Hydrosphäre - Teil Oberflächengewässer

Diffusivität (ungerichtet) und Dispersivität (gerichtet) führen zu einer Verteilung von Stoffen.

Beide (diffusivität und dispersivität) entstehen durch fluktuationen in den folgenden 3 Punkten:

1. Turbulenzen (in Ozeanen, Seen und flüssen)

2. Dispersion (=horizontale Mischung)

3. Bodenmatrix/Porenraum (im Grundwasser, in ungesättigter Zone)

Wind

Gravitation

Mittels linearisierter STrömungsgleichung --> folgende vereinfachung möglich:

• Horizontale Geschwindigkeit grösser als vertikale Geschwindigkeit (\(v_{horizontal} > v_{vertikal}\))
• Hoizontale Turbulenzen grösser als vertikale Turbulenzen (\(Turbulenz_{horizontal} > Turbulenz_{vertikal}\)

Der ortsfeste Beobachter sieht Änderungen in Konzentration, Temperatur usw, da das Wasser wie auf einem Förderband an ihm vorbeigleitet

Der mitbewegte Beobachter sieht KEINE Änderung, da er stehts mit dem selben Wasserpaket unterwegs ist

mitbewegt mit lagrange

ortsfest mit euler

- Gravitationskraft

- Druckgradienten

- Coriolisbeschleunigung

Eine Strömung ist nie gerade sondern immer rund

Auf der Nordhalbkugel: rechtsherum

Auf der Südhalbkugel: linkherum

Nein im Ozean/see sind Strömungen immer einer Kreisbewegung unterworfen, sie drehen sich um sich selber, es ist ständig eine Verwirbelung vorhanden!

Ozean-/seeströmung kann sich zwar in eine Richtung vorbewegen aber diese Bewegung wird von einer Kreisbewegung überlagert (Verwirbelungen) --> siehe grafik

Ja, durch die Corioliskraft gibt es in jedem Ozean eine Initialströmung --> führt sofort zu einer beständigen Strömung

Wie ein Wind eine Strömung anschiebt. Er schaut dazu nur den hinteren Teil der Turbulenzgleichung an. Dann wird das Kräftegleichgewicht durch den Wind und die Corioliskraft bestimmt

Strömungsgeschwindigkeit greift zwar an der Oberfläche an klinkt sich dann aber in die Tiefe ein. Es gibt eine Spirale nach unten von versch. Geschwindigkeiten --> Wird eine Fläche von einem Wind traktiert, gräbt sich die Kraft der entstehenden STrömung wie ein Korkenzieher in die Tiefe.

siehe Grafik

-Dichte nimmt ab

- Schichtdicke (Epilimnion) nimmt zu

- Schwerpunkt des Systems erhöht sich

- Potentielle Energie wird erhöht

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