Hydrosphäre - Teil Oberflächengewässer

Durch Wind

Durch Konvektion

- Schichterhaltend: Eintrag von E_pot -> z.B. durch wärmeeintrag

- Schichtzerstörend: Eintrag von E_kin -> z.B. wegen Wind

Upwelling: Wenn der Wind von Norden kommt wird aufgrund der Corioliskraft das Oberflächenwasser abgelenkt und fliesst von der Küste weg --> Nährstoffreiches wasser wird an der Küstenlinie von unten Angesaugt!

Downwelling: Wind kommt von Süden --> corioliskraft lenkt wasser zur küste hind --> türmt sich auf und sinkt dann ab

--> Beide Prozesse werden auch von Ekmann beschrieben

siehe grafik

siehe grafik

Äquatoriales Upwelling --> Am Äquator gilt die Ekman näherung zum Upwelling nicht. (normalerweise upwelling usw nur an der küste)

Bläst der Wind paralell zum Äquator wird das WAsser weggeschoben und es wird ebenfalls Wasser aus der Tiefe nachgezogen

Durch den Wind kommt es zu strömungen welche durch corioliskraft immer in kreisbahnen abgelenkt werden und dann sich spiralförmig in die Tiefe boren, wodurch es zu upwelling oder downwelling kommt

Auf der Nordhemisphäre gilt:

• Dreht sich die Strömung angetrieben durch den Wind im Uhrzeiger sinn, wird diese Bewegung durch di Corioliskraft verstärkt und es strömung geht spiralförmig nach innen --> Downwelling
• Dreht sich die Strömung angetrieben durch den Wind im Gegenuhrzeiger sinn, wirkt die Corioliskraft dieser Strömung entgegen und drückt sie auseinander --> Spirale gegen aussen --> Upwelling

siehe grafik

--> Ekman Transport verschiebt oberflächenwasser --> dadruch werden "Täler" und "Berge" erzeugt --> es entsteht ein wasserrelief von mehreren dezimetern

siehe grafik

der Ekman transport türmt Wasser auf oder schiebt es weg --> dadurch wird ein Druckgradient erzeugt im Ozean (oder See) --> ähnlich wie in der Atmosphäre kommt es dann aufgrund des Kräftegleichgewichts zwischen Druckgradienten (hoch und Tiefdruckgebieten in der Atmosphäre, aufgetürmtes und weggeblasenen Wasser im Ozean) und der Corioliskraft zu einer Geostrophischen strömung

grafik: bsp von grossen geostrophischen strömungen

• barotrop
  • durch wind verursacht
  • auslenkung an der Oberfläche
  • Isopykne (linie gleicher Dichte) sind paralell zu isobaren
• baroklin
  • horizontale Dichtegradienten
  • Isopyknen shcneiden isobare

Im Ozean werden barokline und barotrope Näherungen gebraucht um das strömungsmodell zu beschreiben

In seen nur baroklin

siehe grafik

wichtig!

--> Kombination von Meeresstörmungen welche 5 Ozeane miteinander verbinden. WErden angetreiben durch die drei Oberflächenströmungsarten (initialströmung, ekmann strömung und geostrophes strömung) und von der Tiefenwasserbildung ergänzt.

siehe grafik

GEbiete in denen das WAsser vorallem in tiefenströmungen fliesst: Dies ist so da dort das wasser extrem kalt uns salzig ist --> höhere dichte es sinkt ab und wir im tiefenwasser bewegt

Durch kalte temp gefriert das Wasser zu packeis, salz bleibt übrig macht das wasser schwer --> wasser sink somit.

Der Nordatlantik ist vorallem Klimarelevant, da dort Tiefenwasserbildung statt findet.

Vierwaldstättersee!

• Wärme führt zu einer Stabilen Schichtung --> kein Sauerstoffaustausch mit den darunterliegenden schichten
• Wärme und viele Nährstoffe führen zu starkem Algenwachstum an der Oberfläche --> dort Sauerstoffproduktion aber keine Mischung nach unten.
• Warm und viele Nährstoffe führen zu vermehrter Mikrobieller Aktivität --> viel mehr Atmung --> Sauerstoff wird aufgebraucht beim Abbau der abgestorbenen Algen!

Nur noch an der Oberfläche wo Algen O2 Produzieren können dann noch Fische hin um O2 zu kriegen. dort wasser allerdings sehr warm. Kaltwasserfische haben keine chance.

