6. Wie werden Meeresströmungen gemessen?
Die Satelliten Envisat und Jason tragen beide ein Radar-Altimeter, und zwar das RA-2 bzw. das CNES Poseidon-3 Altimeter. Diese Sensoren nutzen Mikrowellenpulse, die in Richtung Erdoberfläche ausgesandt werden. Gemessen wird die Laufzeit bis zum Wiedereintreffen der reflektierten Pulse am Altimeter. Mit diesen Daten können Ozeanographen das Meeresniveau und daraus abgeleitet die Richtung und Geschwindigkeit der Strömung bestimmen. Mit dieser Methode kann die Oberflächentopographie der Ozeane unfd schließlich auch das Strömungssystem weltweit und langfristig analysiert werden.
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Ein Argo-Float ist etwa 1,1 m lang, wiegt etwa 25 kg und kann bis 2000 m Tiefe und 4 bis 5 Jahre lang eingesetzt werden. Es stellt seinen Auftrieb so ein, dass es mit der Strömung treibt und misst Temperatur, Salzgehalt und seine Tiefe. nach jeweils 7 bis 10 Tagen kommt es an die Oberfläche und sendet seine Daten an einen Satelliten. Daraus kann ihr Driftweg sowie die Eigenschaften des Wassers auf diesem Driftweg bestimmt werden. Hieraus können detaillierte Informationen über Meeresströmingen abgeleitet werden. (Das Programm hat den Namen Argo in Anwandlung auf den Satelliten Jason erhalten; Argo hieß das Schiff, mit dem Jason gemeinsam mit den Argonauten unterwegs war)
Das Forschungsschiff James Cook, im Dock beim National Oceanographic Centre, Southampton.
Source: Mike Conquer, NOCs
Große Schiffe des Typs, der Driftdaten aufzeichnete.
Quelle:
Wikimedia
Wenngleich mit Satelliten viele Daten über die Ozeane und ihre zeitlichen Veränderungen gewonnen werden können, lassen sich hiermit keine Informationen aus den Tiefen der Ozeane erhalten. Zu diesem zweck setzen Ozeanographen Floats, Schiffe und Verankerungen ein. Wissenschaftler beteiligen sich an lang andauernden Fahrten mit Forschungsschiffen, um (neben weiteren Fragestellungen) Oberflächen- und Tiefenströmungen zu erkunden.
Früher waren Ozeanographen auf Daten angewiesen, die von driftenden Schiffen aus gewonnen wurden. Solche Daten wurden weltweit gewonnen, und dies wird teilweise auch heute noch so betrieben. Daten des Schiffsversatzes gehören zu den längsten Zeitreihen über Meeresströmungen, die heute zur Verfügung stehen. Satelliten und Floats gibt es noch nicht so lange!
Heute werden auf Forschungsschiffen Strömungsdaten mit akustischen Doppler-Strömungsmessern gewonnen, die in den Schiffsrumpf eingebaut sind.
Ocean bottom pressure data from the GRACE
Quelle:
NASA/JPL
Drucksensoren kann man nutzen, um großräumige Meeresströmungen indirekt zu bestimmen. der Druck am Meeresboden ergibt sich aus der darüber vorhandenen Masse. wo Winde und Strömungen das darüber liegende Wasser bewegen, ändert sich der Druck. Hieraus kann der Wasserstand bestimmt werden, und weiterhin auch wie das Wasser strömt.
bemerkenswert ist auch, dass in 2009 die GRACE - Satellitenmission gestartet ist,von der man sich neue Einsichten in den Druck am Meeresboden erhofft.
Ein verankerter Strömungsmesser
Quelle:
Wikimedia
Mit einem an einer Verankerung befestigten Strömungsmesser kann man Betrag und Richtung der Strömung bestimmen. Dies ist nahe der Wasseroberfläche wie auch in der Tiefe möglich. Außerdem gibt es verankerte Profilsonden, die am Verankerungsdraht entlang wandern und zusätzlich Temperatur und Salzgehalt messen.
verankerte Floats werden ebenfalls eingesetzt. Sie hören auf definierte Sonar-Signale und registrieren dann lokale Daten mit hoher genauigkeit über lange Zeiträume. Für die Untersuchung von Randströmungen und Wirbeln werden sie bevorzugt eingesetzt.
Oberflächenbojen haben den Nachteil, durch Schiffe oder auch hohen Seegaang leicht beschädigt zu werden. Verankerungen, ,die bis knapp unter die Wasseroberfläche reichen, werden auch von Fischern mit Schleppnetzen oft 'abgefischt'. Für Untersuchungen der Tiefsee sind diese Techniken jedoch sehr zuverlässig und unverzichtbar.
Ein Farbstoff, abgegeben im Chicago river. Durch die Ausbreitung des Farbstoffs läßt sich der Ausstrom verfolgen. (Im vorliegenden Fall wurde der Farbstoff anlässlich einer Feier abgegeben, aber in wissenschaftlichen Experimenten verhält er sich in gleicher Weise)
Quelle:
Wikimedia Commons
Aus ozeanographischer Sicht ist ein Farbstoff eine Art Tracer. Man kann jeden Stoff, der es gestattet, einen andernfalls unsichtbaren Prozess im Ozean zu verfolgen, als Tracer ansehen. Mit Farbstoffen kann man lokale Strömungen an der Oberfläche analysieren. Der Farbstoff wird in das Wasser abgegeben und seine Ausbreitung vom Schiff oder Flugzeug aus und manchmal auch mit Satelliten registriert.
es gibt allerdings etliche andere Wege, Tracer einzusetzen. Ozeanographen verfolgen den Weg des Wassers anhand seines Salzgehalts, seiner potenziellen Temperatur, dem Sauerstoff- und Kohlendioxid- und Nährstoffgehalt. man kann auch die Ausbreitung des Phytoplankton oder des Flusswassers im Küstenbereich nutzen. es ist sogar möglich, mit radioaktiven Isotopen die Ausbreitung von Wasser zu identifizieren. Selbst Ölflecken wurden hierfür schon genutzt.
