Was ist der Golfstrom?

Als Golfstrom wird traditionell die 1513 von Ponce de Leon und seiner Besatzung entdeckte (und schon zwei Jahrzehnte später als Grundlage für die spanische Schiffsroutenberatung genutzte) starke horizontale Meeresströmung an der Oberfläche bezeichnet, die nahe der US-amerikanischen Ostküste von Florida bis North Carolina verläuft. Bei Kap Hatteras auf 35 Grad Nord löst sich der Strom von der Küste und dringt als gebündelter Strahlstrom mit etwa 5 km/h auf 50 km Breite in den offenen Atlantik vor. Nach der Ablösung fängt die Strömung an zu flackern wie eine Kerze mit zu langem Docht. In unregelmässigen Abständen lösen sich geschlossene Ringe ab, die sich dann wie Tiefdruckgebiete der Atmosphäre fortbewegen, aber Lebenszeiten von vielen Monaten erreichen können. Nach etwa 1500 km verliert sich der Charakter als gebündelter Strom, man bezeichnet die Verzweigungen als Golfstromausläufer, den nach Norwegen reichenden Ast auch als Nordatlantischen Strom. Man vermeidet terminologische Schwierigkeiten, wenn man allgemein vom "Golfstromsystem" spricht.
Wie von der Wetterkarte vertraut, läuft auch die Strömung des Golfstroms parallel zu Linien gleichen Drucks (Geostrophie), das ist in diesem Fall die Auslenkung der Meeresoberfläche, die von speziellen Satelliten aus bis auf wenige Zentimeter genau erfasst werden kann ("Altimetrie"').
Über die Entstehung dieser Struktur wurde lange gerätselt; der Name deutet auf heute als irrig angesehene Überlegungen. Eine mathematisch exakte Erklärung, die dann allerdings verblüffend einfach wirkte, wurde erst 1947 angegeben. Die Ursachen sind die von der atmosphärischen Zirkulation aufgezwungene Drehbewegung (Passate aus östlichen Richtungen in den Tropen und Westwinde in mittleren Breiten) und die nach Norden zunehmende Wirkung der Erdrotation auf die Bewegung des Wassers.

Das Bild zeigt die Abweichung der aktuellen Oberflächenauslenkung gegenüber dem langjährigen Mittel, wie sie vom Satelliten gemessen wurde. Nach Kombination mit ozeanographischer Basisinformation (Temperatur und Salzgehalt der oberen 1000 m) wurde eine Darstellung erzeugt, die eine Momentaufnahme der Auslenkung gegenüber einer Fläche gleichen Schwerepotentials darstellt. Je schärfer der Farbsprung, desto stärker die lokale Strömung. Die weissen Bereiche kennzeichnen Gebiete, in denen der Ozean flacher als 1000 Meter ist, so dass die Analyse nicht möglich ist.

Die Strömung führt warmes tropisches Wasser in Richtung Europa und begünstigt damit das, im Vergleich zu anderen Gebieten derselben geographischen Breite, ungewöhnlich milde Klima West- und Nordeuropas. Die Abbildung aus einer NASA Broschüre zeigt für einen Wintertag die Oberflächentemperatur im westlichen Nordatlantik, von kaltem Blau bis warmem Rot.

In den letzten Jahren ist ein anderer, vertikaler Aspekt der Zirkulation ins Interesse auch der Öffentlichkeit gelangt: das an der Oberfläche überwiegend nach Norden strömende Wasser kehrt nach Abkühlung in tiefen Schichten in den südlichen Ozean zurück. Dies ist in dem populären Bild des Ozeanischen Förderbandes von Broecker bewusst grob vereinfachend schematisch dargestellt. Der damit verbundene Transport von Wärme nach Norden wird auf eine Milliarde Megawatt abgeschätzt, das sind 300 Millionen Kilowattstunden pro Sekunde(!).

Tatsächlich liegt der Antrieb dieser Atlantischen "thermohalinen" Zirkulation am nördlichen Ende der Schleife. Das spezifische Gewicht von Meerwasser hängt von Temperatur und Salzgehalt ab. Das von Süsswasser bekannte Dichtemaximum bei 4°C verschiebt sich mit zunehmendem Salzgehalt zu niedrigeren Temperaturen. Bei einem Salzgehalt über 21 Promille (der Ozean hat im Mittel 35) gefriert Wasser, bevor es bei Abkühlung ein Dichtemaximum erreicht. Zum Antrieb der Zirkulation wird also hinreichend salziges Wasser, das hinreichend kalt werden kann, benötigt. Im gegenwärtigen Klima können wir diesen Mechanismus als sich selbst aufrecht erhaltende Pumpe ansehen: je stärker das Tiefenwasser gebildet wird, desto mehr salzreiches Wasser wird an der Oberfläche nach Norden gezogen.
Mit verschiedenen Computermodellen wurde gezeigt, dass ein Frischwassereintrag, wie etwa beim Abschmelzen der kontinentalen Eisschilde nach der Eiszeit, ausreicht, die Zirkulation erliegen zu lassen. Für die künftige Entwicklung des Klimas ist hier ein besonders kritischer Punkt zu sehen, der schon als "Achillesferse" des Klimasystems bezeichnet wurde. Zunehmender Wasserdampftransport von den Tropen zum Pol als Folge der Erwärmung, aber auch eine Veränderung der Schneebilanz auf Grönland (zunehmender Schneefall und mehr Schmelze an den Küsten) könnten zu einer Veränderung des Antriebsmechanismus führen. Die z.Zt. betriebenen Klimamodelle geben unterschiedliche Antworten. Die meisten liefern für das Jahr 2100 etwa eine mässige bis starke Abschwächung, die zu einer Verzögerung der Erwärmung in Europa führt, oder auch zu vorübergehender leichter Abkühlung. Es wurden auch Modellergebnisse vorgestellt mit dem Befund, dass die Zirkulation bei sehr rasch zunehmendem Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre völlig stoppen könnte. Die Frage nach der Zukunft des Golfstromsystems ist also noch offen.