Wasserbewegungen. Die Abbildung zeigt jahreszeitlich gemittelte Strömungsvektoren

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1 Golfstrom Innerhalb des Gesamtsystems der Ozeanischen Zirkulationen ist der Golfstrom die seit längstem bekannte und am intensivsten untersuchte Strömungskomponente. Der bekannte amerikanische Ozeanograph Henry M. Stommel hat dem Golfstrom eine eigene Monografie gewidmet (Stommel, H., 1955: The Gulf Stream. A physical and dynamical description. University of California Press, Berkeley, USA). Er wird heute gelegentlich auch als der Golfstrom-Papst bezeichnet. Die "Gulf Stream Waters" haben bei Woody Guthrie und Rod Stewart sogar Eingang in die amerikanische Lyrik gefunden. Das literarisch eindrucksvollste Denkmal hat wohl E. Hemingway dem Golfstrom in seinem Roman Der alte Mann und das Meer gesetzt. Die hohen, überwiegend ostwärts gerichteten, oberflächennahen Stromgeschwindigkeiten (bis zu 5 Knoten) entlang der amerikanischen Ostküste zwischen Florida und North Carolina wurden bereits im 16. Jahrhundert in den Segelanweisungen für die spanische Flotte auf dem Weg in die Karibik und zurück erwähnt. In heutigen Routenberatungen für Reisen über den Nordatlantik an die amerikanische Ostküste oder in den Golf von Mexiko wird versucht, den Golfstrom zu nutzen oder ihm auszuweichen. 1876: Eine Darstellung des Golfstromes von B. Franklin und T. Folger, basierend auf Beobachtungen von Segelschiffen, die zwischen Neuengland und England verkehrten (aus: Robert H. Stewart, Introduction to Physical Oceanography, Department of Oceanography, Texas A&M University, 1997). 1942: Mehr als 60 Jahre später haben weltweite hydrographische Arbeiten zu einem schon recht detaillierten Bild der atlantischen Oberflächenströmungen geführt. Die Ziffern bedeuten horizontale

2 Massentransporte von 10 6 m 3 /s. Der noch "gebündelte" Strom mit hohen Transportwerten an der Floridaküste, dann entlang der amerikanischen Ostküste bis etwa 38 N - hier Umbiegen nach Osten - ist deutlich sichtbar. Über dem mittleren Nordatlantik erfolgt dann eine erneute Richtungsänderung nach Nordosten und ein horizontales Auffächern. Der große westatlantische (antizyklonale) Wasserwirbel sowie die kleineren Rezirkulations-Bereiche in der Nähe der amerikanischen Ostküste werden abgebildet. Weitere Verzweigungen im Nordmeer und Ausbildung eines nach Süden gerichteten Stromes an der Labrador-Küste vervollständigen die nordatlantische Oberflächenströmungen (aus: Sverdrup, Johnson und Fleming, 1942). Weitere 60 Jahre später können die Oberflächenströmungen aus Altimeter- Satellitendaten der Wasseroberfläche abgeleitet werden und liefern ein ungeheuer detailreiches Bild der Wasserbewegungen. Die Abbildung zeigt jahreszeitlich gemittelte Strömungsvektoren und beschreibt hier die sommerlichen Verhältnisse. Sie entstammt der Seite des "HYCOM Consortium for Data Assimilative Modeling (http://oceancurrents.rsmas.miami.edu/atlantic/gulf-stream.html ). Das Delft Institute for Earth-Oriented Space Research (DEOS) stellt u.a. tägliche Aufnahmen aus dem Golfstrom-Gebiet im Internet bereit: Nebenstehende Abbildung zeigt die Strömungsverhältnisse am Diese Golfstrom- Geschwindigkeitsfelder werden aus quasirealtime Radar-Altimeter- Daten folgender Satelliten abgeleitet: Envisat, Jason-1, TO- PEX/Poseidon und GFO (Stand März 2006). Die Daten werden vom NOAA Laboratory for Satellite Altimetrie mit den Orbital-Parametern der Satelliten korrigiert. Mit diesen korrigierten Daten berechnet DEOS die Geschwindigkeitsfelder. Diese Daten werden dann Bestandteil des RADAR Altimeter Database System.

