Tropische Wirbelstürme

Viele der Hypothesen über die Gründe für den Übergang zu einem ausgeglichenen Klima konzentrieren sich auf die Fähigkeit des Ozeans, Wärme in die hohen Breiten zu transportieren. Wenn der Ozean mehr Wärme von den Tropen zu den Polen transportieren könnte, würde die Temperatur in den hohen Breiten zunehmen, während die niedrigen Breiten ungefähr auf der gleichen Temperatur bleiben würden. Laut Kerry Emanuel (2002) steuert die Menge der vertikalen Vermischung, die im Ozean auftritt, die Größe des Wärmetransports im Ozean. Wenn die Vermischung zunimmt, würde der Ozean daher mehr Wärme in die nördlichen Breiten transportieren. Als Ergebnis schlägt Emanuel vor, dass häufigere tropische Wirbelstürme die Vermischung auf ein Niveau erhöht haben könnten, das hoch genug ist, um das ausgeglichene Klima verursacht zu haben.

Tropische Wirbelstürme verursachen vertikale Vermischung im Ozean. (Bild mit freundlicher Genehmigung des National Park Service)

Wissenschaftler haben beobachtet, dass Hurrikane Turbulenzen im Ozean verursachen und dadurch eine Vermischung verschiedener Wasserschichten auslösen (Emanuel, 2002). Wenn sich also durch einen Mechanismus mehr Hurrikane bilden würden, würde sich der Ozean häufiger vermischen.Während des Paläozän-eozänen thermischen Maximums waren die Treibhausgaskonzentrationen höher als heute (Sluijs, 2006). Diese Gase hätten die Temperaturen ansteigen lassen, mehr Verdunstung auftreten und die Menge an Wasserdampf in der Luft zunehmen können. Sowohl die höhere Temperatur als auch die Zunahme der Feuchtigkeit in der Atmosphäre würden die Bildung tropischer Wirbelstürme fördern. Diese Entwicklung würde dazu führen, dass sich der Ozean stärker vermischt und der Wärmetransport im Ozean in der thermohalinen Zirkulation (THC), der großräumigen Zirkulation, die von Dichtegradienten des Ozeans angetrieben wird, erhöht wird.

Warum sollte die Sonne warmes Wasser zu den Polen bringen? Dichteunterschiedetreiben die Zirkulation an. Je kälter und salziger das Wasser ist, desto dichter ist es. Da sich eine dichte Flüssigkeit im Gleichgewicht unter einer anderen Flüssigkeit absetzt, die weniger dicht ist, möchte kaltes und salziges Wasser auf den Grund des Ozeans sinken, während warmes, frisches Wasser an die Oberfläche steigen möchte. Denken Sie an Öl und Wasser. Wenn sie in einem Behälter miteinander vermischt werden, schwimmt das Öl schließlich nach oben, während das Wasser nach unten sinkt, da es dichter als das Öl ist. Dieser Prozess erklärt den Teilnehmern die Grundlagen. Kaltes, salziges Wasser sinkt auf den Grunddes Ozeans im nördlichen Atlantik. Da dieses Wasser einen Raum an der Oberfläche freigibt, muss sich Wasser aus dem Süden entlang der Oberfläche des Ozeans bewegen, um seinen Platz einzunehmen.In ähnlicher Weise muss dieses Wasser aus dem Süden ersetzt werden, so dass Wasser aus den Tiefen des Ozeans in den Tropen an die Oberfläche kommt und sich erwärmt, wenn es die Oberfläche erreicht. Weil es dann warm ist, kann dieses Wasser auf den kälteren Schichten darunter schwimmen, bis es den Nordatlantik erreicht, wieder kalt wird und sinkt, um den Zyklus neu zu starten.

Die Thermohaline Zirkulation wird durch Dichteunterschiede angetrieben. (Bild mit freundlicher Genehmigung des National Environmental Satellite, Data, and Information Service)

Vertikale Vermischung in den Tropen durch tropische Wirbelstürme kann das Klima beeinflussen und erhöht den Wärmetransport im Meer, da es Wasser auf eine Weise umverteilt, die dazu führt, dass kaltes, salziges Wasser auf warmem, frischem Wasser liegt. In dieser Situation will sich das Wasser neu anordnen, um die Wärme aus dem warmen Wasser in der Tiefe zu verteilen und dieses weniger dichte Wasser wieder auf das dichtere, kalte Wasser zu bringen. Aufgrund der Vermischung folgen tropischen Wirbelstürmen häufig kalte Aufwachbewegungen auf der Meeresoberfläche, was bedeutet, dass kalte Wasserflecken aus dem tiefen Ozean an die Oberfläche steigen. Um zu normalen Bedingungen zurückzukehren, muss ein Netto-Wärmestrom auf der Meeresoberfläche auftreten, und dieser Zustrom muss auf lange Sicht durch einen seitlichen Export durch den Ozean ausgeglichen werden (Emanuel, 2002). Die folgende Gleichung erklärt diese Korrelation zwischen vertikaler Vermischung und lateralem Wärmefluss:

F ~ P2 / 3B2/3

wobei F der laterale Wärmefluss des Ozeans ist, P die beim vertikalen Mischen aufgewendete Leistung ist und B der gesamte Auftriebsgradient an der Meeresoberfläche ist. Beim Mischen nimmt der Auftriebsgradient zu. Daher nimmt auch der laterale Wärmefluss zu. Diese Tatsache bedeutet, dass das Mischen den Wärmefluss von den Tropen zu den Polen entlang der Meeresoberfläche fördert, um das Wasser entsprechend seiner Dichte angemessen umzuverteilen. Wenn also die Häufigkeit tropischer Wirbelstürme zunehmen würde, würde auch die Vermischung zunehmen und viel mehr Wärme würde die hohen Breiten erreichen. Dieses Szenario könnte zur Bildung eines ausgeglichenen Klimas führen.

Hurrikan Bonnie hinterließ 1998 eine Kaltwasserwelle. (Bild mit freundlicher Genehmigung vonnasa)

Diese Theorie scheint dann eine plausible Erklärung für gleichmäßiges Klima zu sein. Es erklärt, wie die hohen Breiten wärmer wurden, während sich die niedrigen Breiten nicht drastisch änderten. Es heißt, dass tropische Wirbelstürme mehr vertikale Vermischung verursachten, was den lateralen Wärmefluss zu den Polen erhöhte. Dieser größere Wärmefluss erwärmte die Pole, ohne die Temperatur in den Tropen zu beeinflussen. Solange die anfängliche Annahme, dass mehr tropische Wirbelstürme die vertikale Vermischung erhöhen würden, zutrifft, scheint Emanuels Theorie eine vernünftige Erklärung für das ausgeglichene Klima des Eozäns zu liefern.

Weitere Untersuchungen dieser Theorie zeigen jedoch, dass Emmanuels Theorie die Art und Weise, wie tropische Wirbelstürme das Klima beeinflussen, nicht genau beschreibt. Während Zyklone die OHT erhöhen, erreicht die Wärme nicht die Pole, und daher scheint es unwahrscheinlich, dass tropische Wirbelstürme die Pole wesentlich erwärmt haben (Sriver und Huber, 2007). Darüber hinaus zeigen Arbeiten von Jansen und Ferrari, dass tropische Wirbelstürme tatsächlich dazu führen, dass etwas Wärme in Richtung Äquator fließt und die Menge, die in Richtung der Pole fließt, verringert (2009). Um mehr über diese anderen Studien zu erfahren, klicken Sie hier.