Golfstrom
Der Golfstrom ist zusammen mit seiner nördlichen Verlängerung, der Nordatlantikdrift, eine warme und schnelle atlantische Meeresströmung, die ihren Ursprung im Golf von Mexiko hat und durch die Straße von Florida und entlang der Ostküste der Vereinigten Staaten fließt, bevor sie in der Nähe des 36. Breitengrades (North Carolina) nach Osten abdreht und als Nordatlantikstrom nach Nordwesteuropa zieht. Der Prozess der westlichen Intensivierung führt dazu, dass der Golfstrom vor der Ostküste Nordamerikas zu einer nach Norden beschleunigten Strömung wird. Bei etwa 40°0′N 30°0′W / 40.000°N 30.000°Wteilt er sich in zwei Teile, wobei der nördliche Strom, die Nordatlantikdrift, nach Nordeuropa fließt und der südliche Strom, der Kanarenstrom, vor Westafrika zirkuliert. ⓘ
Der Golfstrom beeinflusst das Klima der Küstengebiete an der Ostküste der Vereinigten Staaten von Florida bis Südost-Virginia (in der Nähe des 36. nördlichen Breitengrades) und in größerem Maße auch das Klima in Nordwesteuropa. Es besteht Einigkeit darüber, dass das Klima in Nordwesteuropa zumindest teilweise aufgrund des starken Nordatlantikstroms wärmer ist als in anderen Gebieten ähnlicher Breitengrade. Er ist Teil des Nordatlantikwirbels. Seine Anwesenheit hat zur Entwicklung starker Wirbelstürme aller Art geführt, sowohl in der Atmosphäre als auch im Ozean. ⓘ
Der Golfstrom ist eine schnell fließende Meeresströmung im Atlantik. Er ist Teil eines globalen maritimen Strömungssystems, das oft als globales Förderband bezeichnet wird. In Richtung Europa wird der Golfstrom zum Nordatlantikstrom. Er ist Teil der westlichen Randströmung und beeinflusst das Klima in Nordeuropa. ⓘ
Der Golfstrom befördert etwa 30 Millionen Kubikmeter Wasser pro Sekunde (30 Sv) am Floridastrom, bei einer Geschwindigkeit von 1,8 Meter pro Sekunde, und maximal 150 Millionen Kubikmeter Wasser pro Sekunde (150 Sv) bei 55° West. Das ist mehr als einhundertmal so viel Wasser, wie über alle Flüsse der Welt zusammen ins Meer fließt. Er transportiert etwa 1,5 Petawatt Leistung. Dies entspricht der elektrischen Leistung von ungefähr einer Million der größten Kernkraftwerksblöcke. ⓘ
Der Name Golfstrom wurde von Benjamin Franklin geprägt und bezieht sich auf den Golf von Mexiko. Früher wurde er auch „Floridastrom“ genannt, auf den Karten des 16. und 17. Jahrhunderts heißt die Straße von Florida Canal de Bahama. ⓘ
Erforschung
Die erste Erwähnung durch Europäer erfolgte 1513 durch den spanischen Konquistador Juan Ponce de León, der auf der Suche nach Beute in den Golfstrom geriet, der ihn nach eigenen Worten schneller als der Wind bewegte. Die Spanier widmeten diesem aber keine große Aufmerksamkeit, obwohl sich die Kenntnis über den Golfstrom bald unter Kapitänen verbreitete, da er die Verbindung von Europa zu den amerikanischen Kolonien erheblich vereinfachte. ⓘ
Die erste Karte des Golfstroms und dessen erste wissenschaftliche Untersuchung stammt von Benjamin Franklin aus dem Jahr 1775. Dabei folgte er Angaben von Walfängern, die Walen folgten, die den Golfstrom für die Fortbewegung nutzten. Franklin wurde 1768 in London, wo er als stellvertretender Postmeister für den Transport der Post von England in die amerikanischen Kolonien zuständig war, von seinem Cousin Timothy Folger, ein ehemaliger Walfänger und Kapitän eines Handelsschiffs, über den Golfstrom informiert. Die