Es war einmal …

Als die Erde entstand, gab es noch keine Ozeane, sondern nur einen heißen Gesteinsball, der im Weltall kreiste. Das ganze Wasser, das heute auf dem Planeten vorkommt, befand sich in einem gasförmigen Zustand, aus dem sich unsere Atmosphäre entwickelt hat. Erst nachdem die Erde stark abgekühlt war, kondensierte der Wasserdampf zu Wolken, und Regen fiel in die Gesteinsvertiefungen herab. Geologen gehen davon aus, dass es einen jahrhundertelangen Regenguss gegeben haben könnte (was mich irgendwie an Yorkshire erinnert), als sich die Urozeane gefüllt haben.

Ab diesem Zeitpunkt in der Entwicklung des Planeten hat nicht das Wasser, sondern das Land die Formen der Ozeane geprägt: Die Kontinente verschoben sich, das Klima veränderte sich. Vor 250 Millionen Jahren, als alle Kontinente noch eine riesige Landmasse bildeten (den Superkontinent Pangäa), gab es rund um die Küstenlinie folglich nur einen großen Ozean. Nach weiteren 50 Millionen Jahren begann Pangäa aufzubrechen, einzelne Meere mit unterschiedlichen Merkmalen entstanden; am bekanntesten darunter ist das Tethysmeer. Tethys spaltete den nördlichen Laurasia-Kontinent vom süd lichen Gondwana und bot neue ökologische Nischen, in denen sich das Leben kolonisieren konnte. Sedimente und Fossilien aus der Tethys geben uns einen guten Einblick in das, was auf der sich formenden Welt in jenem geologischen Zeitalter geschah. Als die Kontinente weiter auseinanderdrifteten, entstanden neue Meere, und mit der Zeit, vor ungefähr 65 Millionen Jahren, verschwand die mächtige Tethys wieder.

Erst in relativ junger geologischer Zeit sind die heutigen Ozeane entstanden. Die Kontinentalverschiebung verlangsamte sich, die Eiskappen an den Polen bildeten sich, und Strömungen begannen, verschiedene Wasserkörper miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen. Anhaltende Bewegungen der Landmassen haben relativ neue Meere geschaffen, wie das Mittelmeer, und auch im 21. Jahrhundert bewegen, verschieben und passen sich die Ozeane weiter an.

Eine Geschichte der Gezeiten

»Time and tide wait for no man« – so lautet eine bekannte englische Redewendung, die mir schon immer gut gefallen hat, besonders wegen ihrer ehrlichen Einfachheit bezüglich der Gezeiten. Lange bevor wir Uhren erfunden haben, hatte die Natur ihren eigenen Rhythmus und gaben die Jahreszeiten dem Jahr Farbe. Bis heute bilden Ebbe und Flut den konstant schlagenden Puls des Planeten.

Auf einer grundlegenden Ebene hat die Wissenschaft verstanden, wie die Gezeiten funktionieren: Bei Flut läuft Wasser zum Landinneren hin, bei Ebbe fließt es vom Land weg. Die Gezeiten verschlucken dabei die größten Strände, trocknen Häfen völlig aus und treiben Wasser durch die engsten Kanäle. Aber wie bewegt sich so viel Wasser auf einer globalen Skala?

Nun, die erste Antwort lautet normalerweise, dass Ebbe und Flut durch die Anziehungskraft des Mondes kontrolliert werden. Das stimmt jedoch nur zur Hälfte. Ebbe und Flut werden auch durch die Anziehungskraft der Sonne bestimmt, wobei Sonne und Mond eine ähnliche Kontrolle ausüben.

Wie Strandbesucher wissen, unterscheiden sich die Zeiten von Ebbe und Flut täglich, in der Regel um etwa 50 Minuten, je nach Ort. Mehr als das, an mancher Küste finden Ebbe und Flut zweimal täglich statt, an anderen nur einmal täglich, und bei wieder anderen variiert die Häufigkeit je nach der Zeit im Monat. Darüber hinaus kommt es zweimal im Monat zu Springtiden und Nipptiden. Springtiden treten auf, wenn Sonne und Mond in einer Reihe stehen, entweder auf gegenüberliegenden Seiten der Erde oder sich gegenseitig ergänzend auf derselben Seite. Die kombinierte Schwerkraftanziehung der Himmelskörper führt zu einem höheren Hochwasser und einem niedrigeren Niedrigwasser, von der Küste wird mehr Land eingenommen beziehungsweise freigelegt als sonst. Aber wenn Sonne und Mond von der Erde aus gesehen in einem 90-Grad-Winkel zueinander stehen, passiert das Gegenteil. Die Gravitationskraft ist beeinträchtigt, und das Ergebnis ist eine Nipptide, bei der sich wenig Wasser in eine Richtung bewegt.

Über Jahrtausende haben die Menschen die Gezeiten beobachtet und das Phänomen ziemlich gut verstanden. Viel bemerkenswerter ist aber die Art und Weise, wie Meerestiere in einem wunderbaren Einklang mit dem Rhythmus der Meere und synchron zu den Gezeiten leben.

Gezeitenrekord

Rund um den Globus finden täglich außergewöhnliche Gezeitenereignisse statt. Die Bay of Fundy in Kanada verzeichnet die höchste Flut auf dem Planeten und enthüllt während der Ebbe, die auf eine Springtide folgt, mehr als 26 Kilometer Küste. Das sind geschätzte 160 Milliarden Tonnen Meerwasser, die zweimal täglich in die Bucht ein- und auslaufen. Wissenschaftler schreiben das Phänomen der Topografie der Bucht zu, die die Wellenlängen der einfallenden Flut ergänzt, um einen Effekt zu erzeugen, der Tidenresonanz genannt wird.

