Meereis und ozeanische Zirkulation

Veränderungen in der Meereisbildung und das Schmelzen von Meereis haben Folgen für die globalen Ozeanströmungen. Neben dem Wind wirken als zweite Ursache von Meeresströmungen und als Hauptursache für die tiefe Umwälzung der Ozeane Dichteunterschiede des Meerwassers. Damit Oberflächenwasser absinken kann, muss die Dichte erhöht werden. Möglichkeiten hierfür sind die Erhöhung des Salzgehalts und die Erniedrigung der Temperatur.

Das Tiefen- und Bodenwasser, das in den polaren Ozeanen gebildet wird, ist ein Teil der globalen thermohalinen Zirkulation. Daher tragen Meereisprozesse, welche die thermohaline Zirkulation beeinflussen, zum Antrieb der globalen Verteilung von Wassermassen bei, zur Durchlüftung des tiefen Ozeans und dem Transport von natürlichen und anthropogenen Stoffen von der Ozeanoberfläche zu den Tiefseegräben, wo sie für Jahrhunderte verbleiben. Letzteres ist in Hinblick auf den vom Menschen bedingten Anstieg der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen von großer Bedeutung, da der Ozean circa 20 bis 34 Prozent der anthropogenen Emissionen von Kohlendioxid aufnimmt. Mit der Eisbildung wird die Stabilität der Schichtung des oberen Ozeans herabgesetzt und gleichzeitig die turbulente Mischung und der Austausch von Strahlungsenergie und latenter Wärme mit der Atmosphäre unterdrückt.

Thermohaline Zirkulation
Eine sehr wichtige Größe für den Antrieb von Meeresströmungen ist der „thermohaline Antrieb“. „Thermo“ steht dabei für Temperaturänderung und „halin“ (vom griechischen Wort für Salz abgeleitet) für die Änderung des Salzgehaltes. Die thermohaline Zirkulation treibt den Wärmetransport der Ozeane bis in die Tiefen an und wird durch Dichteunterschiede bewirkt. Sowohl Temperatur als auch Salzgehalt verändern die Dichte des Wassers. Dichteveränderungen aber bewirken in Flüssigkeiten Druckunterschiede und lösen damit Strömungen aus.

In hohen Breiten kann eine Aufsalzung und damit die Entstehung von schwerem Wasser durch die Bildung von Meereis erfolgen. Die im Meereis enthaltende Salzsole besitzt einen deutlich höheren Salzgehalt und damit eine höhere Dichte als Meerwasser (siehe Entsalzung von Meereis). Sie läuft daher mit der Zeit aus dem Eis heraus und gelangt in den darunter liegenden Ozean. Die Menge des im Eis befindlichen Salzes nimmt daher immer weiter ab, der Ozean unter dem Eis wird immer salziger. Durch den erhöhten Salzgehalt und die niedrigen Wassertemperaturen wird die Dichte des Wassers erhöht, dadurch sinkt das schwere Oberflächenwasser ab. Der Großteil des ozeanischen Tiefenwassers wird östlich von Grönland und im Weddellmeer gebildet. Die sogenannte thermohaline Zirkulation wird somit durch das Meereis mitbeeinflusst. Dagegen stabilisiert das Schmelzen von Meereis und der damit verbundene Süßwassereintrag in den Ozean die ozeanische Schichtung und wirkt der Tiefenwasserbildung entgegen.

Gefriert und schmilzt Meereis, werden große Mengen sogenannter latenter Wärme umgesetzt. Wärme wird aufgenommen, wenn Meereis schmilzt, und sie wird in die Umgebung abgegeben, wenn flüssiges Wasser zu Eis gefriert. Man nennt den Prozess latent, weil er nicht verbunden ist mit einer Änderung der Temperatur, sondern vielmehr mit dem Wechsel des Phasenzustandes von Wasser. Der Ort der Eisentstehung und des Abschmelzens des Eises sind nicht identisch. Zwischen dem Ort seiner Entstehung und seines Schmelzens kann Meereis über Strecken von einigen hundert bis tausend Kilometern transportiert werden (siehe Meereisdrift). Dies bewirkt zum einen den Transport von Süßwasser, verbunden mit den Auswirkungen auf die Schichtung des Ozeans, und zum anderen einen Energietransport. Denn die bei der Eisbildung freigesetzte latente Wärme wird an einem anderen Ort dem System wieder durch das Abschmelzen des Eises entzogen. Der Transport von Meereis stellt also einen Süßwassertransport dar, der einen wichtigen Beitrag zur Wassermassencharakteristik und zur thermohalinen Zirkulation leistet.

Im Falle einer umfangreichen Meereisschmelze oder dem Eintrag von Schmelzwassermassen vom Inlandeis kann sich diese Schichtungsstabilisierung negativ auswirken. Ozeanströmungen können so stark verändert werden, dass die globale Umwälzbewegung aller Ozeane betroffen sein kann.

Dies hat den Grund, dass die Tiefenwasserbildung, also das Absinken von Wassermassen an den Polen erst einen polwärts gerichteten Warmwasserstrom möglich machen. Während Wassermassen in die Tiefen des arktischen und antarktischen Meers absinken, hinterlassen sie einen „Sog“ – Wasser muss nachrücken. Und dieses Wasser wird als Oberflächenwasser aus den niedrigeren Breiten gen Pol gezogen. Da das Tiefenwasser am Meeresgrund in Richtung der niedrigeren Breiten fließt, ersetzt es das dort abgezogene warme Oberflächenwasser in der Tiefe.