A5 Unterdrückung übermäßiger Vermischung und Schichtung

Thema

Eine übermäßige Schichtung des Oberflächenozeans entsteht durch extreme Erwärmung der Oberfläche oder den Zufluss von Süßwasser aus Flüssen oder durch Eisschmelze. Dadurch bildet sich eine flache, sehr stabile Mischungsschicht, die den vertikalen Austausch zwischen dieser Schicht und dem darunter liegenden Wasser verhindert. Diese Unterdrückung der vertikalen Durchmischung hat direkte Auswirkungen auf die Biogeochemie des Ozeans: Die Oberflächenmischungsschicht wird vom Tiefenwasser entkoppelt, und diese Entkopplung führt dazu, dass photosynthetische Organismen in Oberflächennähe keinen Zugang mehr zu Nährstoffen haben, die normalerweise aus tieferen Schichten aufsteigen.

Eine indirekte Folge dieser verstärkten Schichtung ist die Sauerstoffarmut des Tiefenwassers, die gleichzeitig auf zwei Wegen erfolgt. Zum einen kann das bereits wärmere Oberflächenwasser weniger gelösten Sauerstoff speichern, da die Sauerstofflöslichkeit mit steigender Wassertemperatur abnimmt. Zum anderen führt die durch die übermäßige Schichtung bedingte reduzierte Durchmischung – es sinkt weniger Oberflächenwasser ab, um das Tiefenwasser zu ersetzen – dazu, dass der biologische Sauerstoffverbrauch nicht mehr durch die physikalische Erneuerung desselben Sauerstoffs kompensiert wird. Diese Kombination hat in den letzten Jahrzehnten aufgrund der Klimaerwärmung zu einer deutlichen Ausdehnung der Sauerstoffminimumzonen geführt.

Bei besonders extremer Schichtung kann die Deckschicht selbst drastisch reduziert werden: Von einer typischen Dicke zwischen 100 und 150 Metern kann sie bei extremen Ereignissen auf nur noch 20 bis 50 Meter schrumpfen. Diese Verringerung der Dicke bewirkt, dass das Wasser in der Deckschicht deutlich weniger Wärme, Gase und Nährstoffe mit der Tiefsee austauscht als unter normalen Bedingungen.

Dieselbe extreme Schichtung kann Schichten von Wasser geringer Dichte erzeugen, die Tausende von Kilometern über den Ozean treiben können, weit entfernt von dem Gebiet, in dem sie entstanden sind. Sie kann auch Salzbarrieren bilden, die auf dem darunter liegenden salzigeren, dichteren Wasser schwimmen. Wenn eine dieser Salzbarrieren stark genug wird, unterdrückt sie die Winterkonvektion vollständig – das saisonale Absinken von kaltem, dichtem Wasser, das normalerweise jeden Winter die Tiefsee durchlüftet.

Die Arktis ist heute das deutlichste Beispiel für diesen gesamten Prozess: Der Zustrom von Süßwasser aus schmelzendem Eis bildet eine dünne Schicht nahezu süßen Wassers, die auf dem darunter liegenden Salzwasser schwimmt. Diese nahezu süße Schicht ist so stabil, dass sie den Wärmeaustausch zwischen den beiden fast vollständig verhindert und das tiefe arktische Salzwasser so ganzjährig effektiv von der atmosphärischen Wärme isoliert. Von der anfänglichen Entkopplung zwischen der Mischungsschicht und dem darunter liegenden Ozean über die Sauerstoffarmut des Tiefseeozeans und die Verringerung der Dicke der Mischungsschicht bis hin zur Bildung von Salzbarrieren – all diese übermäßigen Schichtungen des Ozeans führen zum selben Ergebnis: einem zunehmend vom darunter liegenden Ozean isolierten Oberflächenozean.

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