Kleinskalige Physik und Turbulenz
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-Bild: HZG-

Forschung & Projekte

Wasserturbulenz in der küstennahen Nordsee
Bild Thermokline

Darstellung einer Thermokline. Das Wasser nahe der Oberfläche ist klar erkennbar durch die Thermokline vom kühleren Bodenwasser getrennt. -Bild: HZG-

Während des Sommers bildet sich in der Nordsee durch die verstärkte Wärmeaufnahme eine oberflächennahe Warmwasserschicht. Diese ist vom kühleren Wasser darunter durch eine relativ dünne Übergangszone getrennt. Diese Zone wird Thermokline genannt.
Diese saisonale Schichtung des Wassers ist entscheidend für das Wachstum von Phytoplankton und damit für das marine Nahrungsnetz. Zusätzlich beeinflusst diese Wasserschichtung die Menge der Schwebstoffe im Wasser und die Bildung von Zonen mit geringem Sauerstoffgehalt (sogenannte „Todeszonen“). Allerdings ist die Vorhersage des Entstehens und der Entwicklung der Schichtung nicht einfach. Sie hängt entscheidend ab vom Verständnis über das jeweils aktuelle Vorhandsein von Turbulenz in der Nordsee, welche die Schichtung durch Vermischungsprozesse auflösen kann. Die Turbulenz kann durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Prozessen erzeugt werden.

Von besonderem Interesse ist dabei die Untersuchung der Turbulenz, welche entsteht, wenn die Gezeiten Wasser über den Meeresboden hin- und herbewegen. Turbulenz, die so erzeugt wird, leisten einen Beitrag zur Erhöhung der Schwebstoffe im Wasser, da Partikel vom Boden mitgerissen werden. Zudem trägt sie zur langsamen Durchmischung der Wasserschichtung bei. Die Abteilung „Kleinskalige Physik und Turbulenz“ untersucht auch die turbulenten Vermischungsprozesse direkt in der Thermokline.

Ziel ist, die Prozesse zu verstehen, die die Wasserschichtung der Nordsee bestimmen, und damit mögliche Veränderungen modellieren und vorhersagen zu können. Diese Veränderungen könnten zum Beispiel von Windparks im Meer oder durch den Klimawandel verursacht werden.

Glider

Ein Glider kurz vor einer weiteren Messfahrt. -Bild: HZG-

Die Abteilung „Kleinskalige Physik und Turbulenz” nutzt zur Zeit sogenannte Glider zur Messung von Turbulenzprozessen in der Nordsee und im Arktischen Ozean.

Glider sind Unterwasserfahrzeuge, welche ferngesteuert über eine Satellitenverbindung betrieben werden können. Sie werden für Langzeit- und Langstreckenmessungen eingesetzt, wobei sie aufgrund ihres niedrigen Energieverbrauchs über mehrere Wochen am Stück unterwegs sein können. Sie benutzen dabei keine Schraube zur Vorwärtsbewegung. Vielmehr gleiten sie durch das Wasser, indem sie mit einer Pumpe ihren Auftrieb verändern. Kleine Tragflächen am Rumpf sorgen dabei ähnlich wie bei einem Segelflugzeug für die Vorwärtsbewegung. Durch das Ab- und Auftauchen bewegen sich die Glider im Einsatz somit auf einer „Sägezahnbahn“ durch den Ozean.

Während Glider ursprünglich nur in Tiefwasser eingesetzt wurden, betreibt unsere Abteilung sie erfolgreich in den flachen und dynamischen Küstenregionen der Nordsee. Sie bieten eine ideale Plattform zur Messung der Turbulenz, und zur Zeit werden sie zur Untersuchung von Wasservermischungsprozessen und Entstehung von Schwebstoffen eingesetzt.

Auswirkungen von Windparks auf den Ozean
Simulationen von Turbulenz im Ozean