Der Golfstrom ist eine kräftige, warme atlantische Meeresströmung, die im Golf von Mexiko entspringt, die Straße von Florida durchquert und an der Ostküste der Vereinigten Staaten aufsteigt und anschließend um den 36. nördlichen Breitengrad (vor North Carolina) nach Osten dreht, um als Nordatlantikstrom in Richtung Nordwesteuropa zu fließen. Westliche Intensivierungsmechanismen tragen zur Beschleunigung des Golfstroms nach Norden entlang der östlichen nordamerikanischen Küste bei. Ungefähr bei 40°0′N 30°0′W teilt sich der Strom; Sein nördlicher Zweig, bekannt als Nordatlantikdrift, erstreckt sich in Richtung Nordeuropa, während der südliche Zweig, der Kanarische Strom, in der Nähe von Westafrika zirkuliert.
Der Golfstrom übt klimatischen Einfluss auf die Küstenregionen im Osten der Vereinigten Staaten aus, von Florida bis zum Südosten von Virginia (ca. 36° nördlicher Breite), und deutlich stärker auf das Klima Nordwesteuropas. Der wissenschaftliche Konsens führt das vergleichsweise wärmere Klima in Nordwesteuropa im Vergleich zu anderen Regionen in ähnlichen Breiten zumindest teilweise auf den starken Nordatlantikstrom zurück. Diese Strömung ist ein Bestandteil des Nordatlantischen Wirbels. Darüber hinaus fördert seine Existenz die Entstehung mächtiger Zyklonsysteme, die sich sowohl in der Atmosphäre als auch im Ozean manifestieren.
Verlauf
Die europäische Identifizierung des Golfstroms wird der Expedition von Juan Ponce de León im Jahr 1512 zugeschrieben. Anschließend wurde es ausgiebig von spanischen Schiffen genutzt, die von der Karibik nach Spanien fuhren. In einem Eintrag aus dem Reisetagebuch von Ponce de León vom 22. April 1513 heißt es: „Eine so starke Strömung, dass sie trotz starken Windes nicht vorankommen konnten, sondern sich stattdessen rückwärts bewegten, obwohl es schien, als ob sie gute Fortschritte machten. Letztendlich wurde erkannt, dass die Strömung den Wind an Stärke übertraf.“
Benjamin Franklin entwickelte ein Interesse an den Zirkulationsmustern des Nordatlantiks. Im Jahr 1768, während seiner Zeit in England, stieß Franklin auf eine verwirrende Anfrage des Colonial Board of Customs: „Warum benötigten britische Paketschiffe mehrere zusätzliche Wochen, um von England nach New York zu reisen, verglichen mit der Transitzeit eines durchschnittlichen amerikanischen Handelsschiffs, das Newport, Rhode Island erreichte, wenn man bedenkt, dass Handelsschiffe von London abfuhren und vor ihrer Atlantiküberquerung eine Navigation auf der Themse und durch den Ärmelkanal erforderten, während Pakete aus Falmouth in Cornwall stammten?“
Franklin bat seinen Cousin Timothy Folger, einen Walfangkapitän von Nantucket Island, um Aufklärung. Folger erläuterte, dass Handelsschiffe gewöhnlich die Strömung durchquerten – erkennbar am Verhalten der Wale, Wassertemperaturmessungen und Veränderungen in der Wasserfärbung –, während Kapitäne von Postpaketen dagegen navigierten. Anschließend beauftragte Franklin Folger, die Flugbahn der Strömung auf einer Atlantikkarte darzustellen und Anweisungen zur Vermeidung dieser Strömung auf Reisen von England nach Amerika aufzunehmen. Diese Karte wurde dann von Franklin an Anthony Todd übermittelt, der als Sekretär der britischen Post fungierte. Obwohl Franklins Golfstromkarte 1769 in London veröffentlicht wurde, blieb sie bei britischen Kapitänen weitgehend unbeachtet. Eine Reproduktion der Karte erschien zwischen 1770 und 1773 in Paris, und Franklin selbst gab 1786 in Philadelphia eine dritte Auflage heraus.