Walfänger mussten den Walen – Pottwale und Buckelwale, die wiederum dem vermehrten Nahrungsangebot durch die Verwirbelungen mit nährstoffreichem kaltem Tiefseewasser am Rand des Golfstroms folgten und den Golfstrom für die schnellere Fortbewegung nutzten – in die Strömung folgen, um diese noch zu erreichen und suchten auch gezielt nach den Walen am Rand des Golfstroms oder in diesem. Folger selbst war verwundert, warum der Strom den Briten damals anscheinend nicht bekannt war. Franklin empfahl den Postschiffen den Golfstrom zu nutzen und so die Fahrt um rund eine Woche zu verkürzen. ⓘ
1969 unternahm das Tauchboot Ben Franklin (PX-15) unter Jacques Piccard als Projektleiter eine vierwöchige Driftfahrt im Golfstrom, während der die sechsköpfige Besatzung auf sich allein gestellt war. Das Boot tauchte vor Florida unter und legte 2400 km bis vor Neuschottland zurück. Das Boot trieb auf festgelegter Tiefe im Golfstrom und entdeckte dabei unter anderem Tiefenwellen, die im Randbereich der Strömung zu kälterem Wasser durch Reibung entstanden und das Boot mit Amplituden von rund 60 m auf und ab bewegten. ⓘ
2005 sorgte ein Aufsatz des britischen Ozeanographen Harry Bryden für Aufsehen, der eine starke Abschwächung des atlantischen Teils des globalen Förderbands postulierte. Messungen der Strömung im Bereich der Labradorsee und östlich der Karibik unter Federführung des Kieler IFM-Geomar konnten Brydens Schlussfolgerungen jedoch nicht unterstützen. Zwar stellten auch die Kieler Forscher ganz erhebliche Schwankungen fest, jedoch könne man aus diesen keine langzeitigen Trends ableiten. ⓘ
Regelmäßig tauchten in den Medien Meldungen auf, dass der Golfstrom schwächele und Europa dadurch im schlechtesten Fall eine neue Eiszeit erleben werde, wie es der Kinofilm The Day After Tomorrow 2004 thematisierte. Dabei werden allerdings Golfstrom und der nordatlantische Teil des globalen Förderbands miteinander verwechselt. ⓘ
Die Hypothese, wonach der Golfstrom eine wichtige Wärmequelle für Europa darstellt, wurde 1855 in einem ozeanographischen Buch des Marineoffiziers und Hydrografen Matthew Fontaine Maury aufgestellt. Sie hält sich seitdem wie ein Mythos unter der Metapher „Europas Zentralheizung“. Wie der Klimaforscher Richard Seager vom Lamont-Doherty Earth Observatory 2002 in einer detaillierten Studie ausführlich darstellte, ist der tatsächliche direkte Einfluss des eigentlichen Golfstroms auf das europäische Klima jedoch eher minimal, vergleicht man ihn mit dem Einfluss von Luftströmungen und lokaler ozeanischer Wärmekapazität. Anders verhält es sich mit dem Nordatlantikstrom, der durch den Golfstrom gespeist wird (siehe unten). ⓘ
Benjamin Franklin interessierte sich für die Zirkulationsmuster des Nordatlantiks. Als er 1768 in England weilte, hörte Franklin von der kolonialen Zollbehörde eine seltsame Beschwerde: Warum brauchten britische Pakete mehrere Wochen länger, um New York von England aus zu erreichen, als ein durchschnittliches amerikanisches Handelsschiff, um Newport, Rhode Island, zu erreichen, obwohl die Handelsschiffe von London aus starteten und die Themse und dann den Ärmelkanal entlang fahren mussten, bevor sie den Atlantik überquerten, während die Pakete von Falmouth in Cornwall aus starteten? ⓘ