Massive Wasserbewegungen wie diese bleiben Menschen und Tieren nicht verborgen; Gebiete mit großer Tidenbewegung weisen oft eine große Artenvielfalt auf. Für uns Menschen ist die Chance, die Kraft der Gezeiten zu nutzen, einfach zu verlockend, daher sind auf der ganzen Welt Gezeitensperrwerke gebaut worden, mit denen saubere, erneuerbare Energie hergestellt wird.

Im Gegensatz dazu gibt es Stellen rund um den Globus, wo die Anordnung der Kontinentalsockel und die lokale Topografie dazu führen, dass sehr wenig Tidenbewegung stattfindet, und an einigen Stellen fast gar nicht. Diese Stellen werden als amphidromische Punkte bezeichnet. Das heißt, es gibt hier keine Ebbe oder Flut, diese Stellen sind wie die Drehachse einer Wippe, die zwischen den Kontrasten stillsteht.

Die Meeresströmungen

Ein Blick auf eine Karte der Meeresströmungen offenbart ein ziemlich verblüffendes und kompliziertes System, ähnlich einem Uhrwerkmechanismus. Man kann genau sehen, in welche Richtungen das Wasser fließt, während es sich um die Landgebiete der Erde bewegt.

Die Hauptströmungen funktionieren einigermaßen einheitlich. Auf der nördlichen Halbkugel bewegen sich die Strömungen in Wirbeln (von engl. Gyre, »Meereswirbel«), die sich im Uhrzeigersinn bewegen; auf der südlichen Halbkugel bewegen sie sich gegen den Uhrzeigersinn. Dies ist auf die Corioliskraft zurückzuführen, ein Phänomen, das durch die Erdrotation entsteht und sich sowohl auf das Wasser als auch auf die aufkommenden Winde auswirkt. Wenn sich die Meeresströmungen durch die Ozeane bewegen, werden sie am Äquator erhitzt, in den höheren Breiten zerstreut sich ihre Wärme dann – und unser Wetter entsteht. Denken Sie an den Golfstrom. Diese Strömung startet im tropischen Golf von Mexiko und bewegt sich über den Atlantik in Richtung Großbritannien; sie bringt, dank der Hitze, die sie an ihrem karibischen Ursprung aufgenommen hat, die milden Winter und warmen Sommer mit, die ein Land in diesen Breitengraden sonst nicht hätte.

Wenn sich warmes Wasser vom Äquator wegbewegt, zieht es nährstoffreiches kaltes Wasser aus den dunklen Tiefen und/oder Polarregionen ein, was oft direkt zu einer Explosion des Lebens führt. Dieses Phänomen zeigt sich in Südamerika, wo die Planktonblüte und die damit einhergehende Explosion der Sardellenpopulation die Grundlage für eine ganze Ozean-Nahrungskette bis hin zu den Menschen bildet – und sie hat ihren Ursprung in den kalten Gewässern.

Es gibt nur eine Strömung, die alle Regeln zu brechen scheint: der antarktische Zirkumpolarstrom. Angetrieben von der Drehbewegung der Erde um die eigene Achse und den tosenden Winden und ohne ein Landgebiet, das sie stoppen könnte, bewegt sich diese Strömung in einer riesigen Dauerschleife um den Planeten. Sie gilt als das stärkste Strömungssystem der Weltmeere.

Drehen, drehen, drehen: die Corioliskraft

Meeresströmungen werden von vielen Faktoren beeinflusst – Wind, Temperatur, Landmassen –, aber auch von der Erdrotation. Und hier kommt die Corioliskraft ins Spiel. Es ist schwer zu erklären, wie sie funktioniert, aber sie ist wirklich wichtig.

Kurz zusammengefasst: Während die Erde sich um ihre eigene Achse dreht, müssten sich Objekte in der Nähe des Äquators schneller bewegen als Objekte, die näher an den Polen liegen, um eine einzige Drehung zu vollenden. Für eine einzelne Rotation müssen sie sich mehr bewegen als Objekte, die in größerer Entfernung vom Äquator liegen, wo der Rotationsabstand kürzer ist. Wassermoleküle sind dieser Kraft ständig unterworfen, und die Moleküle, die näher am Äquator sind, bewegen sich etwas schneller als die anderen. Diese minimalen Unterschiede führen dazu, dass sich eine Spirale bildet. Während dieser Effekt am Äquator sehr schwach ist, da die große Mehrheit der Wassermoleküle denselben Kräften unterworfen ist, erhöht sich der Effekt in Richtung der Pole.

Den größten Einfluss hat die Corioliskraft auf die Winde, das kann man anhand der Wettermuster sehen, wenn große Wolkenspiralen ganze Ozeane bedecken. Die Winde treiben die Ozeane in die den Planeten umspannenden Meereswirbel und Strömungen, auf die wir uns stützen für unsere Wettervorhersagen, bei der Seefahrt und beim Beschaffen und Erwirtschaften von Nahrung. Ohne die Corioliskraft und die Erdrotation wäre das Leben ziemlich öde: Die einzige große Wasserbewegung wäre der Kreislauf von heißem zu kaltem Wasser in einem sehr langweiligen Konvektionsstrom.

Brandungsrückströme: eine echte Zugkraft

Es kann Ihr Leben retten, wenn Sie wissen, wie man einen Brandungsrückstrom (auch Rippströmung genannt) erkennt. Brandungsrückströme sind gefährlich und kräftig. An einigen Stränden gibt es sie das ganze Jahr über, unter bestimmten Bedingungen können sie sich aber überall bilden.

