Subantarktisches Mode Water

Verbreitung der Mode Water der Weltozeane (schematisch nach Talley)

Subantarktisches Mode Water (SAMW, englisch Subantarctic Mode Water – eine fest etablierte deutsche Bezeichnung besteht nicht) ist eine bedeutende Wassermasse des Südlichen Ozeans. Als Mode Water bildet es eine dicke, vertikal nahezu einheitliche Schicht – ein Pyknostad geringer potentieller Vortizität –, die durch tiefe winterliche Konvektion auf der Nordseite des Antarktischen Zirkumpolarstroms (ACC), insbesondere nördlich der Subantarktischen Front (SAF), entsteht. Das SAMW ist relativ kühl, salzarm und sauerstoffreich; es belüftet die untere Thermokline der südhemisphärischen Subtropenwirbel und spielt eine wichtige Rolle im globalen Klimasystem durch die Aufnahme und den Transport von Wärme, Sauerstoff und Kohlenstoff von der Oberfläche ins Ozeaninnere.

Forschungsgeschichte

Michael S. McCartney beschrieb das SAMW Mitte der 1970er Jahre erstmals und übertrug dabei das Konzept des Mode Waters auf die dicke, gleichförmige Deckschicht nördlich der Subantarktischen Front. Er zeigte zudem, dass das SAMW die untere Thermokline der drei südhemisphärischen Subtropenwirbel belüftet. Seit etwa 2000 hat vor allem das Beobachtungsnetz des Argo-Programms mit seinen treibenden Profilsonden die räumliche und zeitliche Erfassung des SAMW erheblich verbessert.

Eigenschaften

Als Mode Water bezeichnet man Wassermassen mit über einen großen Tiefenbereich besonders einheitlichen Eigenschaften. Das SAMW tritt entsprechend als dicke, schwach geschichtete Schicht auf, die dynamisch durch ein Minimum der potentiellen Vortizität gekennzeichnet ist – das übliche Erkennungsmerkmal dieser Wassermasse. Seine potentielle Dichte (σ₀) liegt je nach Bildungsgebiet etwa zwischen 26,5 und 27,1 kg/m³, sein Kern in einigen hundert Metern bis etwa 1000 m Tiefe.

Im Vergleich zu den umgebenden Wassermassen ist das frisch gebildete SAMW relativ kühl, salzarm und sauerstoffreich, da es durch winterliche Konvektion unmittelbar aus der Oberflächenschicht hervorgeht. Wegen der tiefen und raschen Durchmischung erreicht es dabei allerdings keine vollständige Sättigung mit atmosphärischen Gasen. Neuere Untersuchungen zeigen zudem, dass das SAMW keine einheitliche Wassermasse ist, sondern in den einzelnen Ozeanbecken aus mehreren Ausprägungen mit unterschiedlichen Eigenschaften besteht.

Bildung

Die beiden Hauptwege, die zur Bildung von Subantarktischem Mode Water (SAMW) führen.

Das SAMW entsteht durch tiefe winterliche Konvektion der durchmischten Deckschicht nördlich der Subantarktischen Front: Starke winterliche Wärmeverluste an die Atmosphäre destabilisieren die Wassersäule, und der nordwärtige Ekman-Transport kühlen, salzarmen antarktischen Oberflächenwassers verstärkt die Abkühlung und Aussüßung. Dabei bilden sich mehrere hundert Meter mächtige Schichten nahezu einheitlicher Dichte und damit geringer potentieller Vortizität. Mesoskalige Wirbel modulieren die Bildungsraten und die Eigenschaften.

Die Bildung konzentriert sich auf drei Hauptregionen: den Südostpazifik westlich von Chile, den Indischen Ozean südlich von Australien und – in geringerem Maße – den atlantischen Sektor östlich von Argentinien. Nach seiner Bildung sinkt das SAMW das SAMW aus der Deckschicht ab, taucht unter das wärmere Subtropenwasser und wird nach Norden in die Thermokline der Subtropenwirbel verfrachtet; es bildet damit einen Hauptbestandteil des oberen Astes der globalen Umwälzzirkulation und die Vorstufe des Antarktischen Zwischenwassers (AAIW).

Bedeutung

Das SAMW verbindet als thermodynamische Brücke die subpolaren mit den subtropischen Regionen der Südhalbkugel. Über die Subduktion belüftet es die untere Thermokline aller drei südhemisphärischen Subtropenwirbel und führt dabei Sauerstoff, Nährstoffe und Kohlenstoff ins Ozeaninnere; wegen seiner jungen, oberflächennahen Herkunft ist es ein wichtiger Sauerstofflieferant für die mittleren Ozeantiefen.

Biogeochemisch wirkt das SAMW als bedeutende Kohlenstoffsenke: Der Südliche Ozean nimmt einen erheblichen Teil des vom Menschen freigesetzten CO₂ auf, wobei das SAMW als Aufnahme- und Speicherpfad dient; die Aufnahme unterliegt ausgeprägten jahreszeitlichen und zwischenjährlichen Schwankungen. Über die Bildung des AAIW ist das SAMW zudem an den oberen Ast der Umwälzzirkulation und den damit verbundenen nordwärtigen Wärmetransport gekoppelt.

