Ozeanische Umwälzung und Tiefenzirkulation

In einigen polaren Regionen werden Oberflächengewässer kalt und salzig genug, um kilometerweit in die Tiefe zu sinken, wodurch eine langsame globale Umwälzung in Gang gesetzt wird, die den Abgrund belüftet und das Klima über Jahrhunderte prägt.

Definition

Die Umwälzzirkulation ist die tiefe, dichtegetriebene (thermohaline) Strömung, bei der Oberflächenwasser in polaren Regionen absinkt, sich durch den tiefen Ozean ausbreitet und langsam an die Oberfläche zurückkehrt, wodurch der globale Ozean belüftet und verbunden wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die Bildung von Tiefen- und Bodenwasser in polaren Meeren, die Struktur und den Transport der meridionalen Umwälzzirkulation, die Verteilung und Verfolgung von Wassermassen, die Rolle der Mischung beim Abschluss der Umwälzung und die Möglichkeit mehrerer stabiler Zirkulationszustände.

Core questions

• Wo und wie bildet sich Tiefen- und Bodenwasser, und welche Eigenschaften bestimmen es?
• Wie ist die Struktur und Stärke der meridionalen Umwälzzirkulation?
• Wie breiten sich Wassermassen aus und mischen sich, um die Umwälzschleife zu schließen?
• Könnte die Umwälzzirkulation mehr als einen stabilen Zustand haben und abrupt umschlagen?

Key theories

Thermohaline Umwälzung und Wassermassenbildung

Abkühlung und Versalzung in hohen Breiten machen Oberflächenwasser dicht genug zum Absinken, wodurch Tiefenwassermassen entstehen, die sich entlang von Dichteflächen ausbreiten und die Tiefenzirkulation definieren.

Multiple Gleichgewichte der Umwälzung

Stommel zeigte, dass die konkurrierenden Effekte von Temperatur und Salzgehalt auf die Dichte der Umwälzung mehr als einen stabilen Zustand verleihen können, was die Möglichkeit abrupter Übergänge in der Klimageschichte aufwirft.

Mechanisms

Im Nordatlantik und um die Antarktis erhöhen intensive Abkühlung und Soleausstoß während der Eisbildung die Oberflächendichte, bis das Wasser absinkt und Tiefen- und Bodenwasser bildet; dieses Wasser breitet sich durch den Abgrund aus und wird allmählich durch Mischung und windgetriebenen Auftrieb nach oben zurückgeführt, wodurch eine globale Umwälzung abgeschlossen wird, die etwa tausend Jahre dauert.

Clinical relevance

Die Umwälzzirkulation transportiert Wärme, die regionale Klimazonen erwärmt, belüftet den tiefen Ozean mit Sauerstoff und bindet Kohlenstoff; die Besorgnis, dass Erwärmung und Süßwasserzufuhr sie schwächen könnten, hat die atlantische Umwälzung zu einem Schwerpunkt der Klimaüberwachung und der Forschung zu abrupten Veränderungen gemacht.

History

Die Wassermassenanalyse durch Ozeanographen des frühen 20. Jahrhunderts kartierte die Tiefenzirkulation; Stommels Modell von 1961 enthüllte ihre multiplen Gleichgewichte, und Broeckers Förderband-Synthese verknüpfte die Tiefenzirkulation mit abrupten Klimaveränderungen, die in Eis und Sediment aufgezeichnet wurden, was zu einer anhaltenden Beobachtung der Umwälzung führte.

Key figures

• Henry Stommel
• Wallace Broecker
• Carl Wunsch

Seminal works

• talley2011
• stommel1961

Frequently asked questions

Wie lange bleibt Tiefenwasser unter der Oberfläche?

Wasser, das in den tiefen Ozean absinkt, kann dort mehrere Jahrhunderte bis etwa tausend Jahre verbleiben, bevor Mischung und Auftrieb es an die Oberfläche zurückführen, was die Tiefenzirkulation sehr langsam macht.

Könnte die atlantische Umwälzzirkulation zusammenbrechen?

Modelle und vergangene Aufzeichnungen deuten darauf hin, dass die Umwälzung sich abschwächen oder zwischen Zuständen wechseln kann, wenn Oberflächengewässer zu warm oder zu süß werden, um abzusinken; ob und wie schnell dies geschehen könnte, ist ein aktives Forschungsgebiet.