Die Mission Surface Water and Ocean Topography wird untersuchen, wie der Ozean atmosphärische Wärme und Kohlenstoff absorbiert und so die globalen Temperaturen und den Klimawandel mildert.
Obwohl der Klimawandel den Anstieg des Meeresspiegels im Laufe der Zeit vorantreibt, glauben Forscher auch, dass Unterschiede in der Oberflächenhöhe von Ort zu Ort im Ozean das Klima der Erde beeinflussen können. Diese Höhen und Tiefen sind mit Strömungen und Wirbeln verbunden, wirbelnden Flüssen im Ozean, die beeinflussen, wie er atmosphärische Wärme und Kohlenstoff absorbiert.
Nehmen Sie an der Mission Surface Water and Ocean Topography (SWOT) teil, einer gemeinsamen Anstrengung der NASA und der französischen Raumfahrtagentur Centre National d’Études Spatiales (CNES), mit Beiträgen der Canadian Space Agency (CSA) und der United Kingdom Space Agency. SWOT startet im November 2022 und wird Daten über Meereshöhen sammeln, um Strömungen und Wirbel zu untersuchen, die bis zu fünfmal kleiner sind als bisher nachweisbar. Außerdem werden detaillierte Informationen über Süßwasserseen und -flüsse gesammelt.
Die Beobachtung des Ozeans in relativ kleinen Maßstäben wird Wissenschaftlern helfen, seine Rolle bei der Abschwächung des Klimawandels einzuschätzen. Der Ozean, der größte Speicher der Erde für atmosphärische Wärme und Kohlenstoff, hat mehr als 90 % der durch vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen eingeschlossenen Wärme absorbiert.
Es wird angenommen, dass ein Großteil der fortgesetzten Aufnahme dieser Wärme – und des überschüssigen Kohlendioxids und Methans, das sie erzeugt hat – um Strömungen und Wirbel mit einem Durchmesser von weniger als 100 Kilometern herum stattfindet. Diese Flüsse sind im Vergleich zu Strömungen wie dem Golfstrom und dem Kalifornischen Strom klein, aber Forscher schätzen, dass sie insgesamt bis zur Hälfte der Wärme und des Kohlenstoffs von Oberflächengewässern in die Tiefen des Ozeans übertragen.
Ein besseres Verständnis dieses Phänomens könnte der Schlüssel sein, um festzustellen, ob es eine Obergrenze für die Fähigkeit des Ozeans gibt, Wärme und Kohlenstoff aus menschlichen Aktivitäten zu absorbieren.
„Was ist der Wendepunkt, an dem der Ozean beginnt, riesige Mengen an Wärme zurück in die Atmosphäre abzugeben und die globale Erwärmung zu beschleunigen, anstatt sie zu begrenzen?“ sagte Nadya Vinogradova Shiffer, SWOT-Programmwissenschaftlerin im NASA-Hauptquartier in Washington. „SWOT kann helfen, eine der kritischsten Klimafragen unserer Zeit zu beantworten.“
Die SWOT-Mission wird Informationen über die Höhe des Meeresspiegels sammeln, die Wissenschaftlern helfen werden, die Rolle von Strömungen bei der Abschwächung des Klimawandels sowie die Höhe von Süßwasserkörpern zu untersuchen. Die Mission wird gemeinsam von NASA und CNES geleitet, mit Beiträgen von UKSA und CSA. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/CNES/Thales Alenia Space
Klein denken
Vorhandene Satelliten können kleinere Strömungen und Wirbel nicht erkennen, was die Forschung darüber einschränkt, wie diese Merkmale miteinander und mit größeren Strömungen interagieren.
„Das ist ein Ort, an dem wir viel lernen werden, wenn wir die kleinen Skalen besser beobachten“, sagte J. Thomas Farrar, SWOT-Ozeanographie-Wissenschaftsleiter bei der Woods Hole Oceanographic Institution in Falmouth, Massachusetts.
Neben der Unterstützung von Forschern bei der Untersuchung der Klimaauswirkungen kleiner Strömungen wird die Fähigkeit von SWOT, kleinere Bereiche der Erdoberfläche zu „sehen“, es ermöglichen, genauere Daten entlang der Küsten zu sammeln, wo der Anstieg des Meeresspiegels und der Fluss von Strömungen unmittelbare Auswirkungen auf das Land haben können Ökosysteme und menschliche Aktivitäten.
