E5 Meereswellen Intern und planetarisch

Thema

Interne Schwerewellen sind Schwingungen, die sich im geschichteten Ozean selbst ausbreiten, im Gegensatz zu Oberflächenwellen, die nur an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft schwingen. Die rücktreibende Kraft ist der Auftrieb, und ihre Frequenz ist durch zwei Grenzwerte begrenzt: unterhalb des Coriolis-Parameters und oberhalb der Brunt-Väisälä-Frequenz. Eine interne Schwerewelle kann daher nur mit einer Frequenz zwischen diesen beiden Werten existieren. Interne Gezeitenwellen, die durch die Wechselwirkung der barotropen Gezeiten mit der Meeresbodentopographie entstehen, sind die Hauptenergiequelle für die bereits im Binnenmeer beschriebene diapyknische Durchmischung. Sie bewirken, dass die Gezeiten nicht nur an der Küste steigen und fallen, sondern auch das tiefer liegende, ruhigere Innere des Ozeans durchmischen.

Küsten-Kelvin-Wellen sind Schwerewellen, die durch die Corioliskraft entlang der Küste gefangen werden: Sie breiten sich entlang der Küste aus und verlassen diese auf der Nordhalbkugel rechts und, aufgrund der Symmetrie, auf der Südhalbkugel links. Ihre Geschwindigkeit hängt von der Wassertiefe ab und, im Fall barokliner Kelvin-Wellen, von einer reduzierten Schwerkraft, die auf dem Dichteunterschied zwischen den Schichten basiert, anstatt der vollen Schwerkraft, die bei barotropen Kelvin-Wellen gilt. Diese barotropen Wellen sind stets schneller als ihre baroklinen Pendants. Das bedeutet, dass sich ein Küstensignal deutlich schneller ausbreitet, wenn es die gesamte Wassersäule einbezieht, als wenn es auf eine einzelne Schicht beschränkt ist. Diese küstennahen Kelvin-Wellen sind sowohl für die Signalübertragung entlang einer gesamten Küstenlinie als auch für die Reaktion des Ozeans auf Klimaeinflüsse wie die El-Niño-Südliche-Oszillation (ENSO) von entscheidender Bedeutung.

Barokline Rossby-Wellen hingegen sind Störungen mit einer deutlich längeren Periode von Monaten bis Jahren. Sie breiten sich in den mittleren Breiten mit Geschwindigkeiten zwischen einem Hundertstel und einem Zehntel Meter pro Sekunde westwärts aus, am Äquator jedoch deutlich schneller, wo sie Geschwindigkeiten zwischen zwei und drei Metern pro Sekunde erreichen. Diese westwärts gerichtete Ausbreitung macht barokline Rossby-Wellen zum Hauptmechanismus, durch den sich die Tiefsee mit einer Verzögerung von Monaten oder Jahren an Veränderungen der darüber liegenden atmosphärischen Einflüsse anpasst.

Das zu erwartende Verhalten all dieser internen Schwerewellen umfasst eine deutlich langsamere Ausbreitung als Oberflächenwellen, zwischen einem Zehntel und einem Meter pro Sekunde, sowie vertikale Streuung, bei der die Welle sowohl von der Pyknokline als auch vom Meeresboden selbst reflektiert wird. Wenn diese vertikale Streuung speziell interne Gezeitenwellen betrifft, erzeugt sie sogenannte interne Gezeiten: Schwingungen mit Amplituden zwischen zehn und hundert Metern innerhalb der Pyknokline und Geschwindigkeiten zwischen einem Zehntel und fünf Zehntel Metern pro Sekunde. Diese internen Gezeiten bewegen lautlos weit unter der Oberfläche Wassermengen, die mit den von der astronomischen Gezeit an der Küste bewegten Wassermengen vergleichbar sind.

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