Klimaforschung : Was Wasser wiegt

Für bessere Klimamodelle brauchen Strömungsforscher extrem genaue Dichtemessungen. Jetzt gibt es ein Verfahren, dass die Dicht von Meerwasser genauer bestimmt.

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Wasser hat eine Dichte von einem Gramm pro Kubikzentimeter. Für grobe Rechnungen reicht die Angabe völlig aus, für komplexe Klimamodelle ist sie aber viel zu ungenau. Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung in Warnemünde (IOW) haben jetzt ein Verfahren entwickelt, mit dem die Dichte von Meerwasser genauer bestimmt und damit letztlich auch Klimarechnungen verbessert werden können.

Denn bereits minimale Unterschiede bei der Dichte von Meerwasser können große Strömungen in den Ozeanen antreiben, die wiederum die Atmosphäre beeinflussen. Zum Beispiel den Golfstrom.

Im Meer zwischen Island und Grönland kühlen die eisigen Winde von den Gletschern das relativ salzreiche Wasser ab. Dadurch wird es ein wenig schwerer und sinkt in die Tiefe. Mit 17 Milliarden Litern sinkt bei Island in jeder Sekunde zwanzigmal mehr Flüssigkeit in die Tiefe als alle Ströme der Erde zusammengenommen führen. Dieses Wasser fließt durch die tiefen Schichten des Atlantik nach Süden und kommt an der Oberfläche aus der Karibik als Warmwasserheizung für weite Teile Europas zurück. Schmilzt infolge des Klimawandels viel Eis, wird das Salzwasser im Nordatlantik verdünnt und seine Dichte verringert sich ein klein wenig. Dadurch könnte weniger Wasser absinken. Erhöht sich der Salzgehalt, strömt dagegen vermutlich mehr Wasser nach unten. Kleinste Unterschiede bei der Dichte des Wassers haben also großen Einfluss auf die Meeresströmungen und damit auf das Klima. Daher wollen Ozeanografen die Dichte des Meerwassers sehr genau wissen.

Diese hängt stark vom Salzgehalt ab. Da sehr viele Salzkristalle im Wasser in elektrisch geladene Teilchen zerfallen, kann man die Dichte über die elektrische Leitfähigkeit des Wassers bestimmen. Den dabei seit 1978 verwendeten Standard haben der IOW-Forscher Rainer Feistel und seine Kollegen jetzt verbessert. Nun werden auch jene Stoffe berücksichtigt, die nicht in elektrisch geladene Teilchen zerfallen. Diese verändern die Leitfähigkeit zwar nur wenig, die Dichte des Wassers aber schon. „Es gibt eine ganze Reihe solcher Substanzen“, sagt Feistel. So scheidet vor allem im Nordpazifik Plankton Silikate ab, in anderen Regionen gelangen Kalk oder zuckerartige Verbindungen ins Meer. „In einer Million Kilogramm Meerwasser sind ungefähr fünf bis zwanzig Kilogramm solcher neutralen Teilchen gelöst, die vom bisherigen Standard nicht erfasst werden“, sagt der Ozeanograph.

Das kann zu erheblichen Fehlern führen, zeigen Trevor McDougall von der Wissenschaftsorganisation CSIRO in Australien und Frank Millero von der Universität Miami am Beispiel des Nordpazifik. Dort können diese bisher nicht berücksichtigten Salze eine Million Kilogramm Meerwasser bis zu 25 Kilogramm schwerer machen. Das hört sich nach sehr wenig an, doch die Differenz kann Meeresströmungen und damit die Warmwasserheizung um einige Prozent verändern, berichten die Wissenschaftler.

Gemeinsam mit diesen beiden Forschern und einer Reihe weiterer Kollegen hat Feistel für die jeweiligen Meeresregionen Zahlen erarbeitet, mit denen die aktuellen Leitfähigkeitsmessungen korrigiert werden, um die Dichte genau zu berechnen. Diesen Standard hat die Weltwissenschaftsorganisation Unesco mittlerweile als weltweit verbindlich erklärt.

In dieser „Korrekturzahl“ ist beispielsweise auch die Temperaturzunahme berücksichtigt. Denn damit erhöht sich ebenfalls die Leitfähigkeit des Wassers. Deshalb müssen die Wissenschaftler ihre Wasserproben bei einer exakt bestimmten Temperatur messen, um zuverlässige Ergebnisse für die Dichte zu erhalten – die wiederum Klimamodelle verbessern sollen. Roland Knauer

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