Bedeutende Fortschritte in der ozeanografischen Beobachtung seit der Mitte des 20. Jahrhunderts haben das wissenschaftliche Verständnis des Golfstroms erheblich verbessert. Direkte Messungen seiner Geschwindigkeit und Temperatur begannen in den 1950er und 1960er Jahren mithilfe von Forschungsschiffen und verankerten Strömungsmessern. Ab den späten 1970er Jahren ermöglichte die Satellitenfernerkundung, insbesondere durch Bilder der Meeresoberflächentemperatur (SST), Höhenmessung und Ozeanfarbsensoren, die Kartierung der Position und Variabilität der Strömung nahezu in Echtzeit. Der Start der NASA-Mission TOPEX/Poseidon im Jahr 1992 lieferte zusammen mit nachfolgenden Missionen kontinuierliche Daten über die Meeresoberflächenhöhe, einen Parameter, der eng mit der Intensität der Ozeanzirkulation verbunden ist. Darüber hinaus hat der Einsatz von Treibbojen und dem globalen Argo-Float-Netzwerk die routinemäßige Erstellung von Temperatur- und Salzgehaltsprofilen unter der Oberfläche erleichtert und so eine dreidimensionale Perspektive auf die Struktur des Golfstroms und seinen Beitrag zur atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation ermöglicht.
Eigenschaften
Der Golfstrom selbst ist eine westlich verstärkte Strömung, die hauptsächlich durch Windstress angetrieben wird. Der Ozeanograph Henry Stommel beobachtete 1958, dass nur minimale Wassermengen aus dem Golf von Mexiko zur Strömung des Baches beitragen. Umgekehrt wird der Nordatlantikstrom überwiegend durch thermohaline Zirkulation beeinflusst. Der Transport warmen Wassers durch diese Strömung nach Nordosten über den Atlantik mildert das Klima in West- und insbesondere Nordeuropa erheblich und macht es wärmer und milder, als es von Natur aus der Fall wäre.
Die geografische Position des Golfstroms weist saisonale Schwankungen auf, da er sich im Sommer der nordamerikanischen Küste nähert und im Winter vor der Küste zurückweicht.
Formation und Dynamik
Der Atlantische Nordäquatorialstrom entspringt vor der Küste Zentralafrikas und fließt nach Westen. Beim Auftreffen auf die Nordostküste Südamerikas teilt sich dieser Strom in zwei verschiedene Zweige. Ein Zweig mündet in das Karibische Meer, während der andere, bekannt als Antillenstrom, nördlich und östlich der Westindischen Inseln verläuft. Anschließend laufen diese beiden Zweige nördlich der Floridastraße wieder zusammen.
In den Tropen weisen die Passatwinde eine westwärts gerichtete Flugbahn auf, während in den mittleren Breiten Westwinde ostwärts vorherrschen. Dieses atmosphärische Zirkulationsmuster verleiht der subtropischen Oberfläche des Nordatlantiks eine Spannung mit negativer Krümmung. Folglich ist der resultierende Sverdrup-Transport äquatorwärts gerichtet.
Die Erhaltung der potenziellen Wirbelstärke, beeinflusst durch nordwärts gerichtete Winde entlang der Westperipherie des subtropischen Rückens und die erhöhte relative Wirbelstärke des sich nach Norden ausbreitenden Wassers, erfordert eine ausgleichende schmale, sich beschleunigende Polströmung. Diese Strömung fließt entlang der westlichen Grenze des Ozeanbeckens, wo sie die Reibungseffekte mit der westlichen Randströmung überwiegt. Darüber hinaus induziert die Erhaltung der potenziellen Wirbelstärke Mäander innerhalb des Golfstroms, die sich periodisch lösen, wenn die Position der Strömung schwankt, und deutliche warme und kalte Wirbel erzeugen. Dieses als westliche Intensivierung bezeichnete Phänomen erklärt die größere Stärke westlicher Grenzströmungen wie des Golfstroms im Vergleich zu ihren östlichen Gegenstücken innerhalb eines Ozeanbeckens.
Folglich stellt der Golfstrom eine starke Meeresströmung dar. Es transportiert Wasser mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 30 Millionen Kubikmetern pro Sekunde (30 Sverdrups) durch die Straße von Florida. Südlich von Neufundland steigt diese Transportrate auf 150 Sverdrups. Der Volumenstrom des Golfstroms übersteigt den Gesamtabfluss aller in den Atlantik mündenden Flüsse deutlich, der zusammen 0,6 Sverdrup beträgt. Dennoch ist seine Stärke geringer als die des Antarktischen Zirkumpolarstroms. Aufgrund der beträchtlichen Stärke und Nähe des Golfstroms können Küstengebiete im Osten der Vereinigten Staaten eine erhöhte Anfälligkeit für erhebliche Meeresspiegelanomalien aufweisen, die die Küstenerosionsraten erheblich beeinflussen.
