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Dichtemessung Dichtemessung in der Ozeanographie

Autor / Redakteur: Barbara Laky* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Woher kommt das Meer? Wie kommt das Salz ins Meer? Wie beeinflusst das Meer das Klima? Und wieso kann das Salz etwas darüber aussagen? Lesen Sie mit welchen Methoden solche Fragen am IOW, einem außeruniversitären deutschen Forschungsinstitut, beantwortet werden und welche Rolle die Dichtemessung dabei spielt.

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1 Durch zahlreiche Forschungsfahrten versuchen die IOW-Wissenschaftler, Fragestellungen der Ozeanographie zu beantworten. Bilder: Anton Paar
1 Durch zahlreiche Forschungsfahrten versuchen die IOW-Wissenschaftler, Fragestellungen der Ozeanographie zu beantworten. Bilder: Anton Paar
( Archiv: Vogel Business Media )

Das „Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde“ (IOW) in der Nähe von Rostock widmet sich der interdisziplinären Meeresforschung in Küsten- und Randmeeren. Die Wissenschaftler dort erforschen u.a. das Ökosystem der Ostsee. Die Seewasseranomalien sind für die Ozeanographen ein bedeutender Forschungsschwerpunkt, weil im Fall einer Anomalie bestimmte Parameter durch die üblichen Messverfahren nicht erfasst werden können, aber in der Forschung keinesfalls vernachlässigt werden dürfen. In bestimmten Meeresregionen verändern gelöste Substanzen (wie Silikate) die Dichte, aber nicht die Leitfähigkeit des Meerwassers. Bisher wurden über die Leitfähigkeit der Salzgehalt und dann mit einer entsprechenden Formel aus dem Salzgehalt, der Temperatur und dem Druck die Dichte des Meerwassers ermittelt. So veröffentlichte IOW in einem Bericht 1999: „Nachdem die Leitfähigkeitsmessung nur Ladungsträger detektiert und organische Stoffe wie undissoziierte Salze nicht erfasst, ist die aus dem Salzgehalt berechnete Dichte im Vergleich zur tatsächlichen Dichte zu gering.“

Wohin wandert die Wärme in den Weltmeeren?

Das IOW ist mit solchen Anomalien besonders häufig konfrontiert. In Gebieten, wo der Wasseraustausch gemindert ist, wie in der Ostsee, der nördlichen Adria, dem nördlichen Roten Meer oder dem Tiefenwasser in der Bering See, können die Zusammensetzung des Meerwassers und der Salzgehalt beträchtlich von denen im freien Ozean abweichen. Aus Messergebnissen wie dem tatsächlichen Salzgehalt und der tatsächlichen Dichte werden wertvolle Aussagen über Meeresströmungen und letztlich das Erdklima abgeleitet. Prof. Rainer Feistel, Wissenschaftler am IOW, nennt als bekanntes Beispiel für einen Klimagiganten den Golfstrom, den er als Wärmepumpe bezeichnet, und erklärt das allgemeine Prinzip: „Der Wärmetransport erfolgt durch die Bewegung des Wassers, bewirkt durch Wind an der Oberfläche und durch Druckgradienten in tieferen Wasserschichten.“ Die Druckgradienten entstehen einerseits durch unterschiedliche Temperaturen, andererseits durch den Salzgehalt. Die räumliche Verteilung des Salzgehalts und somit der Dichte der Ozeane spielt im Weltklimageschehen eine große Rolle.

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Das ideale Meer ist nicht die einzige Wahrheit

Seit 1980 verwendeten Meeresforscher einheitliche Gleichungen zur Berechnung von Temperatur und Dichte in Abhängigkeit vom Salzgehalt (EOS 80). Mittlerweile gibt es mit TEOS-10 ein neues, anerkanntes Modell, das ideales Meerwasser über thermodynamische Gleichungen beschreibt. In TEOS-10 spielt die Dichtemessung eine tragende Rolle und Anomalien werden als Abweichung beschrieben, was in der Vergangenheit – ohne einheitliche Meerwasserbeschreibung – nicht möglich war. Für die Ozeanographie sind hier Messgeräte nötig, die eine Unsicherheit von nur rund 0,001 kg/m3 (relativ 1 x 10-6) erreichen. Aus diesem Grund hat das IOW im Rahmen ihrer Untersuchungen zum Einfluss von Seewasseranomalien das Dichtemessgerät DMA 5000 von Anton Paar ausgewählt.

Mittlerweile ist auch das neue DMA 5000 Generation M auf dem Forschungsschiff und im Labor des IOW im Einsatz. Das Präzisionsgerät arbeitet auch unter widrigsten Bedingungen am Schiff einwandfrei, einfach und schnell, heben die Wissenschaftler die Vorteile hervor. Kräftige Schiffsbewegungen und raue klimatische Bedingungen können dem DMA 5000 M nichts anhaben. Hiermit gelingt es den Ozeanograhpen immer wieder, neue Erkenntnisse rund um die komplizierten Zusammenhänge im Ökosystem des Meeres zu entdecken.

*B. Laky, Anton Paar GmbH, 8045 Graz-Straßgang/Österreich

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