Meerwasserwissenschaft: Modellieren Sie Meeresströmungen in Ihrer Küche

Eine meereswissenschaftliche Studie von Science Buddies

Schlüssel KonzepteMeeresströmungenFlüssigkeitenDichteSalzgehaltBewegungWärmeEinführung Unter den Wellen gibt es in den Weltmeeren Strömungen, die große Mengen wärmeren oder kühleren Wassers von der Küste eines Kontinents zur Küste eines anderen bewegen können. Diese Strömungen haben tiefgreifende Auswirkungen auf das kontinentale Klima, insbesondere in den an den Ozean angrenzenden Regionen. Beispielsweise dürfte der Golfstrom (eine warme Strömung, die vom Golf von Mexiko in den Nordatlantik fließt) Nordwesteuropa viel wärmer machen, als es sonst wahrscheinlich wäre. Haben Sie sich jemals gefragt, was diese wichtigen Strömungen verursacht? In dieser wissenschaftlichen Aktivität modellieren Sie das Verhalten dieser „Flüsse“ aus warmem und kaltem Wasser im Ozean, um herauszufinden, wie sich die Temperatur auf die Richtung und Geschwindigkeit der Strömungen auswirkt.Hintergrund Meeresströmungen haben tiefgreifende Auswirkungen auf Wetter und Klima, den Seetransport und den Nährstoffkreislauf. Tiefseeströmungen werden durch Unterschiede in der Wasserdichte angetrieben, die durch die Temperatur (kaltes Wasser ist dichter als warmes Wasser) und den Salzgehalt (salziges Wasser ist dichter als Süßwasser) gesteuert wird. Wie entstehen durch die unterschiedliche Dichte des Meereswassers die globalen Strömungen? Um die Tiefseeströmungen zu verstehen, ist es am einfachsten, zunächst die Polarregionen der Erde zu betrachten. Das in diese Regionen fließende Wasser wird kalt, was seine Dichte erhöht. Da sich beim Gefrieren des Wassers Eis bildet, wird dem Ozean Süßwasser entzogen (es hat sich in Eis verwandelt), wodurch das Meerwasser salziger wird. Aufgrund der niedrigeren Temperatur und des zusätzlichen Salzes ist das kalte Wasser nun dichter und sinkt zum Meeresboden. Anschließend dringt Oberflächenwasser ein, um das absinkende Wasser zu ersetzen, wodurch eine Strömung entsteht. Ein globales „Förderband“ wird in Gang gesetzt, wenn sich im Nordatlantik dichtes Wasser bildet, sinkt, sich nach Süden bewegt, um die Antarktis zirkuliert und sich dann nach Norden in die Becken des Indischen Ozeans, des Pazifiks und des Atlantiks bewegt. Dieses Förderband bewegt viel Wasser – es handelt sich um ein riesiges Zirkulationsmuster, das etwa 100-mal mehr Wasser transportiert als der Amazonas! Obwohl die Bewegung von Meeresströmungen von der Temperatur und dem Salzgehalt abhängt, erfahren Sie in dieser Aktivität, wie allein die Temperatur Strömungen in einer Flüssigkeit erzeugen kann.Materialien

Beobachtungen und Ergebnisse Haben Sie gesehen, wie sich die getrockneten Thymianblätter über der Flamme schnell nach oben bewegen, sich dann horizontal zur Seite bewegen und langsam wieder nach unten fallen? Da wärmere Flüssigkeiten weniger dicht sind als kühlere Flüssigkeiten, sollte bei dieser Aktivität die direkt über der Flamme erhitzte Flüssigkeit weniger dicht sein als die Flüssigkeit, die weiter von der Flamme entfernt ist. Folglich sollte sich die weniger dichte Flüssigkeit direkt über der Flamme nach oben bewegen. Wenn es die Oberfläche erreicht, sollte es sich dann horizontal nach außen bewegen (in alle Richtungen, symmetrisch). Je weiter sie von der Flamme wegfließt und abkühlt, desto langsamer wird die nun dichtere Flüssigkeit und sinkt wieder nach unten. Während sich die Flüssigkeit direkt über der Flamme nach oben bewegt, bewegt sich gleichzeitig die Flüssigkeit am Boden der Schale nach innen, in Richtung der Flamme, um die aufsteigende Flüssigkeit zu ersetzen – und so entsteht eine Strömung. Dies ist das Muster, das Sie bei dieser Aktivität beobachten sollten, indem Sie die Bewegung der getrockneten Thymianblätter beobachten. Diese Bewegung innerhalb einer Flüssigkeit, die durch das Aufsteigen weniger dichter Materie und das Absinken dichterer Materie entsteht, wird Konvektion genannt und ist die Grundlage für das globale „Förderband“ der Meeresströmungen. Obwohl auf der ganzen Welt viel Wasser auf diese Weise bewegt wird, bewegt das globale Förderband das Wasser langsam, mit höchstens zehn Zentimetern pro Sekunde, sodass es etwa 1.000 Jahre dauern kann, bis Wasser aus dem Nordatlantik seinen Weg in den Nordpazifik findet! Auswirkungen von Veränderungen in der Förderbandzirkulation sind jedoch viel schneller spürbar.Aufräumen Wenn Sie ölige Verschmutzungen gemacht haben, versuchen Sie, diese mit warmem Wasser und Seife zu entfernen. Die bei dieser Aktivität hergestellte Mischung aus Pflanzenöl und getrockneten Thymianblättern kann kompostiert oder im Müll entsorgt werden (sollte jedoch nicht in den Abfluss geschüttet werden).Mehr zu entdeckenThermische Konvektion und Viskosität einer Flüssigkeit, von LW Braile an der Purdue UniversityOcean Currents: Modeling the „Global Conveyor Belt“ in Your Kitchen, von Science BuddiesCurrents: The Global Conveyor Belt, von der National Oceanic and Atmospheric AdministrationWissenschaftliche Aktivitäten für alle Altersgruppen!, von Wissenschaftsfreunde

Diese Aktivität wurde in Zusammenarbeit mit Science Buddies für Sie durchgeführt

Benjamin Storrow und E&E News

Monisha Ravisetti und SPACE.com

Katie Hafner und die Initiative „Lost Women of Science“.

Steven Dashiell | Meinung

Shi En Kim

Chelsea Harvey und E&E News