichten unterschiedlicher Dichte aufeinander treffen. Sie erhalten ihre Energie aus Windänderungen und den Gezeitenströmungen. „Interne Wellen sind maßgeblich für die Vermischung der unterschiedlich dichten Wassermassen im Ozean verantwortlich. Dabei transportieren sie wichtige Nährstoffe aus der Tiefe an die vom Sonnenlicht durchflutete Meeresoberfläche“, erklärt der Ozeanograph Dr. Marcus Dengler vom GEOMAR, einer der Teilnehmer der Expedition.
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„Auf unserer Expedition haben wie starke und schnelle Änderungen der Wassermasseneigenschaften beobachtet“, erzählt Dr. Marcus Dengler. Zusätzlich zeigten die von Bord aus durchgeführten Turbulenzmessungen kurzzeitig stark erhöhte Vermischungsereignisse in Bodennähe und in den oberen Schichten der Wassersäule. „Daraus konnten wir schließen, dass auch dort sehr energiereiche nicht-lineare Wellen auftreten. Die Abbauraten von turbulenter kinetischer Energie waren sogar die höchsten, die wir im Ozean bisher gemessen haben“, so Dengler weiter.
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Erste Datenanalysen der Forschergruppe an Bord der METEOR weisen darauf hin, dass die nicht-linearen internen Wellen eine bisher unbekannte Bedeutung für das Auftreten von kaltem Wasser an der Oberfläche in der küstennahen Region haben. „Wir gehen davon aus, dass sie für den Transport von Nährstoffen, die aus dem Meeresboden freigesetzt werden, hin zur Meeresoberfläche enorm wichtig sind. An der Meeresoberfläche führt der Eintrag dieser Nährstoffe zu einem stärkeren Wachstum des pflanzlichen Planktons, das nach seinem Absterben als Nahrungsgrundlage für Bakterien dient. Da die Bakterien dabei Sauerstoff verbrauchen, trägt dieser Prozess wiederum zur Aufrechterhaltung der peruanischen Sauerstoffminimumzone bei“, schließt Dr. Sommer. Genauere Ergebnisse erhoffen die Forscher sich jetzt von der Auswertung der auf der Expedition gewonnenen Daten und Proben.]