Brandungsrückströme entstehen, wenn große Wellen und starke Winde in Richtung Strand ziehen. Sobald eine Welle gebrochen ist, will das Wasser ins Meer zurückrollen, aber hinter ihm drängen sich immer neue Wellen und versuchen, es zum Strand zurückzuzwingen. Also sucht sich das Wasser den Weg des geringsten Widerstandes zurück in den Ozean. An langen Sandstränden kann dieser Weg als eine sehr leichte Vertiefung im Sand beginnen und sich sehr schnell zu einem Graben entwickeln. Aus kleinen Wasserrinnen zwischen Steinen im Sand entstehen so reißende Rippströmungen.

Ein Brandungsrückstrom fließt zwar einfach ins Meer, um dort wieder im großen Ganzen aufzugehen, seine Geschwindigkeit und Stärke können einen Schwimmer jedoch sehr schnell ins tiefe Wasser hinausziehen. Einige Rippströmungen bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von acht Kilometern pro Stunde – schneller als jeder Mensch, der dagegen anschwimmen wollte. Wenn Sie also in eine solche Strömung geraten sollten, haben Sie zwei Möglichkeiten: Entweder sie lassen sich vom Wasser hinausziehen und signalisieren dann, dass Sie Hilfe brauchen, oder Sie schwimmen quer zur Strömung und parallel zum Strand, bis Sie in ruhigeres Wasser kommen und wieder zurück an Land schwimmen können.

Rippströmungen können schwer zu erkennen sein, daher ist es wichtig, sich vor Ort auszukennen oder auf Warntafeln zu achten. Wenn Sie im rechten Winkel zum Strand einen dünnen Streifen dunkles, ruhiges Wasser sehen, das weiße brechende Wellen durchschneidet, dann ist das eine Rippströmung.

Rein in den Wirbel

Wasserwirbel sind großartig, seien es die kleinen in der Badewanne, wenn man den Stöpsel zieht, oder die wilderen in der Natur. Ich hatte das Glück, die stärksten Wasserwirbel der Erde besichtigen zu können. In der Saltstraumen Flussenge in Norwegen drücken Strömungen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 40 Kilometern pro Stunde 400 Millionen Kubikliter Wasser durch eine Enge von nur 150 Metern und produzieren so den stärksten Gezeitenstrom der Welt und ein Wasserchaos, das seinem Namen gerecht wird: den Mahlstrom .

Die Entstehung von Wirbeln ist eigentlich ganz einfach. Sie sind das Zusammentreffen von zwei gegensätzlichen Strömungen, die, wenn sie einander passieren, interagieren und sich in einer Spirale nach unten drehen. Die Stärke des Wirbels oder des Zuges nach unten hängt von der Stärke der ursprünglichen Strömungen ab. Die meisten Strudel erreichen etwa eine Tiefe von einem Meter oder mehr; aber derjenige am Saltstraumen kann allein in seinem Kegel fünf Meter tief sein. In ihm heruntergezogen zu werden, würde für jeden Menschen den sicheren Tod bedeuten, aber Fischen scheinen große Strudel nichts auszumachen: Jeder kleine Fisch oder Planktonorganis mus, der nach unten gezogen wird, taucht unversehrt wieder auf, während größere ausgewachsene Fische den Wirbel einfach umgehen.

Noch genialer ist, dass Fische kleinere Strudel zur Nahrungsbeschaffung nutzen: Die Wirbelströme helfen ihnen, den Kraftaufwand beim Schwimmen zu minimieren, während sie sich so positionieren, dass sie schnell alle Nahrung, die der Wirbel bringt, vertilgen.

Baumausreißende Tsunamis

Tsunamis sind ein Lieblingsstoff von Katastrophenfilmen und eines der zerstörerischsten und erschreckendsten Naturereignisse, die man auf der Erde beobachten kann. Unvorhersehbar und unaufhaltsam erinnern sie uns immer wieder daran, dass wir nur Gäste auf diesem Planeten sind und nicht seine Herrscher.

Tsunamis treten hauptsächlich durch plötzliche Bewegungen der tektonischen Platten auf. Diese Unterwasserbeben verursachen eine massive Verschiebung der Wassersäule, wenn eine Erdplatte plötzlich unter einer anderen ruckelt, sie stößt und sie zwingt, sich zu heben. Das sendet einen enormen Energieruck ins Meer, und Wasser wird entweder nach oben oder nach unten verdrängt. An der Oberfläche, direkt über dem Epizentrum des Bebens, bildet sich eine einzelne Welle und strahlt in alle Richtungen aus. Zunächst muss diese Welle gar nicht sehr hoch sein, und die Wassersäule kann nur um weniger als einen Meter verschoben worden sein. Aber die gesamte Wassersäule bis zum Meeresboden ist betroffen, und all diese unglaubliche Energie bedeutet, dass die Welle sich mit 800 Kilometern pro Stunde oder noch schneller fortbewegen kann. Wenn der Tsunami sich dem Land nähert, nimmt seine Wellenhöhe drastisch zu, da die energiegeladenen Wassermoleküle sich übereinander türmen, und erreicht außergewöhnliche Höhen. Während die Wellenhöhe wächst, verkürzt sich die Wellenlänge, und die Geschwindigkeit nimmt ab – die Welle hat dann nur noch eine Geschwindigkeit von etwa 50 Kilometern pro Stunde.

Der Tsunami im Indischen Ozean im Jahr 2004 bildete Wellen von 30 Metern Höhe, aber das ist kein Vergleich zu der höchsten, die je aufgezeichnet wurde. Diese Ehre gebührt einem monströsen Mega tsunami aus dem Jahr 1958 in Alaska. Ein Erdbeben und ein Erdrutsch verursachten eine Welle von unglaublichen 525 Metern Höhe, die in die enge Lituya-Bucht getrieben wurde und die Landzunge zwischen Bucht und Ozean überrollte. Bäume und andere Vegetation wurden bis zu einer Höhe von 500 Metern über der üblichen Küstenlinie abgetragen.

