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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-32097
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2007/3209/


Modelluntersuchung zur Erwärmung des Bodenwassers der Grönlandsee

Numerical examination of the Greenland Sea's bottom water warming

Logemann, Kai

pdf-Format:
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SWD-Schlagwörter: Tiefsee , Ventilation , Meeressediment , Advektion-Diffusionsgleichung , Zirkulation
Freie Schlagwörter (Deutsch): Grönlandsee , Sedimentplumes , Sekundärzirkulation , Diffusion
Freie Schlagwörter (Englisch): Greenland Sea , sediment plumes , secondary circulation , Diffusion
Basisklassifikation: 38.90
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Quadfasel, Detlef (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 01.02.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 28.02.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Die während der letzten Dekaden stark reduzierte tiefreichende thermische Konvektion in der Grönlandsee ermöglicht den Einblick in weitere Tiefseeventilationsprozesse, die hier unabhängig von Konvektion stattfinden. Diese bewirken eine Erwärmung des Bodenwassers der Grönlandsee (unterhalb von 2500 m Tiefe) etwa seit Beginn der 1980er Jahre von etwa 0.1 K pro Dekade.

Mit Hilfe eines neu entwickelten Ozeanmodells wird in einer Reihe numerischer Experimente versucht, den diese Erwärmung hauptsächlich bewirkenden Ventilationsmechanismus zu bestimmen. Dabei ermöglicht die Technik horizontaler und vertikaler Gitterverfeinerung über den Hängen des Tiefseebeckens die Auflösung der für die Tiefseeventilation wichtigen Prozesse in der Bodengrenzschicht.

Es werden drei Prozesse untersucht: 1. sedimentgetriebene Hangkonvektion, 2. vertikale (diapyknische) turbulente Vermischung und 3. vertikale Advektion im Rahmen einer Sekundär- und Tertiärzirkulation.

Die Simulationen deuten darauf, dass das Erwärmungspotential von durch Sedimentaufwirbelung verursachten Trübeströmen am ostgrönländischen Kontinentalhang um mindestens zwei Größenordnungen zu gering ist, um die beobachtete Erwärmung zu bewirken. Einen wesentlich größeren Beitrag leistet vertikale Diffusion. Aufgrund der im Tiefseebereich der Grönlandsee außerordentlich intensiven Turbulenz beträgt dieser 20 bis 40 % der beobachteten Erwärmung.

Den wichtigsten Prozess stellt jedoch eine Absinkbewegung im Inneren des Beckens dar, die für 60 bis 80 % der Erwärmung verantwortlich ist. Diese Absinkbewegung ist Teil einer aus zwei übereinanderliegenden Zellen bestehenden Sekundärzirkulation, die vom entlang der Beckenberandung gerichteten Druckgradienten angetrieben wird. Die untere der beiden Zellen führt Bodenwasser den Hang hinauf, von der Tiefseeebene bis in eine Tiefe von 1500 m, wodurch die häufig beobachtete bodennahe Kaltfront an den Rändern des Tiefseebeckens entsteht. Das so den Bodenwasserbereich verlassende kalte Wasser wird weiter im Beckeninneren durch absinkendes wärmeres Wasser ersetzt, dessen Temperatur sich durch den entlang des Weges zunehmenden Druck zusätzlich erhöht.

Diese Ergebnisse deuten auf eine möglicherweise generell unterschätzte Bedeutung der Sekundärzirkulation für die Ventilation der Tiefsee hin.
Kurzfassung auf Englisch: For the past two decades the extreme reduction of deep winter convection in the Greenland Sea enables insights into further, still working processes of the Greenland Sea's bottom water ventilation. Since the beginning of the 1980s these processes are causing a warming of waters below 2500 m at about 0.1 K per decade.

The warming processes are examined by a set of numerical experiments performed by a new ocean model. The model uses adaptive horizontal and vertical mesh refinement at the continental slopes in order to resolve the bottom boundary layer sufficiently.

The examined processes are: 1. sediment-induced slope convection, 2. vertical (diapycnal) turbulent mixing, and 3. vertical advection caused by a secondary or tertiary circulation.

The simulations show that the potential warming caused by turbidity currents of suspended sediment flowing down the east Greenland slope is too small, by at least two orders of magnitude, to explain the observed warming. Vertical diffusivity seems to be more important. Between 20 and 40 % of the overall warming are caused by the Greenland Sea's comparable intense turbulent mixing.

However, the most effective process is a sinking in the basin's interior, which causes between 60 to 80 % of the overall warming. This sinking is part of a secondary circulation consisting of two cells, which are driven by the along-slope pressure gradient at the basin margin. Within the bottom boundary layer the deeper cell's cross-slope transport leads to upwelling of bottom water up to the depth of 1500 m. This causes the cold front near the bottom often observed at the east Greenland continental slope. Downwelling warmer water replaces the upwelling cool water in the central basin. The adiabatic warming along the sinking water path increases the secondary circulation warming effect significantly.

The results point towards the possibility of a general underestimation of secondary circulation effects in deep sea ventilation scenarios.

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