Mode Water

Als Mode Water wird eine Wassermasse bezeichnet, die über einen großen Tiefenbereich hinweg nahezu einheitliche Temperatur, Salzgehalt und Dichte aufweist. Diese mächtigen, schwach stratifizierten Schichten liegen zwischen der jahreszeitlichen und der permanenten Pyknokline und zeichnen sich durch eine sehr niedrige Potentielle Vortizität aus. Der Name leitet sich davon ab, dass sie bei der statistischen Volumenauswertung über Temperatur, Salinität und Dichte ein ausgeprägtes Maximum – einen sogenannten Mode – bilden.

Eine fest etablierte deutsche Entsprechung für Mode Water gibt es nicht; meist wird der englische Begriff verwendet, ganz vereinzelt auch die Lehnübersetzungen „Modenwasser“ oder „Moduswasser“.

Namensgebung und Geschichte

Erstmals beschrieben wurde das Phänomen 1959 von L. V. Worthington, der die im Winter auf etwa 18 °C sich abkühlende, rund 300 m dicke Schicht in der nördlichen Sargassosee als „18°-Wasser“ (englisch Eighteen Degree Water, EDW) bezeichnete. Den Begriff mode water prägte 1969 Jotaro Masuzawa für eine ähnliche Schicht im subtropischen Nordpazifik. Später wurde der Begriff verallgemeinert: 1977 von Michael McCartney auf das Subantarktische Mode Water (SAMW) und 1982 von McCartney und Talley auf das Subpolar Mode Water (SPMW) des nordatlantischen Subpolarwirbels. Eine umfassende Übersicht gaben Hanawa und Talley (2001).

Bildung

Mode Water entstehen in bestimmten ozeanischen Regionen durch tiefe winterliche Konvektion der Deckschicht: Starker winterlicher Wärmeverlust an die Atmosphäre vertieft die durchmischte Schicht und erzeugt eine vertikal nahezu homogene Schicht. Im Sommer wird diese von der neuen Thermokline überdeckt, subduziert und seitlich entlang geneigter Isopyknen verfrachtet. So bewahrt das Mode Water die „Erinnerung“ an die Bedingungen seines Entstehungswinters und kann über das Wiederauftauchen (englisch reemergence) die Meeresoberflächentemperatur späterer Winter beeinflussen – ein wichtiger Faktor für klimatische Schwankungen von mehreren Jahren bis Jahrzehnten.

Typen und globales Vorkommen

Man unterscheidet zwei Haupttypen:

• Subtropisches Mode Water (STMW) entsteht in den westlichen Bereichen subtropischer Wirbel und ist relativ warm und leicht, mit geringer potenzieller Vortizität.

• Subtpolares Mode Water (SPMW) bildet sich in subpolaren Wirbeln, ist kühler und dichter. Hierzu zählt auch das Subantarktische Mode Water (SAMW) im Südlichen Ozean.

Wichtige Regionen im Überblick:

• Nordatlantik: In der Sargassosee bildet sich im Rezirkulationswirbel des Golfstroms das Eighteen Degree Water (EDW) mit einer Kerntemperatur von etwa 18 °C und einer Mächtigkeit von mehr als 200 Metern. Im subpolaren Wirbel entstehen SPMW in Regionen wie der Irmingersee, in der Labradorsee das tiefere, salzarme Labradorseewasser (LSW).

• Nordpazifik: Östlich von Japan, im Bereich der Kuroshio-Extension, findet sich das Western Subtropical Mode Water (WSTMW) mit Kerntemperaturen von etwa 16–18 °C und einer Mächtigkeit von rund 170 Metern; das Central Subtropical Mode Water (STMW) das Zentrum des nordpazifischen Wirbels ein.

• Indischer Ozean: Südlich von Australien, im Rückfluss des Agulhasstroms; gibt es STMW; dieses ist durch eine Kerntemperatur von etwa 16 °C sowie eine Mächtigkeit von rund 150 Metern gekennzeichnet und wird von der ostwärts gerichteten Strömung des subtropischen Wirbels beeinflusst.