Wellen im Sand

Was wäre ein Strand ohne die hypnotisierenden Wellenmuster (oder Rippelmarker), die man bei Ebbe im Sand sieht? Sie sind ein Artefakt der Wellen und Strömungen und können uns viel darüber erzählen, was physikalisch am Strand passiert.

Die Wellenformen bilden sich, indem die kreisförmige Bewegung von Wassermolekülen Sandpartikel vom Meeresboden mitreißt, die Partikel machen die oszillierende Wellenbewegung mit und werden dann wieder ziemlich genau dort abgelegt, wo sie ursprünglich gelegen haben. Wenn jedoch die Energie der Welle nicht einheitlich bleibt – und es ist sehr unwahrscheinlich, dass sie das tut, vor allem an der Küste –, dann macht der Sand keine vollständige Rundreise. Ein Sandpartikel, der schwerer ist als Wasser, erfordert eine bestimmte Menge an Wellenenergie, um aufgenommen und getragen zu werden; aber wenn die Welle, ob ausgehend oder eingehend, nicht die nötige Energie hat, um das Teilchen in Suspension zu halten, wird es fallen gelassen. Wiederholt sich dieser Prozess unzählige Male, ist das Ergebnis, dass die Mehrheit der Sandpartikel an die gleichen Stellen fallen gelassen wird, und das bildet Höcker – die Sandwellen. Der Abstand zwischen den Sandwellen zeigt die Wellenlänge der Energie zu jener bestimmten Zeit an.

Es kann viel komplizierter werden als das – aber ich überlasse den Rest den physikalischen Ozeanografen, weil sie Mathematik mehr mögen als ich.

Zarte Dünen

Die Physik hinter den Sanddünenformationen ist furchterregend! Und nur ein Blick auf die vielen verschiedenen Dünenarten, ganz zu schweigen von den Bedingungen, unter denen sie entstehen, würde jedem Laien großes Kopfweh bereiten. Aber Sanddünen sind ein wichtiger Teil der Küstenökosysteme, die dem Land einen lebensrettenden Schutz vor dem Meer bieten.

Eine auflandige Brise, die an einen Strand weht, nimmt Sand auf und treibt ihn von der Küste weg. Bei jedem Widerstand, auf den die Brise trifft, fällt etwas Sand ab und setzt sich ab, was wiederum dazu führt, dass sich immer mehr Sand über dem Sand absetzt. Nach einer gewissen Zeit bildet sich eine Sandbank, die noch instabil und anfällig für Verschiebung und Bewegung durch Wind und das lokale Klima ist. Aus diesem Sandhaufen wird erst eine echte Düne, wenn Pflanzen sie besiedeln und sie mit ihren tiefen Wurzeln und Verzweigungen stabilisieren. Nun ist Sand für die meisten Pflanzen aber kein idealer Nährboden. Er ist nicht nur weich und instabil, auch Regenwasser läuft sehr schnell von ihm und durch ihn ab. Diese Bedingungen scheinen den Strandhafer jedoch nicht zu stören, er ist oft der Pionier, der eine neue Dünenlandschaft kolonisiert. Die ersten Siedler müssen robust sein, da sie auch mit Salzspray aus dem nahen Meer zurechtkommen müssen. Aber gerade das Meer bringt auch etwas Nützliches: organische Materie wie Seetang, der, durch den Sturm abgerissen und angespült, auf den Dünen verrottet und so die Pflanzen düngt, die ums Überleben kämpfen.

Mit der Zeit werden Sanddünen immer stabiler, und weniger robuste Pflanzen können sich dank des Schutzes, der ihnen jetzt geboten wird, ausbreiten. Ein etabliertes Dünensystem hat zur Folge, dass die Auswirkungen von Landerosion reduziert werden, und es kann das Küstenland vor den Verwüstungen zukünftiger Sturmfluten schützen.

Von Pol zu Pol: das Wassermolekül

Wasser scheint etwas so Einfaches und dabei so Wichtiges zu sein. Es hat viele Eigenschaften, für die Chemiker und Physiker schwärmen; ich staune immer wieder über die Polarität des kleinen Moleküls, die es mit so wichtigen biologischen Fähigkeiten ausstattet. Wie kommt es dazu?

Um diese Frage zu beantworten, muss man sich näher mit H₂O auseinandersetzen. Das Sauerstoffatom, das an der Spitze des V-förmigen Wassermoleküls liegt, zieht so stark an den Elektronen des Moleküls, dass die zwei angehängten Wasserstoffatome keinen gerechten Anteil an den beiden Elektronenpaarbindungen haben. Durch die zusätzliche Zeit, die es mit negativen Elektronen verbringt, erhält das Sauerstoffatom eine negative Teilladung, während die Wasserstoffatome leicht positiv werden, da ihr positiver, protonenreicher Kern leicht exponiert wird. Das führt zu einem Wassermolekül mit positiven und negativen Polen.

Dies ist so wichtig, weil polare Substanzen gern Dinge auflösen. Alles, was Wassermolekülen in die Quere kommt und positive oder negative Ionen hat, wird mit ihnen interagieren und sich von der ursprünglichen Bindung lösen. Salz etwa – ein positives Natrium ion und ein negatives Chloridion, glücklich und verbunden, brechen auseinander und lösen sich auf, wenn sie auf Wasser stoßen. Und Chemikalien fangen erst richtig an, miteinander zu interagieren, wenn sie aufgelöst sind. Das war der Schlüsselmoment, der es dem Leben auf der Erde überhaupt ermöglicht hat, sich zu formen.