Franklin bat Timothy Folger, einen Walfangkapitän der Insel Nantucket, um eine Antwort. Folger erklärte, dass die Handelsschiffe die Strömung routinemäßig durchquerten - was anhand des Verhaltens der Wale, der Messung der Wassertemperatur und der Farbveränderungen des Wassers festgestellt werden konnte -, während die Kapitäne der Postpakete gegen die Strömung fuhren. Franklin ließ Folger den Verlauf der Strömung auf einer Atlantikkarte skizzieren und Notizen hinzufügen, wie man die Strömung bei der Fahrt von England nach Amerika umgehen konnte. Franklin leitete die Karte dann an Anthony Todd, den Sekretär des britischen Postamts, weiter. Franklins Golfstromkarte wurde 1769 in London gedruckt, aber von den britischen Kapitänen weitgehend ignoriert. Eine Kopie der Karte wurde zwischen 1770 und 1773 in Paris gedruckt, und eine dritte Version wurde 1786 von Franklin in Philadelphia veröffentlicht. ⓘ
Eigenschaften
Der eigentliche Golfstrom ist eine westlich verstärkte Strömung, die größtenteils durch Winddruck angetrieben wird. Die Nordatlantikdrift wird dagegen weitgehend von der thermohalinen Zirkulation angetrieben. Im Jahr 1958 stellte der Ozeanograph Henry Stommel fest, dass nur sehr wenig Wasser aus dem Golf von Mexiko in den Strom fließt. Indem er warmes Wasser über den Atlantik nach Nordosten transportiert, sorgt er dafür, dass es in Westeuropa und vor allem in Nordeuropa wärmer und milder ist als es sonst der Fall wäre. ⓘ
Entstehung und Verhalten
Vor der Küste Zentralafrikas fließt ein Meerwasserstrom, der so genannte Atlantische Nordäquatorialstrom, in westlicher Richtung. Wenn dieser Strom auf die Nordostküste Südamerikas trifft, gabelt er sich in zwei Arme. Der eine mündet in die Karibik, während der zweite, der Antillenstrom, nördlich und östlich der Westindischen Inseln fließt. Diese beiden Ströme treffen nördlich der Straße von Florida wieder zusammen. ⓘ
Die Passatwinde wehen in den Tropen aus westlicher Richtung, während die Westwinde in den mittleren Breiten aus östlicher Richtung wehen. Dieses Windmuster übt Druck auf die subtropische Meeresoberfläche aus und führt zu einer negativen Krümmung über dem Nordatlantik. Der daraus resultierende Sverdrup-Transport ist äquatorwärts gerichtet. ⓘ
Aufgrund der Erhaltung der potenziellen Wirbelstärke, die durch die nordwärts gerichteten Winde an der westlichen Peripherie des subtropischen Rückens verursacht wird, und der erhöhten relativen Wirbelstärke des nordwärts strömenden Wassers, wird der Transport durch eine schmale, beschleunigte polwärts gerichtete Strömung ausgeglichen. Diese Strömung fließt entlang der westlichen Grenze des Ozeanbeckens und gleicht die Auswirkungen der Reibung mit der westlichen Randströmung aus und ist als Labradorstrom bekannt. Die Erhaltung der potenziellen Wirbelstärke führt auch zu Krümmungen entlang des Golfstroms, die gelegentlich abreißen, wenn sich die Position des Golfstroms verschiebt, und separate warme und kalte Wirbel bilden. Dieser Gesamtprozess, der als westliche Intensivierung bezeichnet wird, führt dazu, dass die Strömungen an der westlichen Grenze eines Ozeanbeckens, wie z. B. des Golfstroms, stärker sind als die Strömungen an der östlichen Grenze. ⓘ
