Einführung in die Ozeanographie

Das Eis, das man auf der Meeresoberfläche schwimmen sieht, stammt aus einer von zwei Quellen. Gletschereis entsteht durch die Anhäufung und Verdichtung von Schnee zu Gletschern, die dann auseinander brechen und Eis an den Ozean abgeben. Da Gletscher mehrere Kilometer dick sein können, können die Eisberge, die von ihnen abbrechen, sehr groß sein; die großen Eisberge im Meer stammen also immer von Gletscherschilden. Meereis ist das Eis, das durch das Gefrieren von Meerwasser entsteht und selten eine Dicke von mehreren Metern überschreitet (Abbildung 14.1.1). Meereis bedeckt zu jeder Zeit etwa 7 % des Ozeans und macht flächenmäßig etwa 66 % der permanenten Eisbedeckung der Erde aus, mengenmäßig jedoch nur 0,1 % des Eises. Das liegt daran, dass Meereis eine riesige, aber dünne Eisdecke ist, im Gegensatz zu den Gletschereiskappen, die örtlich begrenzt sind, aber mehrere Kilometer dick sein können.

Die Meereisbedeckung um die Antarktis schwankt zwischen etwa 21 Millionen km2 im Winter und etwa 1,3 Millionen km2 im Sommer, wobei das meiste antarktische Meereis nur ein Jahr lang besteht. In der Arktis sind die jahreszeitlichen Schwankungen der Eisbedeckung weniger ausgeprägt und reichen von etwa 14 Mio. km2 im Winter bis zu 6,5 Mio. km2 im Sommer. Etwa die Hälfte des Meereises in der Arktis bleibt länger als ein Jahr bestehen und wird zu mehrjährigem Eis. Dieser Unterschied kommt dadurch zustande, dass die Antarktis von Wasser umgeben ist, so dass sich das Eis in wärmeres Wasser ausdehnt und schließlich schmilzt. Der Arktische Ozean ist von Kontinenten umgeben, so dass nur etwa 10 % des Eises zwischen Grönland und Spitzbergen in den Atlantik entweichen. Der Rest wird aufgefangen und wird zu mehrjährigem Eis oder ganzjährigem Eis, das im Durchschnitt etwa 7 Jahre alt und 3-5 m dick ist, im Vergleich zu einjährigem Eis mit einer Dicke von 1-2 m.

Meereisbildung

Aufgrund des Salzgehalts beginnt das Meerwasser bei etwa -1,8o C zu gefrieren, einer niedrigeren Temperatur als bei Süßwasser. Die Eisbildung beginnt an der Oberfläche mit der Bildung kleiner nadelförmiger Eiskristalle, die Frazil genannt werden und die das Wasser matschig und trüb erscheinen lassen; dieses Stadium wird als Fetteis bezeichnet (Abbildung 14.1.2 A). In ruhigerem Wasser können diese kleinen Kristalle zu einer dünnen Oberflächenschicht zusammenfrieren, die Nilas genannt wird und eine Dicke von bis zu 10 cm erreichen kann (Abbildung 14.1.2 B).

Die Wellenbewegung kann die Nilas in kleine Matten von 1-2 m Durchmesser aufbrechen, die dann aneinanderstoßen und runde Formen mit erhöhten Rändern bilden, die als Pfannkucheneis bezeichnet werden (Abbildung 14.1.2 C). Bei anhaltend kalten Temperaturen gefriert das Pfannkucheneis zu festen Eisschollen zusammen, die den Ozean mit einer harten Oberfläche bedecken (Abbildung 14.1.2 D). Eisschollen gefrieren dann zu Eisfeldern zusammen.

Wenn sich Eisschollen bilden, wird das Wasser darunter isoliert und der Wärmeverlust an die Atmosphäre nimmt ab, so dass das Wasser nicht mehr abkühlt und keine Eisbildung mehr stattfindet. Daher ist junges Meereis in der Regel relativ dünn, nicht mehr als 3-4 m dick. Das Eis kann durch Niederschläge dicker werden; an den Polen gibt es nicht viel Niederschlag, aber aufgrund der niedrigen Temperaturen sammelt sich das, was anfällt, eher an, als dass es schmilzt. Im Laufe der Zeit kann das angesammelte Eis und der Schnee die Gesamtdicke des Meereises erhöhen, aber es wird trotzdem nie die Dicke von Gletschereis erreichen.

