05.12.2014 – Forschung

Im Windkanal den Meeresoberflächen auf der Spur

  • Bisher kaum untersuchte Austauschprozesse spielen sich an der Grenzfläche zwischen Meerwasser und Atmosphäre ab. (Foto: INFINITY/Fotolia)

20.000 Liter Meerwasser aus dem Nordatlantik hat ein internationales Forscherteam per Tanklastzug zur Analyse an die Universität Heidelberg transportieren lassen – darunter auch Meeresforscher der Universität Oldenburg.

Die Wissenschafler untersuchen das Meerwasser im Aeolotron, einem speziellen ringförmigen Wind-Wellen-Kanal. Das Großexperiment bildet den Auftakt für eine großangelegte interdisziplinäre Studie zu natürlichen, biologisch produzierten Oberflächenfilmen von Meeren und deren Einfluss auf den Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean. An dem Projekt unter der Leitung des Heidelberger Umweltphysikers Prof. Dr. Bernd Jähne sind Wissenschaftler aus Oldenburg, Kiel, Leipzig, Lyon, Mainz, Manchester und Warnemünde beteiligt. Für die Universität Oldenburg ist der Meeresforscher Dr. Oliver Wurl, Leiter der Arbeitsgruppe „Meeresoberflächen“ am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM), in das Forschungsprojekt involviert.

Mehr als zwei Drittel der Oberfläche unseres Planeten sind mit Ozeanen bedeckt. Die Fläche, an der Meerwasser und Atmosphäre aufeinander treffen, ist also gewaltig. An der Grenzfläche zwischen diesen beiden wichtigen Teilen des Systems Erde spielen sich Austauschprozesse ab, die bestimmen, wie viel Wärme, Gase und flüchtige Stoffe durch die Ozeanoberfläche transportiert werden, und wie stark der Wind die Ozeanströmungen anschiebt. Doch ungeachtet ihrer Bedeutung für das Klima oder die Ozeanströmungen sind diese Austauschprozesse bisher nur bruchstückhaft verstanden. Das Forschungsprojekt im Aeolotron soll nun dazu beitragen, diese komplexen Prozesse zu analysieren. Besonderes Hauptaugenmerk liegt dabei auf den einen Millimeter dicken viskosen Grenzschichten auf beiden Seiten der Wasseroberfläche.

Wurl, der am ICBM eine der ersten Forschergruppen weltweit für biochemische Prozesse auf der Meeresoberfläche ins Leben gerufen hat, erhofft sich, bei dem Projekt mehr über den Kohlenstoffdioxid-Austausch zwischen der Atmosphäre und dem Ozean zu erfahren. „Die Weltmeere nehmen fast ein Drittel des durch Menschen erzeugten Kohlenstoffdioxids auf. Sie stehen damit im Zentrum des globalen CO2-Kreislaufs“, erklärt der Meeresforscher. Kohlenstoffdioxid bildet in Verbindung mit Wasser schwache Säuren. Erste Anzeichen zur Ozeanversauerung sind bekannt. Der Klimarat IPCC der UNO hat erst kürzlich im aktuellen Weltklimabericht verkündet, dass sich der Säuregehalt des Ozeans um 26 Prozent seit Beginn des Industriezeitalters erhöht hat. Vor diesem Hintergrund sei es unabdingbar, den Prozess der CO2-Aufnahme durch den Ozean besser zu verstehen, so Wurl. Insbesondere den natürlichen organischen Filmen, die sich auf den Meeresoberflächen bilden und den Gastransport verlangsamen, komme dabei eine zentrale Rolle zu.

Allerdings ist die Funktion der Oberflächenfilme auf hoher See nur schwer zu bestimmen, da sie permanenten Wind- und Strömungsänderungen ausgesetzt sind. Der Wind-Wellen-Kanal Aeolotron ermöglicht es, gleichförmige Windgeschwindigkeiten und Welleneigenschaften zu simulieren. Optimale Bedingungen, um die hauchdünnen Mikrofilme und deren Einfluss auf den Gasaustausch zu untersuchen. In Kooperation mit Dr. Bernd Schneider vom Leibniz Institut für Ostseeforschung Warnemünde überprüft Wurl mit seinem Team im Aeolotron den CO2-Gehalt in der Luft und im Meerwasser bei unterschiedlichen Wind- und Wellenbedingungen und berechnet die Gasaufnahme durch das Meerwasser. Dabei schöpfen die Wissenschaftler organische Filme ab und untersuchen diese sowohl chemisch als auch mikrobiologisch. „Mit steigenden Anreicherungen von organischen Molekülen, hauptsächlich natürlichen Kohlenhydraten, Proteinen und Fettsäuren, fällt die Gasaustauschrate im Meerwasser“, berichtet Wurl. Erste Ergebnisse aus Heidelberg zeigen, dass bei typischen ozeanischen Windgeschwindigkeiten die dünnen Oberflächenfilme bestehen bleiben und den Gasaustausch somit beeinflussen. Ein Aspekt, der in herkömmlichen Klimavorhersagen bisher vernachlässigt wird. „Wir können jetzt schon sagen, dass der Austausch von klimarelevanten Gasen aus globaler Sicht deutlicher durch die Oberflächenfilme beeinflusst wird als bisher vermutet“, so der Meereswissenschaftler.


 

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Arbeitsgruppe Meeresoberflächen

Kontakt

Dr. Oliver Wurl
Institut für Chemie und Biologie des Meeres
Tel: 04421-77858011
oliver.wurl(at)uni-oldenburg.de