Meerwasser hat keine Dichteanomalie, deshalb wird es immer dichter, je kälter es wird bis es gefriert. Dies kann man mit der obigen Grafik beweisen. Ab einer Salinität von 24.8 % ist die Temperatur der maximalen Dichte (\(T_{\rho max}\)) kleiner als die Schmelztermperatur T_s (= Temperatur bei dem Wasser gefriert). Folglich kann Meerwasser gar nie die Tempertaur der Maximalen Dichte (\(T_{\rho max}\)) erreichen.

(1): Der Gefrierpunkt wird erhöht, wasser kann früher gefrieren.

(2): Eigentlich ja, aber ab einer Salinität <24.8 Promille ist die Temp der Maximalen Dichte ((\(T_{\rho max}\)) plötlich wieder grösser als die Schmelztemperatur T_s deshalb kommt es zu einer Durchmischung, da das Wasser nun zuerst Absinkt bevor es gefrieren kann!

\(p= {E\over t} \), gesetz aus der Elektrik, mit E= Energiemenge, welche umgesetzt wird und t = Zeitdauer welche der Sturm lebt

ungefähr 3% der Erdmasse (festes Gestein und Erde) besteht aus Wasser, also Wasser das im Gestein und der Erde gebunden ist.

entspricht etwa 10 Mal mehr als in allen Ozean der Welt an Wasser vorhanden ist

96.3 % Salzwasser

3.7% rest

ca 50% Grundwasser (wovon wiederum 50% salzig und 50% süsses Grundwasser ist)

ca. 50% rezentes Eis

Kaspisches meer --> allerdings salinität von 12 promille

Baikalsee --> Salinität von 0 Promille, tiefster See der Erde, grösster "richtiger" see (keine salinität)

pro Jahr 1-1.4 Meter Meer weltweit verdunsten

haupturache ist Gletscher. Je grösser die Seen werden desto mehr spielt auch tektonik eine rolle bei der entstehung. siehe grafik

logisch: anzahl seen mit einer gewissen grösse nimmt ab je grösser die seen werden!

Siehe grafik

• häufigstes Molekül in der Biosphäre
• Extreme Physikalische Eigenschaften
• Wichtigste Flüssigkeit in der Hydrosphäre

• hohe spezifische Wärme von 4.2 kJ pro Kilogramm pro Kalvin. --> grösste Wärmekapazität!
• Extrem hohe latente Wärme (Phasenübergägne) --> 2.4 MJ pro kg.
  • 1/4 der Sonneneinstrahlung gehen in den Wasserkreislauf (also in die Phasenübergänge)
• grosse Wärmeleitfähigkeit (am grössten von allen Flüssigkeiten)
• hohe Oberflächenspannung (nur Quecksilber grösser)
• Adhäsions und Kohäsionskräfte --> wichtig für physiologie der Zelle und Wasser in Böden
• Molekulare viskosität relativ gering --> fliesst gut, wichtig für Grundwasser
• Lösungsvermögen
• Volumen und Dirchte als Funktion der Temperatur
  • dichte von Festem Wasser kleiner als von flüssigem
  • Maximale dichte bei 4°
• Transparent für licht, sehr schwach transparent für UV und IR --> Photosynthese in tiefem wasser möglich
• Wasserstoffbrücken

Dass das Klima gerade so stimmt, dass Wasser in allen drei Aggregatszuständen vorkommt. Oftmals ist es zu kalt (mars) --> alles Wasser gefroren, oder zu heiss --> alles dampfförmig.

(Vergleiche karte aus anderer Vorlesung)

Wasser ist ein permanenter Dipol. Es kann also eine schwache Bindung zwischen den elektrischen Dipolen des Wassers entstehen

Im Festen Zustand bildet wasser genau 4 Wasserstoffbrücken aus pro H2O.

Ist es Flüssig ist es sehr dynamisch und bildet zwische 1 bis 5 Wasserstoffbrücken pro H2O aus. kann also mehr Brücken bilden und ist somit enger gepackt --> höhere dichte

siehe grafik

Temperatur, salzgehalt, Druck

B

von 4 auf 5° --> - 7 ppm <-- Dichte nimmt Ab

Durch zugabe von 1 mg/l Salz --> + 1 ppm <-- dichte nimmt zu

sie werden gemischt! Siehe grafik: Wasser an den rot umkreisten Grenzen hat eine höhere Dichte und sinkt somit ab! --> dies führt zu einer durchmischung des sees

Duch ionen im Wasser!

Einziges Meer bei dem man von der Wasserkonzentration sprechen kann. Es hat soviele Salze gelöst, dass Wasser in der Unterzahl ist.

siehe grafik:

Äquivalenzleitfähigkeit ist tabelliert!

nein ab 24.8 Promille (24.8 g Salz auf 1000g wasser) Salz tritt keine Dichteanomalie mehr auf!

--> Physik im Meer ist deshalb wesentlich einfacher