Man kann daher sagen: Die Interaktion und Bewegung der Chemikalien ist Leben – und ohne die Polarität des Wassers, die die Dinge hin und her schiebt, hätte es gar nicht erst angefangen.

Der Ozean als Gasschlucker

Das Leben bedient sich eines Grundprinzips: Wenn eine kohlenstoffaltige Substanz unter Zufuhr von Sauerstoff verbrennt, wird Energie erzeugt, und als Nebenprodukt entsteht Kohlenstoffdi - oxid. Diese einfache Regel spielt in den Ozeanen eine Rolle, denn gelöste Gase sind nicht nur wichtig, damit das biologische Leben lebt und atmet, sondern sie sind auch für das Klima des Planeten relevant.

Alle atmosphärischen Gase befinden sich in gelöster Form auch im Meerwasser. Die Vermischung geschieht an der Meeresoberfläche und wird durch die Effekte von Wellen und Wind unterstützt, angetrieben von Konzentrationsgradienten und kontrolliert durch Faktoren wie Salzgehalt und Temperatur. Warmes Salzwasser etwa kann nicht so viel gelösten Sauerstoff halten wie kühleres, frischeres Wasser. Dank der Strömungsbewegung können die an der Oberfläche ausgetauschten Gase nach unten in die Tiefen des Ozeans transportiert werden, während Auftriebe von unten tiefere Gewässer zurück an die Oberfläche bringen – das Ergebnis ist mehr chemische Interaktion. Es gibt aber auch Bereiche im Ozean, die als Sauerstoffminimumzonen bezeichnet werden; in der Regel liegen sie zwischen 200 und 1000 Metern Tiefe. Wo restriktive Strömungen vorkommen und geatmet wird, also organisches Leben existiert, wird der Sauerstoff aufgebraucht und kann nicht durch Vermischen regeneriert werden. Das Leben ist in diesen Gebieten eingeschränkt, obwohl sie nicht ganz unfruchtbar sind, da einige Lebewesen sich darauf eingestellt haben, mit den niedrigen Sauerstoffwerten auszukommen.

In der Diskussion über wässrige Gase erhält das Kohlenstoffdioxid (CO₂) derzeit die meiste Aufmerksamkeit. Zunächst einmal löst es sich sehr schnell im Meerwasser auf und bildet Kohlensäure. Der Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre hat dazu geführt, dass sich immer mehr CO₂ in den Meeren auflöst und sie saurer macht und dadurch dem Leben in den Ozeanen großen Schaden zufügt. Aber es gibt auch eine Grenze dafür, wie viel CO₂ die Meere absorbieren können. Wenn diese Grenze einmal erreicht ist und sich immer weniger Kohlenstoffdioxid im Ozean auflöst, steigt die CO₂-Menge in der Atmosphäre sprunghaft an. Das Ergebnis wäre ein erheblicher Klimawandel für uns alle.

Eine salzige Geschichte

Das Meer ist salzig, das weiß jeder. Aber die Meere sind nicht einheitlich salzig – sie variieren in ihrem Salzgehalt, je nach der globalen Position, den Strömungen, Gezeiten und Landgebieten. Das Mittelmeer etwa hat einen Salzgehalt von 3,8 Prozent, während das Meerwasser um Großbritannien auf einen Durchschnitt von 3,5 Prozent kommt. Näher an den Polen, wo Schmelzwasser die Salzkonzentration des Wassers verdünnt und wegen der niedrigen Temperaturen weniger Verdunstung stattfindet, ist der Anteil sogar noch niedriger, er liegt bei etwa 3,3 Prozent.

Unterschiedliche Salzgehalte sind eine Herausforderung für Fische und andere Meereslebewesen. Salz zieht Wassermoleküle durch den Prozess der Osmose an, und Wasser kann problemlos die meisten biologischen Grenzen passieren. Meeresbewohner mit niedrigen biologischen Barrieren wie etwa Kiemen würden schnell Wasser aus ihren Zellen an das umgebende salzige Meer verlieren, es sei denn, sie haben einen klugen Weg gefunden, um mit dem Problem umzugehen. Und zum Glück haben sie das. Fische zum Beispiel haben spezielle Zellen, die aktiv Salz aufnehmen und es im Körper bewegen, um so viel Wasser wie möglich im Körper zu behalten. Das kostet das Tier zwar viel Energie, aber so können Fische einen stabilen inneren Salzgehalt aufrechterhalten, der ihnen eine größere Bewegungsfreiheit in den Ozeanen gibt. Im Gegensatz dazu können wirbellose Tiere wie Garnelen oder Tintenfische ihre inneren Salzkonzentrationen nicht anpassen, also müssen sie damit leben, dass sich die Salzkonzentration des Wassers, in dem sie schwimmen, in ihren Körpern spiegelt. Während sie dadurch fürs einfache Überleben weniger Energie aufwenden, sind sie aber sehr anfällig für schnelle Veränderungen des Salzgehaltes; diese können für sie lebensbedrohlich sein. Wenn ein Tier sich an die Salzkonzentration eines Wasserkörpers gewöhnt hat und zu schnell zu einer anderen Salzkonzentration wechselt, kann es dabei leicht umkommen. So spielen diese unsichtbaren Salinitätsbarrieren eine wichtige Rolle für die Vielfalt vieler ozeanischer Ökosysteme.

Zusammenfassend kann man sagen, dass Salz die allererste Hürde ist, die die Evolution überwinden musste, damit das Leben gedeiht, und die Art, wie Meerestiere mit Salz umgehen, beeinflusst ihre Reproduktion, Ernährung, die Wahl ihres Habitats und ihre Lebenszyklen.