Der Golfstrom ist typischerweise 100 km (62 Meilen) breit und reicht von 800 bis 1.200 m (2.600 bis 3.900 Fuß) Tiefe. Die Strömungsgeschwindigkeiten sind nahe der Oberfläche am höchsten, wobei die Spitzengeschwindigkeiten im Allgemeinen etwa 2,5 m/s (5,6 Meilen pro Stunde) erreichen. Während der Golfstrom nach Norden vordringt, erfährt sein warmes Wasser Verdunstungskühlung. Diese Kühlung erfolgt hauptsächlich durch den Wind; Atmosphärische Strömungen, die über das Wasser strömen, bewirken eine Verdunstung, wodurch die Wassertemperatur sinkt und sowohl der Salzgehalt als auch die Dichte erhöht werden. Darüber hinaus werden bei der Meereisbildung Salze aus der Eisstruktur ausgetrieben, ein Phänomen, das als Sole-Ausschluss bezeichnet wird. Diese kombinierten Prozesse erzeugen Wasser, das sowohl dichter als auch kälter ist (oder genauer gesagt, Wasser, das bei einer niedrigeren Temperatur flüssig bleibt). Im Nordatlantik erreicht dieses Wasser eine ausreichende Dichte, um durch umgebendes, weniger salzhaltiges und weniger dichtes Wasser abzusinken. (Dieser konvektive Vorgang ähnelt der in einer Lavalampe beobachteten Dynamik.) Dieser Abwärtsstrom aus kaltem, dichtem Wasser integriert sich anschließend in das Nordatlantische Tiefwasser, eine nach Süden fließende Strömung. Innerhalb der Hauptströmung sind nur minimale Algen zu beobachten, obwohl es im Osten Ansammlungen von Algen gibt.
Im April 2018 zeigten zwei in der britischen Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Forschungsstudien, dass der Golfstrom den schwächsten Zustand seit mindestens 1.600 Jahren erlebte.
Regionale Auswirkungen
Der Golfstrom beeinflusst das Klima der Florida-Halbinsel erheblich. Der Abschnitt vor der Küste Floridas, bekannt als Florida Current, weist im Winter eine durchschnittliche Wassertemperatur von mindestens 24 °C (75 °F) auf und erreicht im Sommer und Herbst häufig 29 °C (84 °F). Ostwinde, die diese warmen Gewässer durchqueren, transportieren erwärmte Luft von oberhalb des Golfstroms ins Landesinnere und tragen in den Wintermonaten zu milderen Temperaturen im gesamten Bundesstaat im Vergleich zu anderen Regionen im Südosten der USA bei.
Der Golfstrom transportiert eine Vielzahl tropischer Fische und Meeresorganismen entlang der Ostküste nach Norden und erstreckt sich im Frühling und Sommer von Florida bis zum äußersten Südosten von Massachusetts. Diese tropischen Arten werden häufig vor der Ostküste beobachtet, wenn sie auf der Suche nach Nahrung den warmen Gewässern des Golfstroms folgen. Dazu gehören verschiedene Arten von Batomorphen, Delfinen, Barrakudas und Drückerfischen. Die Nähe des Golfstroms zu Nantucket, Massachusetts, erhöht die Artenvielfalt erheblich, da dieser Standort die nördliche Grenze für südliche Pflanzenarten und die südliche Grenze für nördliche Pflanzenarten darstellt. Diese einzigartige ökologische Konvergenz wird durch die im Vergleich zum nur 30 Meilen nördlich gelegenen Festland wärmeren Wintertemperaturen in Nantucket begünstigt. Nördlich von Nantucket Island hingegen, entlang der Küste Neuenglands und bis zur Ostküste Kanadas, herrscht der kalte Labradorstrom vor.