Höherer Seegang kann beispielsweise dazu führen, dass Sturmfluten weiter ins Landesinnere vordringen. Außerdem können durch den Anstieg des Meeresspiegels verstärkte Strömungen das Eindringen von Salzwasser in Deltas, Flussmündungen und Feuchtgebiete sowie die Grundwasserversorgung erhöhen.
„Im offenen Ozean wird das ganze Phänomen des Abziehens von Wärme und Kohlenstoff die Menschheit in den kommenden Jahren beeinflussen“, sagte Lee-Lueng Fu, SWOT-Projektwissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Aber in Küstengewässern sind die Auswirkungen von Strömungen und Meereshöhe über Tage und Wochen zu spüren. Sie wirken sich direkt auf das Leben der Menschen aus.“
Wie also wird die Messung der Meereshöhe zu einem besseren Wissen über Strömungen und Wirbel führen?
Forscher verwenden Höhenunterschiede zwischen Punkten – bekannt als die Steigung – um die Bewegung von Strömungen zu berechnen. Die Mathematik berücksichtigt die Schwerkraft der Erde, die Wasser von hoch nach niedrig zieht, und die Rotation des Planeten, die auf der Nordhalbkugel die Strömung im Uhrzeigersinn um hohe Punkte und gegen den Uhrzeigersinn um niedrige Punkte biegt. Im Süden ist der Effekt umgekehrt.
Die Höhe des Ozeans ist mit Strömungen und Wirbeln auf der Meeresoberfläche verbunden, die in dieser Visualisierung basierend auf dem Zeitraum von Juni 2005 bis Juni 2007 gezeigt werden. SWOT wird in der Lage sein, Strömungen und Wirbel zu beobachten, die kleiner als die dargestellten sind, bis hinunter zu 12 Meilen (20 Kilometer) breit. Bildnachweis: NASA Goddard Space Flight Center
Hunderte Kilometer breite Strömungssysteme umfließen weite Ozeane. Auf dem Weg drehen sich kleinere Strömungen und Wirbel ab und interagieren miteinander. Wenn sie zusammenkommen, treiben sie Wasser von der Oberfläche in kältere Tiefen und nehmen Wärme und Kohlenstoff aus der Atmosphäre mit. Wenn diese kleineren Strömungen und Wirbel auseinander fließen, steigt Wasser aus diesen kälteren Tiefen an die Oberfläche und ist bereit, wieder Wärme und Kohlenstoff aufzunehmen.
Diese vertikale Bewegung von Wärme und Kohlenstoff tritt auch an Wirbeln selbst auf. Auf der Nordhalbkugel erzeugen Wirbel im Uhrzeigersinn Abwärtsströmungen, während Wirbel gegen den Uhrzeigersinn Aufwärtsströmungen erzeugen. Auf der Südhalbkugel ist es umgekehrt.
Lücken füllen
Durch die Messung der Ozeanhöhen bis zu 0,4-Zentimeter-Schritten sowie ihrer Neigungen werden die beiden Ka-Band-Radar-Interferometer (KaRIn)-Antennen von SWOT den Forschern helfen, Strömungen und Wirbel mit einem Durchmesser von nur 12 Meilen (20 Kilometer) zu erkennen .
SWOT wird auch einen Nadir-Höhenmesser verwenden, eine ältere Technologie, die Strömungen und Wirbel bis zu einer Breite von etwa 100 Kilometern identifizieren kann. Wo der Nadir-Höhenmesser gerade nach unten zeigt und Daten in einer Dimension aufnimmt, neigen sich die KaRIn-Antennen. Dadurch können die KaRIn-Antennen die Oberfläche in zwei Dimensionen abtasten und zusammen Daten mit größerer Genauigkeit sammeln als der Nadir-Höhenmesser allein.
„Um eine zweidimensionale Ansicht von einer eindimensionalen Linie zu erhalten, nehmen wir derzeit alle unsere eindimensionalen Linien und schätzen, was zwischen ihnen passiert“, sagte Rosemary Morrow, SWOT-Ozeanographie-Wissenschaftsleiterin am Laboratoire d’Études en Géophysique et Océanographie Spatiales in Toulouse, Frankreich. „SWOT wird direkt beobachten, was sich in den Lücken befindet.“
Missionshomepage: swot.jpl.nasa.gov/