Infolgedessen ist der daraus resultierende Golfstrom eine starke Meeresströmung. Er transportiert Wasser mit einer Geschwindigkeit von 30 Millionen Kubikmetern pro Sekunde (30 Sverdrups) durch die Florida-Straße. Südlich von Neufundland erhöht sich diese Geschwindigkeit auf 150 sverdrups. Das Volumen des Golfstroms übertrifft alle Flüsse, die in den Atlantik münden, um ein Vielfaches, insgesamt 0,6 sverdrups. Er ist jedoch schwächer als der antarktische Zirkumpolarstrom. Angesichts der Stärke und der Nähe des Golfstroms sind die Strände an der Ostküste der Vereinigten Staaten möglicherweise anfälliger für große Meeresspiegelanomalien, die sich erheblich auf die Erosionsraten an den Küsten auswirken. ⓘ
Der Golfstrom ist in der Regel 100 Kilometer breit und 800 Meter bis 1.200 Meter tief. Die Strömungsgeschwindigkeit ist in Oberflächennähe am höchsten, wobei die Höchstgeschwindigkeit in der Regel bei 2,5 Metern pro Sekunde liegt. Auf seinem Weg nach Norden kühlt das warme Wasser, das der Golfstrom transportiert, durch Verdunstung ab. Die Abkühlung erfolgt durch den Wind: Der Wind, der über das Wasser streicht, bewirkt eine Verdunstung, die das Wasser abkühlt und seinen Salzgehalt und seine Dichte erhöht. Wenn sich Meereis bildet, werden die Salze aus dem Eis herausgelöst, ein Prozess, der als Soleausschluss bekannt ist. Diese beiden Prozesse führen zu dichterem und kälterem Wasser (oder genauer gesagt, zu Wasser, das bei niedrigerer Temperatur noch flüssig ist). Im Nordatlantik wird das Wasser so dicht, dass es durch das weniger salzhaltige und weniger dichte Wasser nach unten zu sinken beginnt. (Die Konvektionswirkung ähnelt einer Lavalampe.) Dieser Abwind aus kaltem, dichtem Wasser wird Teil des Nordatlantischen Tiefenwassers, einer südwärts gerichteten Strömung. Innerhalb der Strömung befindet sich nur sehr wenig Seegras, obwohl östlich davon Seegras in Büscheln liegt. ⓘ
Im April 2018 wurde in zwei in Nature veröffentlichten Studien festgestellt, dass der Golfstrom so schwach ist wie seit mindestens 1.600 Jahren nicht mehr. ⓘ
Lokalisierte Auswirkungen
Der Golfstrom hat Einfluss auf das Klima der Halbinsel Florida. Der Teil vor der Küste Floridas, der als Florida-Strom bezeichnet wird, hält im Winter eine durchschnittliche Wassertemperatur von mindestens 24 °C (75 °F) aufrecht. Ostwinde, die über dieses warme Wasser ziehen, transportieren warme Luft vom Golfstrom ins Landesinnere und tragen dazu bei, dass die Temperaturen im Winter im gesamten Bundesstaat milder sind als anderswo im Südosten der Vereinigten Staaten. Auch die Nähe des Golfstroms zu Nantucket, Massachusetts, trägt zu seiner Artenvielfalt bei, denn es ist die nördliche Grenze für südliche Pflanzenarten und die südliche Grenze für nördliche Pflanzenarten, da es in Nantucket im Winter wärmer ist als auf dem Festland. ⓘ
Der Nordatlantikstrom des Golfstroms trägt zusammen mit ähnlichen warmen Luftströmungen dazu bei, dass es in Irland und an der Westküste Großbritanniens ein paar Grad wärmer ist als im Osten. Am dramatischsten ist der Unterschied jedoch auf den westlichen Küsteninseln von Schottland. Eine spürbare Auswirkung des Golfstroms und der starken Westwinde auf Europa tritt entlang der norwegischen Küste auf. Die nördlichen Teile Norwegens liegen in der Nähe der arktischen Zone, die im Winter größtenteils mit Eis und Schnee bedeckt ist. Fast die gesamte norwegische Küste bleibt jedoch das ganze Jahr über eis- und schneefrei. Der wärmende Effekt des Golfstroms hat dazu geführt, dass sich an der Küste Nordnorwegens relativ große Siedlungen entwickelt haben, darunter Tromsø, die drittgrößte Stadt nördlich des Polarkreises. Durch den Golfstrom erwärmte Wettersysteme driften nach Nordeuropa und erwärmen auch das Klima hinter den skandinavischen Bergen. ⓘ