Der Nordatlantikstrom, eine Verlängerung des Golfstroms, trägt in Verbindung mit den damit verbundenen warmen Luftströmungen dazu bei, dass Irland und die Westküste Großbritanniens mehrere Grad wärmer bleiben als ihre östlichen Gegenstücke. Dieser Temperaturunterschied ist auf den westlichen Küsteninseln Schottlands besonders ausgeprägt. Entlang der norwegischen Küste ist ein deutlicher Einfluss des Golfstroms und der starken Westwinde auf Europa zu beobachten. Während die nördlichen Regionen Norwegens in der Nähe der Arktiszone liegen, die im Winter überwiegend von Eis und Schnee bedeckt ist, bleibt fast die gesamte norwegische Küste das ganze Jahr über eis- und schneefrei. Dieser wärmende Einfluss des Golfstroms hat die Gründung und den Erhalt bedeutender Siedlungen entlang der Küste Nordnorwegens ermöglicht, darunter Tromsø, die drittgrößte Stadt nördlich des Polarkreises. Darüber hinaus breiten sich durch den Golfstrom erwärmte Wettersysteme nach Nordeuropa aus und mildern auch das Klima in Gebieten hinter den Skandinavischen Bergen.
Zukunftsprognosen
Die Möglichkeit eines Zusammenbruchs des Golfstroms hat in verschiedenen Nachrichtenpublikationen Aufmerksamkeit erregt. Der Sechste Sachstandsbericht des IPCC befasste sich jedoch speziell mit dieser Besorgnis und kam zu dem Schluss, dass sowohl auf der Grundlage von Modellprojektionen als auch theoretischen Erkenntnissen nicht damit zu rechnen ist, dass der Golfstrom in einem sich erwärmenden Klima aufhört. Obwohl eine Verlangsamung des Golfstroms zu erwarten ist, da die atlantische meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) schwächer wird, ist ein vollständiger Zusammenbruch nicht zu erwarten, selbst wenn die AMOC selbst zusammenbrechen würde. Dennoch wird diese Verlangsamung erhebliche Folgen haben, darunter einen Anstieg des Meeresspiegels entlang der nordamerikanischen Küste, geringere Niederschläge in Regionen mittlerer Breite, veränderte Muster intensiver Niederschläge in Europa und den Tropen sowie eine Intensivierung der Stürme im Nordatlantik.
Einfluss auf die Zyklonentstehung
Das warme Wasser und die ausgeprägten Temperaturkontraste an der Peripherie des Golfstroms verstärken häufig die Intensität tropischer und außertropischer Wirbelstürme. Die Bildung tropischer Wirbelstürme erfordert typischerweise Meeresoberflächentemperaturen von mehr als 26,5 °C (79,7 °F). Der Golfstrom ist ein häufiger Ort für die Entstehung tropischer Wirbelstürme, insbesondere im Juli. Diese Stürme ziehen im Allgemeinen westwärts durch die Karibik, bevor sie entweder nach Norden drehen und sich auf die Ostküste der Vereinigten Staaten zubewegen oder eine nordwestliche Flugbahn in den Golf von Mexiko beibehalten. Solche Systeme können starke Winde erzeugen und den südöstlichen Küstenregionen der Vereinigten Staaten großen Schaden zufügen. Der Hurrikan Sandy im Jahr 2012 ist ein aktuelles Beispiel für einen Hurrikan, der sich entlang des Golfstroms bewegte und sich verstärkte.
Robuste außertropische Wirbelstürme wurden beobachtet, die sich entlang flacher Frontalzonen erheblich vertieften, was in der kalten Jahreszeit oft durch den Golfstrom vorangetrieben wird. Subtropische Wirbelstürme entstehen meist auch in der Nähe des Golfstroms. Ungefähr 75 % der zwischen 1951 und 2000 dokumentierten Systeme bildeten sich in der Nähe dieses Warmwasserstroms und wiesen im Mai und Oktober zwei jährliche Aktivitätsspitzen auf. Darüber hinaus können sich im Ozean selbst unter dem Golfstrom Zyklone bilden, die sich bis in Tiefen von bis zu 3.500 m (11.500 ft) unter der Meeresoberfläche erstrecken.
Golfstromwirbel
Der Golfstrom erzeugt regelmäßig Ringe, die dadurch entstehen, dass sich ein Mäander von der Hauptströmung löst und einen unabhängigen Wirbel bildet. Diese Wirbel werden in zwei Typen eingeteilt: Ringe mit kaltem Kern, die eine zyklonale Rotation aufweisen (auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel im Uhrzeigersinn), und Ringe mit warmem Kern, die antizyklonal rotieren. Diese Ringe besitzen die Fähigkeit, die unterschiedlichen biologischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften ihrer Ursprungsgewässer in neue ozeanische Regionen zu transportieren.
Referenzen
Referenzen
- Aktuelle Karte des Golfstroms