It is worth noting that tracking water with tracers is not necessarily simple. Bodies of water interact and mix and biological organisms may use or release components from or to the water. However, these parameters are still a very good tool for studying currents in the ocean.
Kartonblätter werden ebenfalls genutzt, um lokale Strömungen zu kartieren. Es wurde ein biologisch abbaubarer Karton entwickelt, und Postkarten aus diesem Material wurden in großer Zahl an einer definierten Stelle ins Meer abgegeben. Werden Sie am Strand gefunden, dann können Sie per Post an ein Forschungsinstitut verschickt werden, womit die Fundstelle dokumentiert ist.
Ozeanographen wissen dann, wie lange die Karte unterwegs war und können auf dieser Grundlage beispielsweise Öldriftmodelle testen.
Mit einem akustischen Doppler-Strömungsmesser (oder: ADCP für Acoustic Doppler Current Profiler) wird bestimmt, wie schnell das Wasser in der gesamten Wsssersäule strömt. Diese Instrumente können auf verschiedene Weise eingesetzt werden. Ein ADCP kann hinter einem Schiff geschleppt werden, oder in einer Verankerung befestigt sein. man kann sie horizontal mintieren, um die Strömung querab in der Wassersäule zu bestimmen.
ADCP senden einen Schallpuls aus und messen den an Teilchen im Wasser reflektieren Schall. Bewegen sich die Teilchen mit der Strömung, dann tritt eine Dopler-Verschiebung in der Schallfrequenz auf. Die Verschiebung kann genutzt werden, um Betrag und Richtung der Strömung zu berechnen.
Am Meeresboden sind viele Telefon-, Strom- und Internetkabel verlegt. An den Kabeln zerrt die Strömung. Der dadurch entstehende Versatz kann genutzt werden, um andere Daten zu ergänzen, aber auch, um die Position neu verlegter Kabel zu optimieren.
Eine Karte verlegter Seekabel aus dem Jahr 1901. Heute gibt es sehr viel mehr solcher Kabel!
Quelle:
Wikimedia Commons.
Im Mai 1990 verlor die Hansa Carrier, ein Containerschiff auf dem Weg von Korea in die USA, in einem Sturm südlich von Alaska 21 Container. Fünf Container brachen auf und entließen 61.000 Sportschuhe und Stiefel in den Nordpazifik.
Die Schuhe hatten individuelle Seriennummern, die in Papieren vermerkt waren. In gewisser Weise war dies das größte Experiment mit nummerierten Driftern weltweit. 2,6% der Schuhe wurden wiedergefunden und halfen, numerische Modelle der Ozeanströung zu prüfen!
Es gab auch einen ähnlichen Vorfall mit Gummienten.
Klicken Sie auf ein Objekt im Bild, um mehr über die jeweilige Messmethode zu
erfahren.
Satelliten- und in situ - Messungen
Satellitenmessungen erlauben einen breiten Überblick und liefern Information über zeitliche und räumliche
Strömungsschwankungen. Dennoch werden Daten aus anderen Quellen weiterhin benötigt: unterstützende Daten liefern
Instrumente, die am Meeresboden verankert sind, mit den Strömungen treiben, oder auf Bojen,
Plattformen und Schiffen befestigt sind.
Zusammen helfen uns diese unterschiedlichen Messdaten, die vorherrschenden Bedingungen im Ozean und in Küstengebieten
besser zu verstehen.
Messdaten können mit numerischen Modellen kombiniert werden, um die Ausbreitung von Schwebstoffen oder Verschmutzungen
vorherzusagen. So können auch mögliche Reaktionen des Ozeansystems auf globale Klimaveränderungen untersucht
werden.
Auf der Stelle verharren oder mit der Strömung treiben?
Traditionell gibt es zwei direkte Wege, um Strömungen zu messen: Entweder setzt man ein Objekt ins Wasser aus und verfolgt seine
Bahn (Lagrange-Methode), oder man befestigt ein Instrument an einem festen Ort und misst die vorbeifließende
Strömung (Euler-Methode). Strömungen können aber auch indirekt gemessen werden: andere
Parameter werden gemessen und in der Berechnung von Strömungsgeschwindigkeit und -richtung einbezogen. Alle diese Methoden
werden von Meeresforschern genutzt, um mehr über die Ozeandynamik zu erfahren.
Auf dem Bild sind verschiedene Methoden zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit und -richtung abgebildet.
Klicken Sie auf einzelne Objekte, um mehr über die jeweilige Methode zu erfahren und entscheiden Sie, ob eine Methode der
Lagrangeschen, Eulerschen oder den indirekten Methoden zuzuordnen ist, oder vielleicht eine Mischung mehrerer
Kategorien darstellt.
