Wärmeinhalt der Ozeane

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Änderung des Wärmeinhalts der Ozeane seit 1940 in bis zu 2000 m Tiefe[1]
Entwicklung des Gesamtwärmebudgets der Erde
  • Erwärmung der Wassersäule 0–700 m
  • Erwärmung der Wassersäule 700–2000 m
  • Erwärmung der Eis- und Landflächen sowie der Atmosphäre
  • Als Wärmeinhalt der Ozeane (engl. Ocean heat content (OHC)) wird die Änderung der im Meer oder auch Teilen desselben (z. B. Ozeanen) gespeicherte thermische Energie (die Wärmemenge) gegenüber einem Referenzwert bezeichnet.[2] Wasser hat eine höhere Wärmekapazität als Luft und die Gesamtmasse der Atmosphäre entspricht einer knapp 10 m dicken Meerwasserschicht, während die Ozeane im Schnitt 3680 m tief sind; daher ist der Wärmeinhalt der Ozeane höher als in der Atmosphäre. Die Atmosphäre enthält nur etwa 2 % der gesamten Wärmekapazität der Erde.[3]

    Die Ozeane nehmen den weitaus größten Teil der zusätzlichen Energie auf, die durch die gegenwärtige anthropogene globale Erwärmung im Erdsystem gespeichert wird. Der Fünfte Sachstandsbericht des IPCC stellt fest, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit die Ozeane zwischen 1971 und 2010 etwa 93 % der zusätzlichen Energie gespeichert haben.[4][5] Jüngere, von 2013 bis 2018 veröffentlichte Schätzungen deuten darauf hin, dass sich die Meereserwärmung seit 1991 beschleunigt hat und stärker ausfällt als im IPCC-Bericht von 2013 angegeben.[6] Wegen der Wärmeausdehnung von Wasser trägt die Erwärmung der Ozeane signifikant zum Meeresspiegelanstieg bei.

    Definition[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Der flächenbezogene Wärmeinhalt einer von h1 bis h2 reichenden Wasserschicht lässt sich bei bekanntem Temperaturfeld über

    bestimmen und hat die Einheit J/m2.

    Dabei sind – Wasserdichte, spezifische Wärmekapazität des Meerwassers, h2 – untere Tiefe, h1 – obere Tiefe, – Feld potentieller Temperaturen des Wassers.[7]

    Messtechniken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Bei der Bestimmung des Wärmeinhalts der Ozeane wird oft aus historischen Gründen zwischen den ersten 700 m der Wasseroberfläche und den darunter liegenden Wassermassen, der Tiefsee, unterschieden.[3] Dazu wird die Wassertemperatur mit verschiedenen Methoden gemessen, oft mit einer Nansenflasche.

    Zur Bestimmung speziell der Temperatur der Tiefsee gibt es seit dem Jahr 2000 das Argo-Programm, bei dem mit, Stand 2013, 3900 Treibbojen (floats), die in regelmäßigen Zeitabständen bis zu 2000 Meter tief tauchen, Temperatur, Leitfähigkeit und Druck ermittelt und an ein Satellitensystem übertragen werden.[8] Die so gewonnenen Daten sind vor allem für Klimaforscher interessant, die die anthropogene Klimaveränderung erforschen. Auswertungen der Daten des ARGO-Projekts zeigen, dass Oberflächenwinde warmes Wasser der Oberfläche vertikal verteilen.[9]

    Forschung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Die Erforschung der Meereswärme ist Gegenstand der Ozeanographie und Klimatologie.

    Mehrere Studien haben in den vergangenen Jahren eine Erwärmung der Tiefsee gemessen und machen dafür die globale Erwärmung verantwortlich.[10] Modell-Studien ergaben, dass während La-Niña-Jahren durch wechselnde Winde vermehrt wärmere Wassermassen über Meeresströmungen in tiefere Meeresschichten transportiert werden. Dies führt zu mehr Wärmeaufnahme der Tiefsee und weniger Wärmeaufnahme der Atmosphäre und der Oberflächen Temperatur des Meeres.[11] Jahre mit Zunahme der Temperatur in tieferen Gewässern werden mit einer negativen Phase der interdekadischen Pazifischen-Oszillation (IPO) in Verbindung gebracht.[12] Während der El-Niño-Jahre der ENSO-Zirkulation befördern Meeresströmungen wesentlich weniger Wassermassen in die Tiefsee, dadurch steigen die Temperaturen des Wassers an der Meeresoberfläche und der atmosphärischen Grundschicht über der Meeresoberfläche stärker an.[13]

    Energiegewinnung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Der Wärmeinhalt der Ozeane, auch bekannt als Meereswärme wird seit 1881 als erneuerbare Energieform erforscht, und es gibt erfolgreiche Versuchsanlagen.[14]

    Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    • J. P. Abraham u. a.: A review of global ocean temperature observations: Implications for ocean heat content estimates and climate change. In: Reviews of Geophysics. August 2013, doi:10.1002/rog.20022 (open access).

    Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    1. Global Ocean Heat Content estimate from 1940 to 2018 (v3), L. Cheng, Januar 2019. Siehe auch: Lijing Cheng, Kevin E. Trenberth, John Fasullo, Tim Boyer, John Abraham, Jiang Zhu1: Improved estimates of ocean heat content from 1960 to 2015. In: Science Advances. März 2017, doi:10.1126/sciadv.1601545.
    2. S. Levitus, J. I. Antonov, T. P. Boyer, O. K. Baranova, H. E. Garcia, R. A. Locarnini, A. V. Mishonov, J. R. Reagan, D. Seidov, E. S. Yarosh, M. M. Zweng: World ocean heat content and thermosteric sea level change (0–2000 m), 1955–2010. In: Geophysical Research Letters. 39, Nr. 10, 2012. doi:10.1029/2012GL051106.
    3. a b Stefan Rahmstorf: What ocean heating reveals about global warming (Englisch) 25. September 2013. Abgerufen am 29. September 2013.
    4. Working Group I Contribution to the IPCC Fifth Assessment Report Climate Change 2013: The Physical Science Basis Summary for Policymakers. In: IPCC Fifth Assessment Report. September 2013, S. 1–36.
    5. Kevin Trenberth: Has Global Warming Stalled? 2013, abgerufen am 3. Februar 2015.
    6. Lijing Cheng, John Abraham, Zeke Hausfather, Kevin E. Trenberth: How fast are the oceans warming? In: Science. 11. Januar 2019, doi:10.1126/science.aav7619.
    7. Henk A. Dijkstra: Dynamical oceanography, [Corr. 2nd print.]. Auflage, Springer Verlag, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-76375-8, S. 276.
    8. Argo Webseite. Abgerufen am 23. Oktober 2013.
    9. Magdalena A. Balmaseda, Kevin E. Trenberth, Erland Källén: Distinctive climate signals in reanalysis of global ocean heat content. In: Geophysical Research Letters. 40, Nr. 9, 2013, S. 1754–1759. doi:10.1002/grl.50382.
    10. J. P. Abraham, M. Baringer, N. L. Bindoff, T. Boyer, L. J. Cheng, J. A. Church, J. L. Conroy, C. M. Domingues, J. T. Fasullo, J. Gilson, G. Goni, S. A. Good, J. M. Gorman, V. Gouretski, M. Ishii, G. C. Johnson, S. Kizu, J. M. Lyman, A. M. Macdonald, W. J. Minkowycz, S. E. Moffitt, M. D. Palmer, A. R. Piola, F. Reseghetti, K. Schuckmann, K. E. Trenberth, I. Velicogna, J. K. Willis: A review of global ocean temperature observations: Implications for ocean heat content estimates and climate change. In: Reviews of Geophysics. 51, 2013. doi:10.1002/rog.20022.
    11. Gerald A. Meehl, Julie M. Arblaster, John T. Fasullo, Aixue Hu & Kevin E. Trenberth: Model-based evidence of deep-ocean heat uptake during surface-temperature hiatus periods. In: Nature Climate Change. 1, 2011, S. 360–364. doi:10.1038/nclimate1229.
    12. Meehl, Gerald A., Aixue Hu, Julie M. Arblaster, John Fasullo, Kevin E. Trenberth: Externally Forced and Internally Generated Decadal Climate Variability Associated with the Interdecadal Pacific Oscillation. In: Journal of Climate. 26, 2013, S. 7298–7310. doi:10.1175/JCLI-D-12-00548.1.
    13. Rob Painting: A Looming Climate Shift: Will Ocean Heat Come Back to Haunt us? (Englisch) 24. Juni 2013. Abgerufen am 29. September 2013.
    14. James Chiles: The Other Renewable Energy. In: Invention and Technology. 23, Nr. 4, 2009, S. 24–35.