3 Deutlich sichtbar sind viele kleinräumige (zyklonale und antizyklonale) Zirkulationen mit einem Durchmesser von meistens weniger als 1 (mittlerer Durchmesser ca. 80 Km). Sie sind nördlich des Hauptstromes als warme Zelle und südlich als kalte Zelle zu finden. Diese "eddies" werden auch als Golfstrom-Ringe bezeichnet, haben eine Lebensdauer von mehreren Tagen bis Wochen und spielen in der Golfstrom-Physik eine große Rolle. Erst die Mittelbildung solcher Momentaufnahmen über Wochen bis hin zu Jahreszeiten führt zu den bekannten Strömungsbändern, wie sie auch in der HYCOM- Abbildung sichtbar werden. Drei wesentliche Antriebsursachen müssen zum Verständnis des komplexen Golfstrom-Systems herangezogen werden: I. Die atmosphärische Zirkulation mit Nordost-Passat und Westwinden in mittleren Breiten und der damit verbundene Windstress auf die Wasseroberfläche erzeugt einen nach Norden gerichteten Massentransport in den Ozeanen. Mit diesem Ansatz, verbunden mit der breitenabhängigen Coriolis-Kraft, wurde in den Jahren 1947 bis 1951 eine Theorie der wind-getriebenen, geostrophischen Meeresströmungen entwickelt, welche die grobe Struktur der o- zeanischen Zirkulation recht gut beschreibt. Auch die Strömung des Golfstromes verläuft parallel zu Linien gleichen Druckes, welche durch die vertikale Auslenkung der Meeresoberfläche bestimmt werden (und mit Radar- Altimetern von Satelliten genau vermessen werden können). II. III. Aus der Theorie der wind-getriebenen ozeanischen Zirkulation lassen sich für den Fall des Golfstromes horizontale Massentransporte bestimmen, die bei rund 35 x 10 6 m 3 /s (10 6 m 3 /s = 1 Sv) liegen. Vor der Küste North Carolinas werden jedoch im Mittel etwa 55 Sv, bei Cape Hatteras häufig bis zu 150 Sv gemessen. Bemerkenswert ist ferner, dass von der Floridastraße mit ca. 30 Sv die nach Nordosten gerichteten Transporte bis knapp 40 N zunehmen. Diese Intensivierung des Golfstromes und die hohen Transportraten lassen sich mit dem Windantrieb allein nicht erklären. Verantwortlich hierfür ist die stark thermo-haline Schichtung des Atlantik bis in größere Tiefen, die zu einer baroklinen Instabilität des Golfstrom-Systems vor der amerikanischen Ostküste führt. Wie in der Atmosphäre erzeugt barokline Instabilität Schwingungen im Strömungsverlauf, Mäanderbildungen und schließlich abgelöste eigenständige Zirkulationen (eddies). Die DEOS- Abbildung zeigt das im Detail. Man kann abschätzen, dass die kinetische Energie der eddies etwa um den Faktor 10 größer ist als die Energie des mittleren Golfstromes. In diesem Bereich der baroklinen Instabilität erhält daher der Golfstrom kinetische Energie aus der Turbulenz und wird beschleunigt. Gleichzeitig erzeugen die eddies im Mittel eigene Zirkulationsäste mit erheblichen Massentransporten. Sie sind Teile des großen westatlantischen Wasserwirbels und führen dem "Einzugsgebiet" des Golfstromes vor der Floridaküste erhebliche Wassermassen zu. Dieser Bereich wird auch als "Golfstrom Rezirkulations Region" bezeichnet. Bislang wurden die Strömungsverhältnisse über dem westlichen Nordatlantik und vor allem vor der amerikanischen Ostküste betrachtet.

4 Breiten im Pazifik. Die nebenstehende Abbildung - sie entstammt ebenfalls aus Robert H. Stewarts "Introduction to Physical Oceanography - zeigt Details der Oberflächenströmungen im Nordatlantik und Nordmeer. Die Ziffern geben Massentransporte in Sv-Einheiten an. Die weit nach Nordosten reichenden Ausläufer des Golfstromes, hier als Nordatlantik- (Na), Norwegischer- (Ng) und Nordkap-Strom (Nc) bezeichnet, führen ganzjährig große Wärmemengen in hohe nördliche Breiten und sorgen für ein gemäßigtes Klima mit milden Wintern in Nordwesteuropa. Die europäischen Küsten sind über das ganze Jahr eisfrei. Die Jahresmitteltemperaturen liegen hier 5 K bis 10 K über denen vergleichbarer geografischer Diese nordwesteuropäische "Zentralheizung" wird wesentlich durch eine "thermo-haline" Zirkulation angetrieben. Hierbei spielt der Salzgehalt eine steuernde Rolle: Süßwasser hat bei 4 C sein Dichtemaximum, mit zunehmendem Salzgehalt verschiebt sich das Dichtemaximum zu niedrigeren Temperaturen. Salzhaltiges Wasser kann daher bei Abkühlung hohe Dichtewerte erreichen, ohne zu gefrieren. Auf dem Weg über den Atlantik geben Golfstrom, Nordatlantikstrom und Norwegischer Strom durch Verdunstung ständig latente Energie an die Atmosphäre ab. Mit absinkender Temperatur geht vor allem ein Anstieg des Salzgehaltes einher. In der Grönlandsee wird das Oberflächenwasser schließlich so schwer, dass es wie ein "Wasserfall in die Tiefe rauscht" (Originalzitat eines Klimaforschers). Die eingerahmten Ziffern in obiger Abbildung geben Absinkbewegungen in Sv-Einheiten an. Im Gegenzug wird an der Oberfläche warmes, salzhaltiges Wasser nach Norden angezogen. In tieferen Ozeanstockwerken fließt das schwere, salzhaltige Wasser nach Süden ab. Dieser Mechanismus wird auch als sich selbst erhaltende Pumpe bezeichnet. Voraussetzung: salzhaltiges Wasser, das durch Abkühlung die notwendige Dichte erreichen kann. Die Pumpe arbeitet umso effektiver, je mehr Tiefenwasser gebildet wird. Dieser thermo-haline Antrieb der für Westeuropa so bedeutenden "Warmwasserversorgung" hat im Rahmen der Klimadiskussionen einen hohen Stellenwert bekommen, weil bei zunehmender Erwärmung verschiedene Szenarien vorstellbar sind, die durch vermehrten Süßwassereintrag die thermo-haline Pumpe schwächen oder gar zum Erliegen bringen können (in seinem Roman Der Schwarm beschreibt F. Schätzing u.a. genau diesen Fall in sehr dramatischer Form). Diesbezügliche Modellrechnungen machen sehr unterschiedliche Aussagen, abhängig davon, in welchen Mengen und Zeiträumen Schmelzwasser eingebracht wird, und vor allem, wo das passiert. Bohrkernanalysen lassen inzwischen keinen Zweifel daran, dass

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