Die potentielle Dichte ist eine in der Ozeanographie verwendete Kenngröße, die die Dichte von Meerwasser beschreibt, nachdem dieses adiabatisch auf den Normaldruck von einer Atmosphäre (1013 hPa) gebracht wurde. Um die Werte handlicher zu machen, wird die Dichte von reinem Wasser (1000 kg/m³) abgezogen. Die potentielle Dichte ermöglicht den Vergleich von Wassermassen, spielt eine zentrale Rolle bei der Analyse von Meeresströmungen und wird zur Untersuchung der Schichtung des Ozeans eingesetzt. Flächen gleicher potentieller Dichte, sogenannte Isopyknen, dienen dabei als bevorzugte Bezugsebenen für die großräumige Ozeanzirkulation.
Definition
Die potentielle Dichte σΘ wird definiert als
mit:
- : Dichte des Meerwassers bei Normaldruck (1 atm), abhängig von Salinität S und potentieller Temperatur Θ
- S: Salinität (in praktischen Salinitätseinheiten PSU)
- Θ: potentielle Temperatur, also die Temperatur, die ein Wasserpaket nach adiabatischer Verbringung an die Oberfläche hätte
Die Subtraktion von 1000 kg/m³ ist eine Konvention, die die Werte handlicher macht (typischerweise zwischen 20 und 30).
Bedeutung in der Ozeanographie
Die potentielle Dichte ist eine der zentralen Kenngrößen der physikalischen Ozeanographie.
- Strömungsantriebe:
Horizontale Unterschiede in der potentiellen Dichte sind die Hauptursache großskaliger Strömungen. Dichtere Wassermassen sinken unter leichtere, wodurch Druckgradientenkräfte entstehen, die Meeresströmungen antreiben.
- Stabilität der Schichtung:
Die vertikale Verteilung von σΘ erlaubt Rückschlüsse auf die statische Stabilität der Wassersäule. Nimmt die potentielle Dichte mit der Tiefe zu, ist die Schichtung stabil. Abweichungen davon begünstigen vertikale Durchmischungsprozesse.
- Wassermassenanalyse:
In der ozeanographischen Praxis wird σΘ zur Identifikation und Abgrenzung von Wassermassen genutzt. Charakteristische Wassermassen wie Antarktisches Bodenwasser oder Nordatlantisches Tiefenwasser lassen sich anhand von Salinität–Temperatur-Diagrammen in Verbindung mit der potentiellen Dichte eindeutig beschreiben.
- Isopyknen:
Flächen gleicher potentieller Dichte, sogenannte Isopyknen, dienen als Bezugsebenen für Strömungen im Ozean. Entlang von Isopyknen bewegen sich Wassermassen vergleichsweise reibungsarm, was sie zu wichtigen Referenzflächen für die Analyse der großräumigen Ozeanzirkulation macht.
Potentielle Dichte, bezogen auf Druckebenen
Da Druckeffekte im Ozean eine große Rolle spielen, wird die potentielle Dichte oft nicht nur auf Normaldruck, sondern auf einen Referenzdruck (z. B. 2000 dbar oder 4000 dbar) bezogen. Man spricht dann von σ2 oder σ4. Diese Definitionen sind notwendig, um die Dichteunterschiede in größeren Tiefen korrekt zu beschreiben, da sich kompressible Effekte auf die Dichteberechnung auswirken.
Siehe auch
- Relative Dichte
- Potentielle Temperatur
- Dichte (Physik)
- Thermohaline Zirkulation
- Schichtung
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