Die Grenze zwischen warm und kalt: Thermokline

Die Temperaturverhältnisse der Ozeane scheinen ziemlich unkompliziert zu sein. Jeder, der in Cornwall ins Meer geht, weiß, dass das Wasser nicht so warm sein wird wie auf Bali (weshalb die Weisen unter uns einen Neoprenanzug anziehen, bevor sie sich in britische Gewässer begeben). Interessanter und biologisch sicherlich wichtiger als die Launen von Urlaubern ist das Phänomen der Thermokline.

Wenn die Sonne auf die Ozeane scheint, wird ihre Wärmeenergie ans Wasser übertragen. Doch die Sonnenstrahlen der Sonne dringen nur so weit ein, dass sie die Wasseroberfläche gleichmäßig wärmen, das tiefere Wasser darunter bleibt kalt. Diese klare Schranke zwischen dem kälteren und dem wärmeren Wasser wird als Thermokline bezeichnet und hat erhebliche Auswirkungen auf die Meereswelt.

Da das warme Wasser an der Oberfläche immer wieder von den Sonnenstrahlen durchflutet und durch Oberflächenwellen gemischt wird, neigt es dazu, keine lebenswichtigen Nährstoffe mehr zu enthalten. Im Gegensatz dazu sind die kalten, ruhigen, tiefen Gewässer voller wichtiger Stoffe. In welcher Tiefe sich die Thermokline befindet, kann von Jahr zu Jahr und zwischen verschiedenen Regionen variieren. Dennoch erlauben die Gesetze der Physik, unabhängig von der Tiefe der Thermokline, nicht, dass das kalte, dichte Wasser in das wärmere, leichtere Wasser darüber gelangt, sodass Thermoklinen relativ stabil bleiben. Eine Thermokline wird erst durchbrochen, wenn sich Sonnenlichtmenge und Energie, die an die Oberfläche abgegeben werden, verschieben – für gewöhnlich geschieht dies in Form saisonaler Stürme.

Zeiten der Stagnation: El Niño

Von dem Wetterphänomen El Niño hat in den letzten Jahren sicherlich jeder schon einmal gehört. Klimawandelleugner haben ihn einst als Grund für unser sich veränderndes Wetter angegeben, er ist aber eine periodische Anomalie, und seine Effekte werden infolge des vom Menschen verursachten Klimawandels immer stärker.

Im südlichen Pazifik wird das am Äquator erwärmte Wasser in der Regel von Passatwinden von der südamerikanischen Westküste über den Pazifik in Richtung Indonesien, Südostasien und Australien transportiert. Als Folge treten reiche und tiefe Kaltwasserauftriebe vor der Küste Perus und Chiles auf, steigen an die Oberfläche und bewirken ein riesiges Erblühen der Artenvielfalt, insbesondere eine Explosion der Sardellenpopulation. Aber in El-Niño-Jahren schwächen sich die Passatwinde ab, und das heiße Oberflächenwasser wird nicht über den Ozean transportiert, es stagniert stattdessen vor der Küste und verhindert, dass das nährstoffreiche kalte Wasser an die Oberfläche gelangt.

Ein großer stagnierender Warmwasserbereich am Äquator ist für das weltweite Klima nicht förderlich. Wenn sich die heiße, feuchte Luft nicht über den Pazifik bewegt, kann es zu deutlich reduziertem Regen in Regionen wie Australien und zu Dürre in vielen Teilen Südostasiens kommen. Auswirkungen gibt es auch für das Leben im Meer. Gibt es keine Explosion der Sardellenpopulation, müssen viele Seevögel, aber auch Thunfische und andere Meeresraubtiere weitere Strecken zurücklegen, um Stellen zu finden, wo ein wenig kaltes Wasser es an die Oberfläche geschafft hat. Fischbestände sind dezimiert, und in Ländern wie Peru, wo die Fischerei eine Schlüsselindustrie ist, kann es zu ernsten wirtschaftlichen Schäden kommen.

El-Niño-Ereignisse laufen schließlich aus, und das übliche Muster von Ost-West-Passatwinden etabliert sich wieder. Die Ozeane befinden sich heutzutage jedoch in einem solch fragilen Zustand, dass El-Niño-Episoden das Potenzial haben, viel mehr Schaden anzurichten als früher, und ihre Häufigkeit kann zunehmen.

Kohlenstoffsenken und Klimastress

Auch wenn wir alle Bäume auf der Erde verbrennen würden, wäre das nicht das Ende von allem. Es wird geschätzt, dass bis zu 85 Prozent des weltweiten Sauerstoffes nicht von den Bäumen stammt, sondern aus dem Meer. Die Ozeane kontrollieren unser Klima, und wir täten gut daran, uns zu erinnern, wie sie es tun.

Erstens: Winziges sauerstoffproduzierendes Phytoplankton bedeckt eine viel größere Oberfläche des Globus als die Wälder. Obwohl Pflanzen tagsüber Sauerstoff erzeugen, verbrauchen sie nachts viel davon, wenn sie keine Fotosynthese betreiben können. Phytoplankton kann Fotosynthese in der Nacht betreiben und dadurch manchmal rund um die Uhr Sauerstoff produzieren.

Zweitens: Die Meere agieren auch wie eine lebenswichtige Kohlenstoffsenke. Sie transportieren Kohlenstoffdioxid in Form toter Planktonteile zum Meeresboden, und durch die molekulare Natur des Meerwassers, das aktiv CO₂ absorbiert, wird es in Kohlensäure umgewandelt.

