{"id":2886,"date":"2021-04-20T11:23:35","date_gmt":"2021-04-20T09:23:35","guid":{"rendered":"https:\/\/arctrain.de\/?p=2886"},"modified":"2021-04-20T11:35:11","modified_gmt":"2021-04-20T09:35:11","slug":"the-ocean-currents-of-the-north-atlantic-in-a-nutshell","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/arctrain.de\/de\/the-ocean-currents-of-the-north-atlantic-in-a-nutshell\/","title":{"rendered":"Die Meeresstr\u00f6mungen des Nordatlantiks in K\u00fcrze"},"content":{"rendered":"\n

Dies ist Post 3\/3 in einer Reihe \u00fcber unsere Erfahrungen und Aufgaben als ArcTrain-Doktoranden w\u00e4hrend der Forschungsfahrt M164 (GPF 19-1-105) im Sommer 2020 im subpolaren Nordatlantik. Hier geht es zu Teil 1\/3<\/a> und hier zu Teil 2\/3.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Es ist kurz nach Mitternacht. Rund um das Schiff herrscht \u00fcberall Dunkelheit, und Nebel zieht auf. Mehrere Menschen befinden sich auf der Schiffsbr\u00fccke und warten darauf, dass in dieser ruhigen Nacht in der schier endlosen Weite des Nordatlantiks ein blinkendes Licht auftaucht. Zwei Personen stehen auf dem kalten und windigen Oberdeck, um ein Funksignal von unserem PIES-Instrument (Pressure Inverted Echo Sounder) zu empfangen, sobald es die Oberfl\u00e4che erreicht (siehe unseren letzten Blog-Beitrag von Simon, um die PIES kennenzulernen). Es k\u00f6nnte \u00fcberall durch die Meeresoberfl\u00e4che brechen, so weit das Auge reicht und dar\u00fcber hinaus. Aber w\u00e4hrend andere in die dunkle Nacht starren, sitze ich vor einem Computermonitor und beobachte Live-Daten des Nordatlantikstroms, wie die Ausdehnung des Golfstroms im Nordatlantik hei\u00dft, der unter dem Schiff dahinbraust. An unserer aktuellen Position zeigt der Nordatlantikstrom mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde nach Nordosten. Ich leite die aktuellen Informationen an die Br\u00fccke weiter und sp\u00fcre, wie sich die Position des Schiffes \u00e4ndert und ein leichtes Rollen einsetzt. Das Ger\u00e4t, auf das alle warten, sa\u00df \u00fcber ein Jahr lang in einer Tiefe von etwa 4000 Metern auf dem Meeresboden. Da es langsam an die Oberfl\u00e4che steigt, m\u00fcssen wir ber\u00fccksichtigen, dass es sich mit der Meeresstr\u00f6mung darunter bewegt und m\u00f6glicherweise an einer anderen Position erscheint als die an der es vorher ins Wasser gesetzt wurde.<\/p>\n\n\n\n

Das Rollen des Schiffes hat aufgeh\u00f6rt und der Bug des Schiffes zeigt jetzt in Richtung S\u00fcdwesten, genau in die entgegengesetzte Richtung des Nordatlantikstroms an unserer Position. Wenn die Geschwindigkeitsdaten, die ich auf dem Monitor sehe, korrekt sind, soll das Messger\u00e4t in nur geringer Entfernung direkt vor dem Schiff auftauchen und mit der Str\u00f6mung in Richtung unseres Schiffes treiben. Die Gegensprechanlage des Schiffes summt, und ich kann die Stimme des diensthabenden Offiziers h\u00f6ren: \u201eKontakt, direkt voraus. Entfernung, eine Meile.” Die Meeresstr\u00f6mung transportierte das Ger\u00e4t genau dorthin, wo ich es vorhergesagt hatte. Dies war das letzte der acht PIES-Instrumente, die wir w\u00e4hrend dieser Forschungsfahrt geborgen haben. Alle Bergungen waren, nicht zuletzt aufgrund unserer Live-\u00dcberwachung der Meeresstr\u00f6mung unter dem Schiff, erfolgreich, um ihre Position beim Erreichen der Oberfl\u00e4che vorherzusagen. Aber wie k\u00f6nnen wir die Meeresstr\u00f6mungen \u00fcberhaupt messen, und warum ist das f\u00fcr uns alle so wichtig?<\/p>\n\n\n\n

