1.4: Meeresströmungen aufgrund unterschiedlicher Salinität
| Autoren: | |
| Publikation: | 18.5.2017 |
| Lernstufe: | 3 |
| Übersicht: | Die Schüler stellen experimentell fest: Salzwasser hat eine höhere Dichte als Süßwasser. Der unterschiedliche Salzgehalt verschiedener Wassermassen ist eines der Motoren der Meeresströmungen. |
| Angestrebte Kenntnisse: |
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| Wortschatz: | die thermohaline Zirkulation, die Salzlake |
| Dauer: | 1 Stunde |
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Für jede Schülergruppe:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Ausgangsfrage
Am Ende der letzten Unterrichtsstunde haben wir festgestellt, dass Temperaturunterschiede Meeresströmungen antreiben können. Der Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Wassermassen reicht aber nicht aus, um das Abtauchen des Nordatlantikstroms nordöstlich von Island und südlich von Grönland zu erklären. Es gibt noch eine weitere wichtige Ursache, die in dieser Unterrichtsstunde erkundet werden soll.
Die Lehrerin fragt: "Was könnte es noch für Unterschiede geben – außer der Temperatur – zwischen dem Wasser, das vom Äquator kommt, und dem Wasser nordöstlich von Island und südlich von Grönland?". Die Antwort ist recht kompliziert und die Lehrerin wird nach und nach Hilfestellungen geben müssen, damit die Schüler auf die Antwort kommen. Die Lehrerin kann zum Beispiel darauf hinweisen, dass es am Nordpol Meereis gibt. Und dass dieses Meereis hauptsächlich aus Süßwasser besteht. "Wo bleibt das Salz, wenn sich aus dem Meerwasser Meereis bildet?". Antwort: "Im Wasser in der Umgebung des Meereises." Die Antwort auf die ursprüngliche Frage lautet letztendlich: "Es gibt einen Unterschied im Salzgehalt."
Wissenschaftliche Anmerkung
Das Wasser des Nordatlantikstroms wird auf seinem Weg nach Norden kälter, weil es Wärme an die Atmosphäre abgibt, weil es unterwegs auf den kühlen Labrador-Strom trifft und weil es teilweise verdunstet (Verdunstungskälte, siehe Fußnote 2 der Unterrichtsstunde 1.3).
Das Wasser des Nordatlantikstroms wird auch salzhaltiger, weil ein Teil des Wassers verdunstet und das Salz im Meer verbleibt. Das reicht aber nicht aus, um zu erklären, weshalb der Nordatlantikstrom nordöstlich von Island und südlich von Grönland in die Tiefe sinkt.
Das arktische Meereis am Nordpol wird aus Meerwasser gebildet, allerdings wird beim Gefrieren das Salz nicht in die Eiskristalle eingebaut. Nur ein kleiner Teil des Meerwassers bleibt im Eis gefangen (in sogenannten Soletaschen). Das führt dazu, dass der Salzgehalt des Meereises sehr niedrig ist – ungefähr 0,3 bis 0,5 % [1] – und der Salzgehalt des Meerwassers in direkter Umgebung des Meereises sehr hoch.
Wasser ist umso schwerer, je mehr Salz es enthält. Deshalb sinkt das salzige Wasser in Meereisnähe nach unten. Das hat zur Folge, dass Wasser von der Ozeanoberfläche in die Tiefe "gezogen" wird, um das absinkende (salzige) Wasser zu ersetzen [2].
Die Erklärung für die Entstehung des Golfstroms bzw. des Nordatlantikstroms ist in Wirklichkeit noch viel komplizierter. Es spielen u. a. auch Winde und die Erddrehung (Stichwort Coriolis-Kraft) eine Rolle. Im Wiki Klimawandel gibt es eine ausführliche Erklärung zum globalen Förderband.
Experiment zur Dichte von Salz- und Süßwasser
Die Schüler sollen sich ein Experiment überlegen, mit dem man zeigen kann, dass salziges Wasser eine höhere Dichte hat ("schwerer" ist) als Süßwasser.
Ein mögliches Experiment ähnelt dem Experiment aus der vorherigen Unterrichtsstunde. Man füllt ein Gefäß mit Leitungswasser (= Süßwasser) und ein kleines Fläschchen mit Wasser, Salz und Lebensmittelfarbe (gelb in Abb. 1). Oder/und man geht umgekehrt vor: Man füllt Wasser und Salz in das Gefäß und Leitungswasser und Lebensmittelfarbe (grün in Abb. 1) in das kleine Fläschchen. Die Schüler führen die Experimente in kleinen Gruppen durch.
Abb. 1: Links: Salzwasser (gelb) wird in Süßwasser gegeben.
Rechts: Süßwasser (grün) wird in Salzwasser gegeben.
Wissenschaftliche Anmerkung
Je größer der Unterschied im Salzgehalt ist, desto besser funktioniert das Experiment. Um den Salzgehalt von Meerwasser zu erreichen, gibt man etwa drei bis vier Esslöffel Salz in ein Liter Leitungswasser.
Gemeinsame Erörterung
Das Experiment zeigt, dass Salinitätsunterschiede Meeresströmungen erzeugen können. Die Ursache liegt in der unterschiedlichen Dichte von Süßwasser und salzigem Wasser. Man spricht von haliner Konvektion.
Auch hier können die Schüler wieder, falls es in der Schule eine Präzisionswaage gibt, Süßwasser und Salzwasser wiegen. Bei gleichem Volumen ist Salzwasser schwerer als Süßwasser.
Literaturrecherche
Die Lehrerin verteilt das Arbeitsblatt 4 (Die thermohaline Zirkulation). Die großen Meeresströmungen sind Teil einer globalen Zirkulation (Umwälzung). Man nennt sie thermohaline Zirkulation – von thermós (altgriechisch für warm) und háls (altgriechisch für Salz). Siehe dazu auch die Fußnote 1 der Unterrichtsstunde 1.3.
Nachdem alle Schüler den Text gelesen haben, wird gemeinsam darüber diskutiert.
Zusammenfassung
Die Klasse erarbeitet gemeinsam eine Schlussfolgerung.
Beispiel: Salziges Wasser hat eine höhere Dichte als Süßwasser. Der Unterschied in der Salinität von Wassermassen ist eine der Ursachen für Meeresströmungen. Wegen des Klimawandels schmilzt das arktische Meereis und die Ozeane werden wärmer. Das hat Konsequenzen für die großen Meeresströmungen (wie zum Beispiel den Golfstrom).
Fußnoten
1: Wenn man sagt, das Meereis habe einen Salzgehalt
von 0,3 %, bedeutet das: In 1 kg Meereis sind 0,3 g Salz.
Zum Vergleich: Das Meerwasser im Atlantik, Pazifik und Indischem Ozean hat einen
Salzgehalt von etwa 3,5 % (3,5 g Salz pro kg Meerwasser).
Ab einem Salzgehalt (einer Salinität) von 1,0 % spricht man von Salzwasser.
Süßwasser hat eine Salinität von unter 0,1 %. Bei einer Salinität zwischen
0,1 % und 1,0 % spricht man von Brackwasser.
2: Auf der Seite des National Ocean Service wird die thermohaline Zirkulation in Bildern erklärt.
Letzte Aktualisierung: 16.8.2021