Aber es gibt Grenzen, und leider belasten wir unsere Ozeane zu sehr. Es werden immer mehr Treibhausgase produziert, und der Ozean erreicht einen Sättigungspunkt. Wenn die Polkappen noch stärker schmelzen, werden die Folgen nicht nur ein steigender Meeresspiegel, das Überfluten tief liegender Inseln und überschwemmte Küsten sein; das Einströmen von Süßwasser könnte leicht die lebenswichtigen Strömungen stören – und dadurch unser Wetter.

Und da ist der Haken. Diese Strömungen bewegen normalerweise heißes Wasser weg vom Äquator und zu den höheren Breiten, wo es Küstenlinien erwärmen oder zu lebensspendendem Regen verdunsten kann. Aber die globale Erwärmung könnte tatsächlich dazu führen, dass Gebiete höherer Breitengrade, wie Großbritannien, kälter werden anstatt wärmer, wenn Strömungen unterbrochen werden und warmes Wasser rund um den Äquator stagniert.

Wenn wenig Salz schlecht ist: Halokline

So wie eine Thermokline eine Schranke zwischen Gewässern deutlich unterschiedlicher Temperaturen ist, ist eine Halokline eine Schranke zwischen Wasserkörpern mit zwei verschiedenen Salinitäten. Salziges Wasser ist schwer und neigt dazu, zu sinken, weniger salzhaltiges Wasser hat eine geringere Dichte und steigt daher an die Oberfläche. Dies ist besonders wichtig für die Gewässer um die Pole, wo das kältere, weniger salzige Wasser über dem wärmeren, salzigen Wasser liegt. Die Halokline hilft, diese Teilung aufrechtzuerhalten, und das ist gut so. Aus kälterem, weniger salzhaltigem Wasser kann sich viel leichter Meereis bilden, als wenn es mit dem salzigeren Wasser aus der Tiefe gemischt wäre.

Weniger salzhaltiges Wasser schafft es nicht immer nach oben. Manchmal interagieren eine Thermokline und eine Halokline, wenn etwa Oberflächenwasser in den Tropen durch die Sonne erhitzt wird, stärker verdunstet und salziger wird als das Wasser darunter. Dieser Prozess hält nicht lange an. Kleine Bereiche von erhitztem Salzwasser können zu salzig werden und eine zu hohe Dichte erreichen; sie sinken durch die Thermokline und werden durch weniger salziges, kühleres Wasser von unten ersetzt.

Haloklinen können besonders schwierig zu überwindende Schranken für Fische sein, da der plötzliche Wechsel von einem Salzgehalt zum anderen einen extremen physiologischen Prozess für jedes Meereslebewesen darstellt. Zum einen sind da die niedrigeren Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff in salzhaltigem Wasser. Es ist nicht überraschend, dass in Bereichen, in denen Haloklinen verbreitet sind – wie in Fjorden und Flussmündungen –, Fische und wirbellose Tiere, die sie sich zu ihrem Habitat machen, oft sehr robust und spezialisiert sind. Haloklinen können aber auch vielfältig und einzigartig sein, was zu einigen erstaunlichen Anpassungen führt.

Ein sterbendes Meer

Im Nahen Osten, auf der Grenze von Israel, dem Westjordanland und Jordanien, befindet sich eines der seltsamsten Gewässer der Erde: das Tote Meer. Es ist 300 Meter tief, und sein Wasserspiegel liegt etwa 430 Meter unter dem Meeresspiegel. Dieses Meer ist zehnmal salziger als der Ozean und hat eine viel höhere Dichte als normales Meerwasser. Im Toten Meer zu schwimmen, ist beliebt, vor allem, weil man es gar nicht erst versuchen muss … man legt sich einfach zurück und schwebt, das sehr salzige Wasser trägt einen. Unnötig zu sagen, dass solche Bedingungen für das Leben unmöglich sind und es keinerlei große vielzellige Lebewesen in diesem Wasser gibt. Kleine Bakterienblüten kommen vor wie auch salzliebende Rotalgen, nachdem es regnet und die hohe Salzkonzentration ein wenig fällt.

Es gibt viele Theorien darüber, wie das Tote Meer entstanden ist. Manche gehen davon aus, es sei einst mit dem Roten Meer oder den Grabenseen Afrikas verbunden gewesen; andere denken, es sei ein Überlauf aus dem Mittelmeer, der abgeschnitten wurde, als die Landmassen stiegen. Sobald das Tote Meer jedenfalls isoliert war, begann es zu versiegen. Dieser Prozess kam in ein Gleichgewicht durch einen Wasserzufluss aus dem Jordan. Nun scheint es aber sicher, dass das Tote Meer schwindet. Schon seit den 1930er-Jahren, als regelmäßige Messungen und Studien durchgeführt wurden, hat sich seine Fläche um 400 Quadratkilometer verkleinert. Dieses Austrocknen wird darauf zurückgeführt, dass Flüsse umgelenkt wurden und der Aufstieg von Grundwasser abgenommen hat – beide Phänomene sind vom Menschen verursacht. Das Tote Meer befindet sich in ernster Gefahr, vollständig auszutrocknen.

Leben an der Mündung

Die Grenze zwischen Süßwasser und Salzwasser ist schwer zu überwinden, nicht viele Fische können auf beiden Seiten leben. Es gibt jedoch einige Arten, die die Gegenden nutzen, wo süßes und salziges Wasser sich mischen. Ein solcher klassischer Fall sind Flussmündungen.

