Wie viel Wasser hat das Meer?

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Forscher konnten kurzzeitige Schwankungen in der räumlichen Verteilung der Ozeanwassermassen beobachten.

Schwankungen des Meeresspiegels zu messen, ist vergleichsweise einfach. Weitaus komplizierter ist es, daraus die Änderung der Wassermasse zu berechnen. Einem Team von Geodäten und Ozeanographen der Universität Bonn, des Deutschen Geoforschungszentrums GFZ und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft ist es nun erstmals gelungen, kurzzeitige Schwankungen in der räumlichen Verteilung der Ozeanwassermassen zu beobachten. Ihre Ergebnisse sind unter anderem für bessere Klimamodelle wichtig.

Um das Ozeanvolumen in einer bestimmten Region zu berechnen, muss man (neben der Topographie des Meeresbodens) lediglich die Höhe des Meeresspiegels kennen. Dazu greifen Forscher schon seit langem auf Pegelstationen und Satellitenverfahren zurück. Die Ozeanmasse hängt aber nicht nur vom Volumen, sondern auch von der Temperatur und vom Salzgehalt ab. So dehnt sich Wasser bei Erwärmung aus. Warmes Wasser wiegt daher weniger als dieselbe Menge kalten Wassers.

Zur Berechnung der Ozeanmasse müsste man daher die Temperatur- und Salzgehalts-Profile kennen. Diese lassen sich aber nicht einfach messen. "Wir haben für unsere Studie daher verschiedene Verfahren kombiniert, um auf Masseänderungen zu schließen", erklärt Jürgen Kusche.

Einerseits nutzten die Forscher Daten der deutsch-amerikanischen Satellitenmission GRACE. Dabei werden die Abstände zweier Satelliten (manchmal auch "Tom und Jerry" genannt, weil sie auf der gleichen Umlaufbahn hintereinander herjagen) auf Tausendstel Millimeter genau vermessen. Je größer die Ozeanmasse an einem bestimmten Punkt der Erde ist, desto stärker ist dort die Gravitationskraft. Das wirkt sich auf die Flughöhe der Satelliten und damit auf ihren Abstand voneinander aus. Über die Abstandsänderung lässt sich die Anziehungskraft und daher die Masse ableiten.

Außerdem machten sich die Wissenschaftler einen Effekt zu Nutze, den vor allem Vielleser kennen dürften: Ähnlich wie sich in einem überfüllten Bücherregal die Regalböden wölben, biegt sich der Meeresboden unter der Last der Wassermassen durch. Dadurch sinken stationäre GPS-Messstationen am Land um bis zu einem Zentimeter ab und rücken wenige Millimeters näher aneinander. Je schwerer das Wasser, desto stärker fällt diese Bewegung aus.

"Wir haben diese Messdaten mit numerischen Modellen des Ozeans kombiniert", erklärt Kusche. "So konnten wir erstmals nachweisen, dass insbesondere in den höheren Breiten regelmäßig bedeutende Schwankungen der Wassermasse auftreten, und das innerhalb von nur ein bis zwei Wochen."

Bislang wusste man lediglich, dass die Masse des weltweiten Ozeanwassers jahreszeitlich im Schnitt um etwa drei Billiarden Kilogramm schwankt - das entspricht etwa sieben bis acht Millimetern Meeresspiegelvariation. Dieser Effekt wird unter anderem durch Variationen in Niederschlag und Verdunstung sowie der Speicherung von Wasser als Schnee hervorgerufen. Aber auch das Abschmelzen der Gletscher und der Eismassen in Grönland und der Antarktis spielen eine Rolle.

Aus dem Vergleich der Massen- und Volumenänderung wollen die Forscher insbesondere auf Veränderungen der im Ozean gespeicherten Wärmemenge schließen. Demnächst sollen daher auch die langzeitlichen Veränderungen untersucht werden. Die Ergebnisse sollen unter anderem in bessere Klimamodelle einfließen.

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

AL