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Bergung eines PIES-Instruments im aufziehenden Nebel. Die Live-Daten der Ozeanstr\u00f6mung hilft die Position zu bestimmen, wo das Instrument die Meeresoberfl\u00e4che erreicht (Foto: D. Kieke).<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Benjamin Franklin, einer der Gr\u00fcnderv\u00e4ter der Vereinigten Staaten, Schriftsteller, Philosoph, Politiker und Diplomat, war ebenfalls Wissenschaftler. Und in dieser Rolle ist er mit einem der Hauptthemen verbunden, die Klimaforscher*innen noch heute untersuchen: dem Golfstrom und dem Nordatlantikstrom, der erstmals 1769 von Benjamin Franklin und seinem Cousin Timothy Folger kartiert wurde. (Folgen Sie diesem Link<\/a> zur Franklin-Folger  Karte des Golfstrom.) Heute wissen wir, dass diese Karte des Golfstroms nur einen Teil des Str\u00f6mungssystems zeigt. Franklin skizzierte die Meeresstr\u00f6mung als ein eng begrenztes Areal, das bis in die Mitte des Nordatlantiks reicht. Daher ist die Meeresstr\u00f6mung im Zentrum des Nordatlantiks weniger begrenzt, vielmehr m\u00e4andert sie und erstreckt sich \u00fcber eine gr\u00f6\u00dfere Entfernung. Die Str\u00f6mung wird nicht mehr Golfstrom sondern Nordatlantikstrom genannt. Sie transportiert warmes und salzhaltiges Wasser vom subtropischen Nordatlantik in den nord\u00f6stlichen Teil des Atlantiks und sogar in den Arktischen Ozean. Auf seinem Weg gibt sie W\u00e4rme an die Atmosph\u00e4re ab und ist daher einer der Hauptgr\u00fcnde f\u00fcr das milde Klima in Europa, das beispielsweise in Paris und Neufundland zu einem v\u00f6llig anderen Klima f\u00fchrt, obwohl beide ungef\u00e4hr auf dem gleichen Breitengrad liegen.<\/p>\n\n\n\n

Wenn die Meeresstr\u00f6mungen das Wasser nur nach Norden transportieren, w\u00fcrde der Meeresspiegel im n\u00f6rdlichen Teil des Atlantiks steigen und im s\u00fcdlichen Teil fallen. Um diesen nordw\u00e4rtigen Transport des Nordatlantikstroms zu kompensieren, gibt es auch einen Strom, der Wasser nach S\u00fcden transportiert. An der Westgrenze des Atlantiks wird Wasser innerhalb des Labradorstroms und des westlichen Randstromes nach S\u00fcden transportiert. Der Nordatlantikstrom, der Labradorstrom und der westliche Randstrom sind Teil der globalen Ozeanzirkulation, die die W\u00e4rme im gesamten Weltozean umverteilt.<\/p>\n\n\n\n

Das Messen und Verstehen des nach Norden flie\u00dfenden Nordatlantikstroms und des nach S\u00fcden flie\u00dfenden westlichen Randstromes ist eines der Ziele der Forschungsfahrt M164 (GPF 19-1-105) an Bord des deutschen Forschungsschiffs Meteor, an der ich im Rahmen meiner Doktorandenausbildung in der internationalen Graduiertenschule ArcTrain teilnehmen konnte. Im Sommer 2020 \u00fcberquerten wir den Atlantik von Ost nach West (und wieder zur\u00fcck) auf dem ungef\u00e4hren Breitengrad von Paris in Europa und Neufundland in Nordamerika (~47\u00b0N).<\/p>\n\n\n\n

Franklins Forschung basierte auf Beobachtungen von Seeleuten, die das Wissen \u00fcber die Oberfl\u00e4chenstr\u00f6mungen nutzten, um auf ihrem Weg von der Ostk\u00fcste Nordamerikas nach Europa schneller zu sein. Der Golfstrom und der Nordatlantikstrom sind solche Oberfl\u00e4chenstr\u00f6me. Heutzutage wird die St\u00e4rke eines Meeresstromes nicht mehr anhand unterschiedlicher Schiffsgeschwindigkeiten gesch\u00e4tzt, sondern mit einem Instrument namens Acoustic Doppler Current Profilers (ADCP, akustischer Doppler Str\u00f6mungsmesser). ADCPs messen die Meeresstr\u00f6mungen \u00fcber den Doppler-Effekt. Ein ber\u00fchmtes Beispiel f\u00fcr den Doppler-Effekt ist ein Krankenwagen mit eingeschalteter Sirene. Wenn sich der Krankenwagen auf die beobachtende Person zubewegt, hat der Klang der Sirene eine h\u00f6here Frequenz (die Schallwellen werden zusammengedr\u00fcckt). Wenn sich der Krankenwagen entfernt, hat der Klang eine niedrigere Frequenz (die Schallwellen werden gedehnt). Infolgedessen kommt es zu einer Frequenzverschiebung, und diese Doppler-Verschiebung wird bei Verwendung von ADCPs ausgenutzt. Das ADCP sendet ein akustisches Signal, einen Ping mit einer definierten Frequenz. Dieses Signal wird von winzigen Partikeln im Wasser reflektiert, die passiv mit der Meeresstr\u00f6mung treiben. Beim Empfang des Echos des reflektierten Pings wird die Str\u00f6mungsgeschwindigkeit aus der Doppler-verschobenen Frequenz berechnet.<\/p>\n\n\n\n