Wenn sich Meereiskristalle bilden, wird das meiste Salz ausgeschlossen, so dass Meereis viel weniger Salz enthält als Meerwasser und bei Bedarf zum Trinken geschmolzen werden kann. Etwa 20 % des Salzes bleiben jedoch in den Wassertaschen zwischen den Eiskristallen eingeschlossen. Wenn sich Eis bildet und Salze in diesen Taschen eingeschlossen werden, erhöht sich der Salzgehalt des verbleibenden Wassers und es kann zu salzig werden, um zu gefrieren. Diese nicht gefrorenen Taschen mit salzhaltigem Wasser machen Meereis etwas weicher und matschiger als Süßwassereis, das härter und steifer ist. Mit der Zeit entweicht der größte Teil dieser Salzlake, und das Meereis wird fester, aber als „junges Eis“ kann es gefährlicher sein, darauf zu laufen als Süßwassereis der gleichen Dicke. Zum Beispiel reichen 7-8 cm Süßwassereis aus, um das Gewicht einer einzelnen Person zu tragen, aber man bräuchte mindestens 15 cm Meereis, um dasselbe zu tun.

Das sehr kalte, dichte Salzwasser entweicht aus dem Eis und sinkt. Die Sole ist „unterkühlt“; sie ist unter den normalen Gefrierpunkt des Meerwassers abgekühlt, bleibt aber aufgrund des hohen Salzgehalts flüssig. Wenn diese unterkühlte Sole mit dem umgebenden Wasser in Berührung kommt, gefriert das Wasser um sie herum und es entstehen hohle Eisstalaktiten oder „Brinicles“, die mehrere Meter lang sein können. Die Sole fließt weiter durch den hohlen Eisstalaktiten, und der Eisstalaktit wächst nach unten (siehe unten ein erstaunliches Zeitraffervideo der Eisstalaktitenbildung).

Wenn sich die großen Meereisschichten bilden, gibt es eine von zwei Formen. Festeis oder landfestes Eis bezieht sich auf die großen, festen Eisschichten, die mit dem Land verbunden sind. Das Packeis besteht aus den kleineren, frei schwimmenden Meereisstücken. Sie können sich unabhängig voneinander gebildet haben oder vom Festeis abgebrochen sein (Abbildung 14.1.3).

Das schwimmende Packeis dämpft Wellen und Strömungen und puffert die Meeresoberfläche von Bewegungen ab. So können Veränderungen in der Verteilung des Packeises zu Veränderungen in den Strömungsmustern führen und sogar die Struktur des Ökosystems verändern. Das Packeis ist aber auch den darunter fließenden Strömungen unterworfen, und die Eisschilde sind ständig in Bewegung, brechen auseinander oder werden zusammengeschoben. Wenn Eisstücke zusammenstoßen, knicken sie oft ein und brechen, oder sie überlagern sich gegenseitig, wie bei konvergenten lithosphärischen Plattengrenzen (Abschnitt 4.6). Diese Kollisionen können hohe, zerklüftete Druckrücken erzeugen, die sich über mehrere Kilometer erstrecken können und für Polarforscher, die im Eis navigieren, eine Gefahr darstellen (Abbildung 14.1.4).

In den Polarmeeren ist die Eisbedeckung nicht einheitlich. Es gibt eine Reihe von Gebieten, in denen durchgängig offenes Wasser vorhanden ist, auch wenn die sie umgebenden Gebiete von Eis bedeckt sind. Diese Regionen mit durchgängig offenem Wasser werden als Polynyas bezeichnet (Abbildung 14.1.5). Polynyas können das Ergebnis von Strömungen oder Winden sein, die das Eis bewegen, oder von Gebieten mit wärmerem Wasser, die die Eisbildung verhindern. In Abbildung 14.1.5 haben sehr starke Winde, die aus dem Inneren der Antarktis ablandig wehen, eine Polynja in der Nähe des Randes des Eisschildes geschaffen.