Kleinskalige Physik und Turbulenz
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-Bild: HZG-

Forschung & Projekte

Wasserturbulenz in der küstennahen Nordsee
Bild Thermokline

Darstellung einer Übergangszone zwischen geschichtetem und vermischten Wasser in der Nordsee 2014.-Bild: HZG-

Während des Sommers bildet sich in großen Teilen 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.

Ziel ist es, diese Prozesse zu verstehen und mit diesem Wissen mögliche Veränderungen zu modellieren und vorherzusagen. Diese Veränderungen könnten zum Beispiel bei der Installation von Offshore-Windparks oder bei steigenden Temperaturen aufgrund des Klimawandels auftreten.

Die Arbeit der Gruppe Kleinphysik und Turbulenz zielt darauf ab, die Turbulenzen zu quantifizieren, die durch Prozesse wie Stürme oder durch die Gezeiten, die Wasser über den Meeresboden bewegen, erzeugt werden. Die auf diese Weise erzeugte Turbulenz trägt zur Vermischung der Schichtung bei und erhöht die Sediment-Suspension, wenn Partikel aus dem Meeresboden gezogen werden. Von besonderem Interesse sind die turbulenten Mischprozesse, die direkt innerhalb der Thermokline wirken.

Unterwasser-Glider


Glider_Kopetzky

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

Die Abteilung Kleinskalige Physik und Turbulenz nutzt zur Zeit sogenannte Glider zur Messung von Turbulenzprozessen in der Nordsee und anderen Regionen.

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.

Die Glider tasten das Meer vertikal ab, indem sie eine Pumpe benutzen, um ihren Auftrieb zu verändern, und Flügel, um sie beim Tauchen und Steigen vorwärts zu bewegen. S gleicht ihr Bewegungsprofel einem Sägezahnmuster. Sie bieten eine ideale Plattform für Turbulenzmessungen.

Eigentlich werden Glider in tieferen Gewässern eingesetzt. Unsere Forschungsgruppe betreibt sie jedoch erfolgreich in der oberflächennahen und energiereichen Nordsee-Küstenregion, obwohl der starke Schiffsverkehr erhebliche betriebliche Herausforderungen mit sich bringt.

Auswirkungen von Windparks auf den Ozean
Simulationen von Turbulenz im Ozean
Energietransfer im oberflächennahen Ozean