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Immer auf die Wellen achten! Installation des frisch best\u00fcckten Batteriegeh\u00e4uses, um sicherzustellen, dass die ADCPs (gelbe Ger\u00e4te am Wasserkranzsch\u00f6pfer) mit Strom versorgt werden (Foto T. Svensson).<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

W\u00e4hrend unserer Forschungsfahrt haben wir die ADCPs mit zwei verschiedenen Anordnungen verwendet, die parallel arbeiten. Erstens haben wir zwei ADCPs direkt im Schiffsrumpf montiert (und ja, wenn die Instrumente entfernt werden, haben wir ein Loch im Schiffsrumpf, also Vorsicht!). Zus\u00e4tzlich verwendeten wir ein System aus zwei ADCPs, die zusammen mit dem gro\u00dfen Wasserkranzsch\u00f6pfer bis auf wenige Meter \u00fcber dem Meeresboden abgesenkt werden. Ein Ger\u00e4t schaut nach unten und das andere nach oben. Auf diese Weise erhalten wir ein vertikales Profil der horizontalen Geschwindigkeiten. Die direkt im Schiffsrumpf montierten ADCPs liefern zu jedem Zeitpunkt w\u00e4hrend der Forschungsfahrt Daten \u00fcber die aktuelle Geschwindigkeit, sind jedoch in ihrem vertikalen Bereich begrenzt und k\u00f6nnen nicht \u00fcber eine bestimmte Tiefe hinaus messen (maximal 700-1200 Meter). Die abgesenkten ADCPs (lADCPs) messen ein kontinuierliches Profil der Str\u00f6mungen im Ozean von der Oberfl\u00e4che bis zum Boden.<\/p>\n\n\n\n

Meine Aufgabe w\u00e4hrend der Forschungsfahrt war es sicherzustellen, dass das System der beiden abgesenkten ADCPs erfolgreich betrieben wird und qualitativ hochwertige Daten liefert. Dies beinhaltete das Auswechseln der Batterien des Ger\u00e4ts nach einer bestimmten Laufzeit und die regelm\u00e4\u00dfige \u00dcberpr\u00fcfung aller elektrischen Kabel, Verarbeitung aller erhaltenen Rohdaten und Identifizierung von Fehlern, die sofort behoben werden mussten. Um einen ersten Blick auf die Geschwindigkeitsstruktur entlang unserer Fahrtroute zu werfen, habe ich die gemessen Daten verarbeitet und visualisiert. Zus\u00e4tzlich analysierte ich, wie oben beschrieben, die Richtung und St\u00e4rke der Meeresstr\u00f6mung, wie sie w\u00e4hrend der Bergungen verschiedener Instrumente vorherrschten. Dies half, die Position der zu bergenden Instrumente besser vorherzusagen, wenn sie die Meeresoberfl\u00e4che erreichten.<\/p>\n\n\n\n

Insgesamt haben wir den Wasserkranzsch\u00f6pfer einschlie\u00dflich der lADCPs w\u00e4hrend unserer Forschungsfahrt auf 126 Stationen eingesetzt. Wir konnten den Nordatlantikstrom identifizieren, die Verl\u00e4ngerung von Franklins Golfstrom im Nordatlantik, der warmes und salzhaltiges Wasser nach Nordosten transportiert, und den westlichen Tiefenstrom, der kaltes und frisches Wasser nach S\u00fcden transportiert. Mit der Kenntnis der Geschwindigkeiten und der genauen Richtung der Str\u00f6mungen im Nordatlantik k\u00f6nnen Kolleg*innen aus meiner Arbeitsgruppe den Gesamttransport von Volumen, W\u00e4rme und Salz berechnen. Diese Messungen sind insbesondere in Zeiten des Klimawandels wichtig und dienen als wichtige Referenz f\u00fcr die Projektion der Zukunft des Nordatlantiks und des gesamten Weltklimas in Ozean- und Klimamodellen. Aber das ist eine andere Geschichte.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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