Zusammenbruch des Golfstroms
Über die Möglichkeit eines Zusammenbruchs des Golfstroms wurde in vielen Nachrichtenmedien berichtet. Der Sechste Sachstandsbericht des IPCC befasste sich speziell mit diesem Thema und kam zu dem Schluss, dass der Golfstrom aufgrund von Modellprojektionen und theoretischen Erkenntnissen in einem sich erwärmenden Klima nicht versiegen wird. Es wird zwar erwartet, dass sich der Golfstrom verlangsamt, wenn sich die atlantische meridionale Umwälzzirkulation (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC) abschwächt, aber er wird nicht zusammenbrechen, selbst wenn die AMOC zusammenbrechen sollte. Dennoch wird diese Verlangsamung erhebliche Auswirkungen haben, darunter einen Anstieg des Meeresspiegels an der nordamerikanischen Küste, geringere Niederschläge in den mittleren Breiten, veränderte Muster starker Niederschläge um Europa und in den Tropen sowie stärkere Stürme im Nordatlantik. ⓘ
Auswirkungen auf die Bildung von Wirbelstürmen
Das warme Wasser und der Temperaturkontrast am Rande des Golfstroms verstärken oft die Intensität von Wirbelstürmen, ob tropisch oder nicht. Die Bildung tropischer Wirbelstürme erfordert normalerweise Wassertemperaturen von mehr als 26,5 °C (79,7 °F). Tropische Wirbelstürme bilden sich häufig über dem Golfstrom, vor allem im Monat Juli. Die Stürme ziehen in westlicher Richtung durch die Karibik und bewegen sich dann entweder in nördlicher Richtung auf die Ostküste der Vereinigten Staaten zu oder bleiben auf einer nordwestlichen Bahn und erreichen den Golf von Mexiko. Solche Stürme haben das Potenzial, in den südöstlichen Küstengebieten der Vereinigten Staaten starke Winde zu erzeugen und große Schäden anzurichten. Der Hurrikan Sandy im Jahr 2012 war ein aktuelles Beispiel für einen Hurrikan, der den Golfstrom überquerte und an Stärke gewann. ⓘ
Es hat sich gezeigt, dass sich starke außertropische Wirbelstürme während der kalten Jahreszeit entlang einer flachen Frontalzone, die durch den Golfstrom angetrieben wird, deutlich verstärken. Subtropische Wirbelstürme bilden sich in der Regel auch in der Nähe des Golfstroms. 75 Prozent der zwischen 1951 und 2000 dokumentierten Wirbelstürme bildeten sich in der Nähe dieses warmen Wasserstroms, wobei zwei jährliche Aktivitätsspitzen in den Monaten Mai und Oktober auftraten. Wirbelstürme im Ozean selbst bilden sich unter dem Golfstrom, der bis zu 3 500 Meter tief unter die Meeresoberfläche reicht. ⓘ
Ringe im Golfstrom
Der Golfstrom bildet von Zeit zu Zeit Ringe, die dadurch entstehen, dass ein Mäander des Golfstroms von einer anderen, von diesem Mäander abweichenden Route abgeschnitten wird, wodurch ein unabhängiger Wirbel entsteht. Von diesen Wirbeln gibt es zwei Arten: Ringe mit kaltem Kern, die zyklonal rotieren, und Ringe mit warmem Kern, die antizyklonal rotieren. Diese Ringe sind in der Lage, die unterschiedlichen biologischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften der Gewässer, aus denen sie stammen, auf die neuen Gewässer zu übertragen, in die sie gelangen. ⓘ
Ursachen
Bei der Entstehung des Golfstroms spielt neben der atmosphärischen Zirkulation die nach Norden zunehmende Wirkung der Corioliskraft auf die Wasserbewegung eine sehr wichtige Rolle. ⓘ
