Wenn Polarmeere gefrieren und sich Eis bildet, liegt das nicht nur an kalter Luft, die die Wasseroberfläche abkühlt. Noch wichtiger ist, dass aufgrund des viel geringeren Salzgehalts des Oberflächenwassers verhindert wird, dass warmes Wasser aus den Tiefen des Ozeans an die Oberfläche steigt. Forscher der Universität Göteborg und anderswo haben diesen Effekt in einer neuen wissenschaftlichen Studie beschrieben.
In den Polarregionen bildet sich Meereis, weil es im Winter so kalt wird. Kaltes Wasser ist jedoch schwerer als warmes Wasser, daher sollte das gekühlte Wasser absinken und nicht an der Oberfläche bleiben. Dieses Absinken sollte das wärmere Wasser zurück an die Oberfläche bringen und verhindern, dass sich Eis in den Ozeanen bildet. Forscher der Universität Göteborg und anderswo präsentieren jetzt eine Erklärung, warum dem nicht so ist. Die Studie wird in der Zeitschrift vorgestellt Wissenschaftliche Fortschritte.
„Der Salzgehalt des Oberflächenwassers ist geringer, dank der Zufuhr von Süßwasser aus schmelzendem Eis an den Polen und Niederschlägen in den Ozean. Der Unterschied im Salzgehalt zwischen Oberflächenwasser und tieferem Wasser ist ein wichtiger Faktor für die Bildung von Meereis bei niedrigen Temperaturen an den Polen. Ohne den Unterschied im Salzgehalt wäre das Wasser nicht geschichtet worden, was zu einer kontinuierlichen Durchmischung des Meerwassers geführt und so die Bildung von Eis verhindert hätte“, sagt Fabien Roquet, Professor für physikalische Ozeanographie an der Universität Göteborg .
Der Unterschied im Salzgehalt erzeugt einen „Deckel“
Die Wasseroberfläche mit ihrem geringeren Salzgehalt bildet einen „Deckel“, der verhindert, dass warmes Wasser an die Oberfläche steigt. Ohne diesen Deckel würden die kalten Polartemperaturen nicht ausreichen, um kontinuierlich fließendes wärmeres Wasser zu gefrieren.
Die Stärke dieses Salzgehaltsdeckels beruht auf den einzigartigen Eigenschaften des Meerwassers. Im Süßwasser hat Wasser, das kälter als 4 Grad Celsius ist, eine geringere Dichte und bleibt daher an der Oberfläche und gefriert zu Eis, ohne sich mit Wasser aus größerer Tiefe zu vermischen. Im Ozean hat Salzwasser genau am Gefrierpunkt mit etwa -2 Grad Celsius die geringste Dichte. Allerdings ändert sich die Dichte des Wassers in kaltem Wasser viel weniger mit der Temperatur als in wärmerem, was für eine Flüssigkeit sehr ungewöhnlich ist.
Meereis hemmt den Treibhauseffekt
„Je näher man den Polen kommt, desto wichtiger ist der Salzgehalt, um die Vermischung und den Ausgleich der Wassertemperatur im gesamten Wasser zu begrenzen“, sagt Fabien Roquet.
Diese Entdeckung zeigt, wie wichtig die besonderen Eigenschaften des Wassermoleküls für das Klima der Erde sind. Der Wärmeaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre wird nicht nur durch Temperaturunterschiede, sondern auch durch den Salzgehalt des Ozeans beeinflusst. Ohne diese Tatsache wäre eine stärkere Bildung von Meereis nicht möglich. Meereis ist selbst ein wichtiger Faktor zur Hemmung des Treibhauseffekts, da es das Sonnenlicht reflektiert.
„Mit der globalen Erwärmung sehen wir einen Rückgang des Meereises, was die Fähigkeit der Polarmeere beeinträchtigt, den ‚Deckel‘ mit geringerem Salzgehalt aufrechtzuerhalten, der verhindert, dass Kohlenstoff in die Atmosphäre aufsteigt. Aber gleichzeitig kann wärmeres Wetter dazu führen mehr Süßwasser in den Polarmeeren, wenn Gletscher schmelzen und Niederschläge möglicherweise zunehmen. Der Unterschied im Salzgehalt kann dann zunehmen, was zur Aufrechterhaltung der Meereisbildung beitragen kann. Aber es ist schwierig vorherzusagen, welcher Effekt dominant sein wird; wir müssen nur abwarten, “, sagt Fabien Roquet.
Mehr Informationen:
Fabien Roquet, Einzigartige Wärmeausdehnungseigenschaften von Wasser sind der Schlüssel zur Bildung von Meereis auf der Erde, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq0793. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq0793