Das Geoid

Wie der Einfluss der Gravitation entfernt wird

Versucht man eine Strömung mit dem Altimeter zu messen, muss noch ein zusätzliches Hindernis überwunden werden. Wie Sie bereits wissen, wird mit Hilfe des Altimeters die Höhe gemessen, die Neigung berechnet, und das Ergebnis wird danach in eine geostrophische Strömung konvertiert. Es gibt da nur einen Haken: eine große Komponente (und zwar die größte Komponente überhaupt) der Meeresoberflächentopographie wird nicht von Strömungen verursacht, sondern von Variationen im Schwerefeld der Erde, die aus der Beschaffenheit des Erdinneren herrühren.

Auch ohne Strömungen wäre die Meeresoberfläche immer noch uneben und holprig, mit Höhenunterschieden von ±100 m (bei sehr großen Entfernungen, etwa 1000 km), weil die Anziehungskraft von Ort zu Ort variiert. Dort, wo sie stärker ist, wird sie mehr Wasser anziehen and es entsteht eine Beule; wo sie schwächer ist, entsteht eine Delle. Die unbewegliche Oberfläche, die das Meer annehmen würde, gäbe es keine Srömungen, wird das Geoid genannt.

Das Geoid. Das Bild zeigt die Variationen des 'zero-height level' (d.h. das Meeresniveau ohne Strömungen, was konzeptionell auch auf das Festland übertragen worden ist) bezogen auf eine glatte ellipseförmige Oberfläche. Zur Verdeutlichung wurde das Geoidrelief künstlich überhöht wiedergegeben. In Wirklichkeit variiert die Höhe von -105 m (blau auf der Karte) bis zu +85 m (rot). Verglichen mit den Variationen des Erdradius, der an den Polen 6357 km und am Äquator 6378 km beträgt, wirken solche Variationen nur wie kleine Narben auf dem Geoid.

Unklar, das Geoid?

Die großen Höhenschwankungen, die vom Geoid herrühren, müssen rechnerisch beseitigt werden, um auch die viel kleineren Strömungssignale zu erkennen. Aber, über das Geoid gibt es bisher noch keine genauen Erkenntnisse! Deshalb müssten Meeresforscher sich bislang damit zufrieden geben, nur die zeitlichen Variationen der Meereshöhe in Bezug auf den das mittlere Meeresniveau zu messen – und diese Variationen sind sicherlich auf die wechselnden Meeresströmungen zurückzuführen, da das Geoid sich nicht zeitlich verändert! Es können also nur Strömungsunterschiede in Bezug auf deren Mittelwert (oder Strömungsanomalien, wie Meeresforscher sie nennen), und keine absoluten Strömungen gemessen werden.

Neue Gravitationssatelliten können helfen

Dieses Bild wird sich bald verbessern, da neue Satellitenmissionen (GRACE und GOCE) dabei sind, das Gravitationsfeld und auch das Geoid noch akkurater zu vermessen – dies wird das Subtrahieren des Geoids und die Berechnung der absoluten Strömung ermöglichen.

Globale zeitgemittelte Topographie des Ozeans für den Zeitraum 1992 – 2002, erstellt aus einer gemeinsamen Analyse von Driftern, eines Satellitenaltimeters, des Windfelds, und Daten des GRACE Gravity Model-01 von Nikolai Maximenko (IPRC) und Peter Niiler (SIO). Geostrophische Strömungen auf der Meeresoberfläche sind parallel zu den Konturen.

Ein neueres Beispiel (von 2005) der Berechnung von Maximenko und Niiler ist oben dargestellt, in Form einer Karte der Mean Dynamic Topography of the Sea Surface, d.h. der nur aus den Strömungen resultierenden Topographie, ohne das Geoid. Beachten Sie, dass die Positionen der 'steilsten' Regionen, die eine scharfe Höhenvariation aufweisen, und die Positionen der stärksten Strömungen wie dem Golfstrom, dem Kuroshio und dem Antarktischen Zirkumpolarstrom, übereinstimmen, wie man es von der Geostrophie her erwarten würde.