Der Passatwind im Nordatlantik treibt das Wasser an der Oberfläche nach Westen. Die Küste von Nordamerika wirkt wie eine Staumauer und lässt das Wasser entlang der Küste nach Norden abfließen. Durch das Zusammentreffen mit dem Labradorstrom sowie durch die Corioliskraft werden die nach Norden strömenden Wassermassen in Richtung Europa abgelenkt. ⓘ
Der Golfstrom ist Teil eines die Weltmeere umspannenden Zirkulationssystems, zu dem auch die globale thermohaline Zirkulation beiträgt. Die thermohaline Zirkulation entsteht durch Dichteunterschiede, die ihrerseits auf Unterschiede in der Wassertemperatur und dem Salzgehalt zurückzuführen sind. ⓘ
Wechselwirkungen
Die Temperatur des Golfstroms und seine Strömung haben großen Einfluss auf die Ökologie der Tierwelt des Atlantiks. Das mit der Strömung driftende Plankton ist Nahrungsgrundlage für zahlreiche Tiere. Diese locken wiederum Fressfeinde innerhalb der Nahrungskette an wie Haie und Marlins. Ernest Hemingway setzte in seiner Novelle „Der alte Mann und das Meer“ dem Fischen im Golfstrom vom Hafen Cojímar im Norden Kubas nahe Havannas ein Denkmal. Die untermeerischen Bodenstrukturen, die vom Golfstrom berührt und teilweise geformt werden, bilden ökologische Nischen. ⓘ
Auf seinem Weg transportiert der Golfstrom große Mengen Plastikmüll. Der Müll stammt unter anderem von den Abfällen der Schiffsbesatzungen. Auch Flüsse spülen große Mengen von Plastik in die Ozeane. ⓘ
Auswirkungen der globalen Erwärmung
Durch die globale Erwärmung schrumpfen die Eisschilde von Grönland, der Antarktis sowie viele Gletscher auf der Erde. Dies führt zu einer Abnahme des Salzgehalts im Meerwasser und senkt damit dessen Dichte. Ein relativ hoher Salzgehalt im Nordatlantik ist aber Voraussetzung dafür, dass die dortige Tiefenströmung bestehen bleibt, die zum globalen Förderband gehört. Eine Folge des abnehmenden Salzgehalts ist die Verlangsamung des atlantischen Teils des globalen Förderbands. Zwischen Mitte des 20. Jahrhunderts und dem Jahr 2018 hat sich die Fließgeschwindigkeit nach einer Veröffentlichung von Stefan Rahmstorf und Kollegen um 15 % verringert, gleichbedeutend mit einem Rückgang um 3 Millionen Kubikmeter pro Sekunde – diese Menge entspricht dem 15-fachen Volumen des Abflusses des Amazonas. Indizien für diese Verlangsamung waren das allgemeine Absinken der Temperaturen auf einer großen Fläche im Nordatlantik und eine Temperaturerhöhung des Golfstroms an der Ostküste der USA. Das wurde auch mit Klimamodellen der globalen Erwärmung vorhergesagt. Bestätigt wurde die Abschwächung des Förderbands im Atlantik auch durch Untersuchungen von Bohrkernen aus der Labradorsee, die 2018 in Nature veröffentlicht wurden. ⓘ
Auch die direkten Messdaten des britisch-amerikanischen Rapid-Projekts mit 226 verankerten Messinstrumenten bei 26,5 Grad nördlicher Breite zeigen eine Abschwächung des Förderbands im Atlantik seit Beginn der Messungen im April 2004. ⓘ
Die unmittelbaren Auswirkungen der Abschwächung des Förderbands im Atlantik sind paradoxerweise zunächst Hitzewellen im Sommer und verstärkte Stürme in Mitteleuropa aufgrund der veränderten Luftdruckverhältnisse, die vermehrtes Einströmen von Warmluft aus Südeuropa begünstigen. ⓘ
Die Gesamtabkühlung des Meereswassers im Nordatlantik wirkt sich erst später aus. ⓘ