Einführung in die Ozeanographie

Strahlungsenergie von der Sonne ist wichtig für mehrere wichtige ozeanische Prozesse:

• Klima, Winde und große Meeresströmungen sind letztendlich davon abhängig, dass die Sonnenstrahlung die Erde erreicht und verschiedene Gebiete unterschiedlich stark erwärmt.
• Sonnenlicht erwärmt das Oberflächenwasser, in dem viel ozeanisches Leben lebt.
• Sonnenstrahlung liefert Licht für die Photosynthese, die das gesamte Ökosystem des Ozeans unterstützt.

Die Energie, die von der Sonne auf die Erde gelangt, ist eine Form elektromagnetischer Strahlung, die durch das elektromagnetische Spektrum dargestellt wird (Abbildung 6.5.1). Elektromagnetische Wellen variieren in ihrer Frequenz und Wellenlänge. Hochfrequenzwellen haben sehr kurze Wellenlängen und sind sehr energiereiche Strahlungsformen wie Gammastrahlen und Röntgenstrahlen. Diese Strahlen können leicht in die Körper lebender Organismen eindringen und einzelne Atome und Moleküle stören. Am anderen Ende des Spektrums sind niederenergetische, langwellige Wellen wie Radiowellen, die keine Gefahr für lebende Organismen darstellen.

Der größte Teil der Sonnenenergie, die die Erde erreicht, liegt im Bereich des sichtbaren Lichts mit Wellenlängen zwischen etwa 400 und 700 nm. Jede Farbe des sichtbaren Lichts hat eine einzigartige Wellenlänge und zusammen bilden sie weißes Licht. Die kürzesten Wellenlängen liegen am violetten und ultravioletten Ende des Spektrums, während die längsten Wellenlängen am roten und infraroten Ende liegen. Dazwischen bilden die Farben des sichtbaren Spektrums das bekannte „ROYGBIV“; rot, orange, gelb, grün, blau, indigo und violett.

Wasser absorbiert einfallendes Licht sehr effektiv, so dass die Lichtmenge, die in den Ozean eindringt, mit der Tiefe schnell abnimmt (abgeschwächt wird) (Abbildung 6.5.2). In 1 m Tiefe verbleiben nur noch 45% der Sonnenenergie, die auf die Meeresoberfläche fällt. In 10 m Tiefe sind nur noch 16% des Lichts vorhanden und in 100 m nur noch 1% des ursprünglichen Lichts. Über 1000 m hinaus dringt kein Licht ein.

Zusätzlich zur Gesamtdämpfung absorbieren die Ozeane die verschiedenen Wellenlängen des Lichts mit unterschiedlichen Raten (Abbildung 6.5.2). Die Wellenlängen am äußersten Ende des sichtbaren Spektrums werden schneller abgeschwächt als die Wellenlängen in der Mitte. Längere Wellenlängen werden zuerst absorbiert; Rot wird in den oberen 10 m absorbiert, Orange um etwa 40 m und Gelb verschwindet vor 100 m. Kürzere Wellenlängen dringen weiter ein, wobei blaues und grünes Licht die tiefsten Tiefen erreichen.

Dies erklärt, warum unter Wasser alles blau erscheint. Die Farben, die wir wahrnehmen, hängen von den Wellenlängen des Lichts ab, die von unseren Augen empfangen werden. Wenn uns ein Objekt rot erscheint, liegt das daran, dass das Objekt rotes Licht reflektiert, aber alle anderen Farben absorbiert. Die einzige Farbe, die unsere Augen erreicht, ist Rot. Unter Wasser ist Blau die einzige Farbe des Lichts, die in der Tiefe noch verfügbar ist, also ist das die einzige Farbe, die zu unseren Augen zurück reflektiert werden kann, und alles hat einen Blaustich unter Wasser. Ein rotes Objekt in der Tiefe erscheint uns nicht rot, da kein rotes Licht verfügbar ist, das vom Objekt reflektiert wird. Objekte im Wasser erscheinen nur in der Nähe der Oberfläche, in der noch alle Wellenlängen des Lichts verfügbar sind, oder wenn die anderen Wellenlängen des Lichts künstlich bereitgestellt werden, z. B. durch Beleuchten des Objekts mit einer Tauchlampe.

Wasser im offenen Ozean erscheint klar und blau, weil es viel weniger Partikel wie Phytoplankton oder andere Schwebeteilchen enthält und je klarer das Wasser ist, desto tiefer dringt das Licht ein. Blaues Licht dringt tief ein und wird von den Wassermolekülen gestreut, während alle anderen Farben absorbiert werden; so erscheint das Wasser blau. Andererseits erscheinen Küstengewässer häufig grünlich (Abbildung 6.5.2). Küstengewässer enthalten viel mehr suspendierten Schlick, Algen und mikroskopisch kleine Organismen als der offene Ozean. Viele dieser Organismen, wie Phytoplankton, absorbieren Licht im blauen und roten Bereich durch ihre photosynthetischen Pigmente und lassen Grün als dominierende Wellenlänge des reflektierten Lichts zurück. Je höher die Phytoplanktonkonzentration im Wasser ist, desto grüner erscheint es. Kleine Schlammpartikel können auch blaues Licht absorbieren, wodurch die Farbe des Wassers bei hohen Konzentrationen an Schwebeteilchen weiter von Blau weg verschoben wird.

Der Ozean kann je nach Lichtdurchlässigkeit in Tiefenschichten unterteilt werden, wie in Abschnitt 1.3 (Abbildung 6.5.3) erläutert. Die oberen 200 m werden als photische oder euphotische Zone bezeichnet. Dies stellt die Region dar, in die genügend Licht eindringen kann, um die Photosynthese zu unterstützen, und entspricht der epipelagischen Zone. Von 200-1000 m liegt die dysphotische Zone oder die Dämmerungszone (entsprechend der mesopelagischen Zone). In diesen Tiefen gibt es noch etwas Licht, aber nicht genug, um die Photosynthese zu unterstützen. Unterhalb von 1000 m befindet sich die aphotische (oder Mitternachts-) Zone, in die kein Licht eindringt. Diese Region umfasst den größten Teil des Ozeanvolumens, das in völliger Dunkelheit existiert.