In der Gezeitenmündung eines Flusses findet eine ständige Verschiebung und Vermischung von Süß- und Salzwasser statt, je nach den örtlichen Umweltbedingungen und der Gezeitenposition. Diese Variabilität erfordert, dass die Tiere, Pflanzen und Algen, die sich hier niedergelassen haben, sehr tolerant sind gegenüber dem sich ständig verändernden Salzgehalt. Trotzdem bleiben für wenige Was serorganismen deutliche biologische Barrieren bestehen, da wenige Arten die gesamte Salinitätspalette überspannen können. Was eine Flussmündung so produktiv macht, ist die Nahrungsversorgung. Ebbe und Flut bringen regelmäßig frische Nährstoffe und organisches Material, während mit dem Süßwasser Sedimente, Geröll und Chemikalien einfließen, deren Eigenschaften sich im Meerwasser ändern und die für ganz andere Arten von Kriechtieren zugänglich werden.

Flussmündungen sind oft gut geschützt, weil sich die Flüsse ihren Weg durch viel Gestein geschnitten haben, um den Ozean zu erreichen. So sind die Tiere, die sich hier angesiedelt haben, oft vor den Wellen und den raueren Bedingungen des offenen Ozeans geschützt. Das Beste aus diesen Gewässern machen oft die wirbellosen Tiere, wie die grüne Küstenkrabbe und verschiedene Arten von Würmern, die sich zum Teil filtrierend ernähren. Diese Fülle zieht Raubtiere an, sowohl über als auch unter Wasser. Watvögel wie Austernfischer und Brachvögel haben perfekt entwickelte Schnäbel, um die schmackhafte Welt unter den Sedimenten zu erreichen, und Fische wie Scholle und Lippfisch können bei Flut auch die seichten Gewässer erreichen und dort jagen.

Sehnsucht nach den Fjorden

Es gibt viele wirklich wundervolle und einzigartige Lebenswelten in den Meeren, und jede folgt eigenen biologischen Regeln. Aber wenn es um jene Bereiche geht, in denen das Meer aufs Land trifft, gibt es so viel mehr Lebensräume als nur Strände.

Fjorde etwa sind faszinierende Ökosysteme an bestimmten Küstenlinien rund um die Welt. Ein Fjord ist eine schmale Bucht, umrandet von Klippen, die durch eine Gletschererosion entstanden ist Fjorde findet man tendenziell dort, wo es Gletscher gab oder immer noch gibt – Norwegen, Island und Neuseeland sind für ihre Fjorde berühmt.

Normalerweise mündet ein Fluss oder Bach am Landende in den Fjord, vielleicht stammt er sogar von den Resten des Gletschers, der ihn gebildet hat. Im Winter tendiert der Zufluss von Süßwasser dazu, einzufrieren, und der Fjord wird vollständig salzig; aber im Sommer besteht in einem Fjord mit dem schnell fließenden Schmelz wasser oft ein Mündungsgewässerzustand mit Haloklinen, die sich zwischen den Wasserkörpern bilden. An dem zum Meer führenden Ende eines Fjordes gibt es oft eine Verengung des Einlasses und eine Schwelle oder eine Ablagerung von Steinen und Moränen, die zurückgelassen wurden, als der Gletscher sich nicht weiterbewegen konnte. Dies ist ein Engpass, der oft zu extrem tiefen Rinnen im eigentlichen Fjord führt, und manchmal erzeugt die Gezeiten strömung unter solchen speziellen Bedingungen ziemlich extreme Effekte wie Wirbel.

Die Umschichtung von kaltem, reichhaltigem Wasser und die typischen tiefen und geschützten Fjordlandschaften führen zu einer großen Biodiversität: Hier wachsen viele Arten von Seegras, die Unterwasserfelsen sind bevölkert von sessilen Filtrierern wie Seeanemonen, und unter den Fischen dominieren Kabeljau, Pollack und Heilbutt die Fjorde.

Die weißen Coccolithen-Klippen

Man vergisst leicht, dass die Felsen, über die wir gehen und auf die wir unsere Häuser bauen, einst, vor Äonen, also vor mehreren Hundert Millionen Jahren, im Meer lagen. Noch unvorstellbarer ist, dass die berühmten Kreidefelsen von Dover einst nicht nur im Meer lagen, sondern sogar Organismen des Meeres waren.

Die Klippen sind weiß, da sie aus Kreide bestehen, einem Mineral, das von der Anhäufung von Billionen von mikroskopisch-kleinen planktonischen Coccolithophoriden (Kalkflagellaten) stammt. Sie sind eine Art Phytoplankton und haben, wie ihre Fotosynthese erzeugenden Verwandten, eine schützende Schale, also ein Außenskelett (Exoskelett), das aus Kalkplättchen besteht. Diese Plättchen (Coccolithen) sehen aus wie ein Teesieb, sodass Wasser und lebenswichtige Chemikalien Zugang zu der Zelle unter der Schutzschicht haben. Die Coccolithen bestehen aus Kalziumkarbonat, das aus dem Meerwasser gewonnen und vom Organismus geformt wird.

Wenn der einzellige Organismus wächst und sich teilt, fallen die Coccolithen auf den Meeresboden, oder die Zelle selbst stirbt und nimmt alles mit auf die Einwegreise. In jedem Fall gibt es im Meer einen ständigen Regen dieser auf Kalzium basierenden Teilchen. Mit genügend Zeit – und sie brauchen verdammt lange, da jedes einen Durchschnitt von nur knapp einem zehntel Millimeter hat – können diese Ablagerungen eine dicke Schicht bilden. Mit noch mehr Zeit und ein wenig Druck durch schwerere Sedimente, die sich über sie legen, ist das Ergebnis Kalkstein.

Im Fall der Kreidefelsen von Dover begann dieser Prozess zu der Zeit, als Dinosaurier über die Erde streiften. Zu dem Zeitpunkt, als sich die Alpen gebildet haben, wurden sie an die Oberfläche gedrückt. Die Vorstellung, dass Mikroalgen, die gerade im Ozean schweben, das Festland der Zukunft erschaffen, finde ich immer wieder faszinierend.