|  | Bildung von Wirbeln mit warmem (W) oder kaltem (C) Kern im Golfstrom | |
Übung 3: Wirbel
Wenn sich Meeresströmungen zur Küste hin bewegen, nimmt die Wassertiefe ab. Durch den daraus folgenden erhöhten Kontakt mit dem Meeresboden entsteht Reibung, die die Strömung abbremst.
Je langsamer die Strömung wird, desto leichter lässt sie sich durch die unregelmäßige Form des Meeresbodens (Bathymetrie) und des Küstenverlaufs aus ihrer Bahn ablenken. All diese Faktoren bewirken, dass die Strömungen stark mäandern.
Darüber hinaus sind schnell fließende Strömungen wie der Golfstrom sehr turbulent. Sie sind an unterschiedlichen Stellen mitunter sehr unterschiedlich stark und weisen großflächige Grenzgebiete auf, in denen die Wassermassen zusammenlaufen und auseinanderstreben. In Gebieten mit starken Unterschieden in der horizontalen Dichte und besonders kurvenreichem Verlauf trennen sich die Mäander vom Hauptstrom und bilden Wirbel mit einer sehr hohen Energie.
Wirbel sind links- oder rechtsdrehende Ringe, die sich vom Hauptstrom ablösen und kaltes oder warmes Wasser in ihrer Mitte einschließen. Die vom Golfstrom gebildeten Wirbel sind mesoskalische Wirbel mit Durchmessern von 50 bis 200 Kilometern. Der Temperaturunterschied zwischen dem Wirbel und den umliegenden Wassermassen erzeugt ein starkes Dichtegefälle, das dazu beiträgt, dass der Wirbel einen Monat bis mehrere Jahre lang bestehen bleibt.
Wirbel sind für zahlreiche Vorgänge in den Meeren von großer Bedeutung. Sie bewirken enorme Schwankungen des umliegenden Meeresspiegels, indem sie Salinität und Wärme zwischen den verschiedenen Wassermassen umverteilen und Wärme und Wasser mit der Luft austauschen. Sie können Tiefen von mehr als 1500 m erreichen, und durch die Schwankungen des Meeresspiegels kommt es zum Aufsteigen (Wirbel mit kaltem Kern) und Absinken (Wirbel mit warmem Kern) von Wassermassen. Sie spielen also eine wichtige Rolle bei der Durchmischung der verschiedenen Wasserschichten im Meer, transportieren Nährstoffe aus der Tiefe an die Oberfläche und tragen zur Düngung der oberen Wasserschichten bei.
Wirbel können mit Infrarotsensoren an Satelliten beobachtet werden und sind in SST-Bildern deutlich zu erkennen. Die Bilder für die nächste Übung sind Level-2-SST-Produkte, die mit dem MODIS-Instrument (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) an Bord des Satelliten Aqua (EOS PM) aufgenommen wurden.
Übung mit LEOWorks
Öffne das hochauflösende MODIS-SST-Bild von 2012. Beachte, wie sich der Golfstrom von der Küste vor Kap Hatteras löst und zu mäandern beginnt. Erste Wirbel trennen sich vom Hauptstrom ab.
1. Wie viele Wirbel sind im Bild zu erkennen?
2. Ermittle mithilfe des Fensters Pixel Info View (Pixel-Info anzeigen) die geographischen Koordinaten eines künftigen Wirbels mit warmem Kern. Zeige nun einen potenziellen Wirbel mit kaltem Kern auf. Beschreibe kurz, wie sich diese Wirbel mit kaltem und warmem Kern bilden (bedenke das Aufeinandertreffen des warmen Golfstroms und des kalten Labradorstroms). Drehen sie sich im oder gegen den Uhrzeigersinn?
Im Fenster Pixel Info View sind auch die Temperaturwerte der Bildpunkte (Pixel) angegeben.
3. Setze den Cursor auf den mäandernden Golfstrom und lies dessen Temperaturwert in Grad Celsius ab. Verschiebe den Cursor innerhalb des Bildes und beachte, wie sich die Temperatur ändert. Mit Profile Plot (Profil zeichnen) kann die Zu- bzw. Abnahme der Temperatur zwischen den Kernen und den Randzonen der Wirbel dargestellt werden. Außerdem kannst du das Profil vom Golfstrom zum kältesten Punkt im Bild graphisch darstellen. Wie hoch ist der Temperaturunterschied? (Denke daran, die Temperaturunterschiede durch Heranzoomen der Grafik sichtbar zu machen.)
4. Bestimme nun mithilfe von Tools/Measure (Werkzeuge/Messen) den Durchmesser der Wirbel. Wie werden Wirbel in diesem Größenbereich genannt?
5. Weisen Wirbel mit warmem Kern einen höheren oder einen niedrigeren Meeresspiegel auf als die umliegenden Wassermassen? Was ist der Grund für diesen Unterschied? Weshalb ist dies von Bedeutung für die Meeresfischerei?
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