• Südpazifik und Südatlantik: Hier treten dünnere STMW-Schichten (100–140 Meter) mit breiterem Temperaturspektrum (11–19 °C) auf.

• Südlicher Ozean: Das Subantarktische Mode Water (SAMW) bildet sich nördlich des Antarktischen Zirkumpolarstroms, etwa im Südostpazifik und der Scotiasee, und trägt zur Bildung des Antarctic Intermediate Water (AAIW) bei.

Ausdehnung und Volumen

Die Kerne von Mode Water liegen meist in Tiefen zwischen 200 und 800 Metern und weisen Mächtigkeiten von 100 bis 300 Metern auf. In subtropischen Regionen sind diese Schichten mit geneigten Isopyknen (Flächen gleicher Dichte) verbunden, die zu den Zentren der Wirbel hin in größere Tiefen verlaufen. Im Gegensatz dazu verlaufen die Isopyknen in subpolaren Gebieten eher vertikal oder steil, was auf die stärkeren baroklinen Anpassungen an den Rändern der Wirbelsysteme zurückgeht.

Horizontal erstrecken sie sich oft über mehr als 10⁶ km² pro Ozeanbecken, vorwiegend zwischen 30° und 50° nördlicher oder südlicher Breite. Beispielsweise umfasst das North Pacific Subtropical Mode Water (NPSTMW) mehrere Millionen Quadratkilometer und wird durch Strömungen wie die Kuroshio-Extension über 1000 bis 2000 km weit verfrachtet; sein Volumen schwankt jahreszeitlich zwischen etwa 7 × 10¹⁴ und 9 × 10¹⁴ m³.

Zeitliche Variabilität

Rolle in der Ozeanzirkulation

Mode Water sind wichtige Transportmedien für Wärme und Salz. Im Nordatlantik macht die Rezirkulation subtropischen Mode Waters, einschließlich des EDW, etwa 37 % des gesamten meridionalen Wärmetransports aus. Durch die Subduktion von Oberflächeneigenschaften in mittlere Tiefen belüften (ventilieren) sie die Thermokline und verbinden den oberen Ozean mit tieferen Schichten. Besonders das subantarktische Mode Water (SAMW) auf der Südhalbkugel schafft einen Weg, über den sich Signale von der Oberfläche in das Ozeaninnere ausbreiten und mit der meridionalen Umwälzbewegung interagieren können. Mesoskalige Wirbel (Eddys) verstärken diesen Transport zusätzlich, etwa entlang der Kuroshio-Extension im Nordpazifik.

Einfluss auf Klima und Ökosysteme

Mode Water speichern große Mengen an Wärme – zwischen 2005 und 2020 entfielen rund 89 % der globalen Ozeanerwärmung in den oberen 2000 m auf Mode- und Zwischenwasserschichten. Sie beeinflussen Klimaphänomene wie die El Niño-Southern Oscillation (ENSO) und die Atlantische Multidekaden-Oszillation (AMO). Zudem fördern sie die CO₂-Aufnahme, weil kaltes Wasser mehr Kohlendioxid lösen kann, und speichern es über Jahre in der Thermokline.

Auch für marine Ökosysteme sind sie bedeutend: Sie isolieren nährstoffreiches Wasser in der Tiefe und beeinflussen so die Primärproduktion. So führte ein Regimewechsel im Nordpazifik Ende der 1980er Jahre – ausgelöst durch veränderte Mode-Water-Bildung – zu einem Rückgang der Sardinen- und einem gleichzeitigen Anstieg der Makrelenbestände in koreanischen Gewässern, während Kaltwasserarten wie Pazifischer Kabeljau und Alaska-Seelachs zurückgingen. Diese Veränderungen zeigen, wie Mode Water klimatische Signale an die maritime Nahrungskette weitergeben und damit die Fischerei ganzer Regionen beeinflussen können.

Siehe auch

• Wassermasse
• Subantarktisches Mode Water
• Subpolar Mode Water
• Zirkumpolares Tiefenwasser
• Wassermassen des Atlantischen Ozeans

Einzelnachweise