Veränderungen und Projektionen

Beobachtungen und Modelle zeigen, dass sich das SAMW im Zuge des Klimawandels verändert. In den vergangenen Jahrzehnten wurde es tendenziell wärmer und – durch verstärkten Süßwassereintrag – leichter, während sein Volumen abnahm. Als wesentliche Ursachen gelten eine Intensivierung und polwärtige Verschiebung der Westwinde sowie ein zunehmender Süßwassereintrag aus schmelzendem Eis, die beide die winterliche Konvektion hemmen; ein großer Teil der beobachteten Zunahme des Wärmegehalts geht dabei auf die veränderte Schichtdicke zurück.

Modellstudien projizieren, dass sich diese Trends – geringere Konvektionstiefe, abnehmende Dichte und abnehmendes Volumen – im 21. Jahrhundert fortsetzen, mit deutlichen regionalen Unterschieden. Eine schwächere Belüftung könnte die Aufnahme von Wärme, Sauerstoff und CO₂ verringern und so auf das Klimasystem zurückwirken.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. 1 2 3 Michael S. McCartney: Subantarctic Mode Water. In: M. V. Angel (Hrsg.): A Voyage of Discovery: George Deacon 70th Anniversary Volume. Supplement zu Deep-Sea Research. Pergamon Press, Oxford 1977, S. 103–119.
  2. 1 2 Zhi Li, Matthew H. England, Sjoerd Groeskamp, Ivana Cerovečki, Yiyong Luo: The Origin and Fate of Subantarctic Mode Water in the Southern Ocean. In: Journal of Physical Oceanography. Band 51 (2021), Ausgabe 9. doi:10.1175/JPO-D-20-0174.1.
  3. ↑ Michael S. McCartney: The subtropical recirculation of mode waters. In: Journal of Marine Research. Band 40 (Supplement), 1982, S. 427–464.
  4. 1 2 3 Shigeru Aoki, Mieko Hariyama, Humio Mitsudera, Hideharu Sasaki, Yoshikazu Sasai: Formation regions of Subantarctic Mode Water detected by OFES and Argo profiling floats. In: Geophysical Research Letters. Band 34 (2007), Ausgabe 10. doi:10.1029/2007GL029828.
  5. 1 2 Laura Herraiz-Borreguero, Stephen R. Rintoul: Subantarctic Mode Water variability influenced by mesoscale eddies south of Tasmania. In: Journal of Geophysical Research: Oceans. Band 115 (2010), Ausgabe C4. doi:10.1029/2008JC005146.
  6. 1 2 3 Seth M. Bushinsky, Ivana Cerovečki: Subantarctic Mode Water Biogeochemical Formation Properties and Interannual Variability. In: AGU Advances. Band 4 (2023), Ausgabe 2. doi:10.1029/2022AV000722.
  7. ↑ James W. Holte, Lynne D. Talley, Teresa K. Chereskin, Bernadette M. Sloyan: The role of air-sea fluxes in Subantarctic Mode Water formation. In: Journal of Geophysical Research: Oceans. Band 117 (2012), Ausgabe C3. doi:10.1029/2011JC007798.
  8. ↑ Bernadette M. Sloyan, Stephen R. Rintoul: The Southern Ocean Limb of the Global Deep Overturning Circulation. In: Journal of Physical Oceanography. Band 31 (2001), Ausgabe 1, S. 143–173.
  9. 1 2 Daniel C. Jones, Andrew J. S. Meijers, Emily Shuckburgh, Jean-Baptiste Sallée, Peter Haynes, Ewa K. McAufield, Matthew R. Mazloff: How does Subantarctic Mode Water ventilate the Southern Hemisphere subtropics? In: Journal of Geophysical Research: Oceans. Band 121 (2016), Ausgabe 9, S. 6558–6582. doi:10.1002/2016JC011680.
  10. 1 2 Libao Gao, Stephen R. Rintoul, Weidong Yu: Recent wind-driven change in Subantarctic Mode Water and its impact on ocean heat storage. In: Nature Climate Change. Band 8 (2018), S. 58–63. doi:10.1038/s41558-017-0022-8.
  11. ↑ Ran Wang, Feng Nan, Fei Yu, Bin Wang: Subantarctic Mode Water Variations in the Three Southern Hemisphere Ocean Basins During 2004–2019. In: Journal of Geophysical Research: Oceans. Band 127 (2022), Ausgabe 7. doi:10.1029/2021JC017906.
  12. ↑ Wandi Jing, Yiyong Luo: Volume Budget of Subantarctic Mode Water in the Southern Ocean From an Ocean General Circulation Model. In: Journal of Geophysical Research: Oceans. Band 126 (2021), Ausgabe 10. doi:10.1029/2020JC017040.
  13. 1 2 Stephanie M. Downes, Nathaniel L. Bindoff, Stephen R. Rintoul: Impacts of Climate Change on the Subduction of Mode and Intermediate Water Masses in the Southern Ocean. In: Journal of Climate. Band 22 (2009), Ausgabe 12, S. 3289–3302. doi:10.1175/2008JCLI2653.1.

Weitere Literatur