Allgemeine Meereskunde: eine Einführung in die Ozeanographie ; mit 48 Tabellen
Gespeichert in:
Format: | Buch |
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Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Borntraeger
1975
|
Ausgabe: | 3., neubearb. Aufl. |
Schlagworte: | |
Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
Beschreibung: | Literaturverz. S. 546 - 576 |
Beschreibung: | XII, 593 S. Ill., zahlr. graph. Darst. 4 Kt. |
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adam_text | Titel: Allgemeine Meereskunde
Autor: Dietrich, Günter
Jahr: 1975
Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur 1. Auflage .................................................................. III
Vorwort zur 3. Auflage.................................................................. III
1. Geomorphologie des Meeresbodens .................................................... 1
1.1. Topographie des Meeresbodens.................................................... 1
1.1.1. Verteilung von Land und Wasser.............................................. 1
1.1.2. Grenzen und Namen der Meere .............................................. 1
1.1.3. Größe der Meere........................................................... 3
1.1.4. Entwicklung der Kenntnisse vom Relief des Meeresbodens........................ 3
1.1.5. Statistik der Tiefen ......................................................... 6
1.1.6. Großgliederung des Meeresbodens............................................ 6
1.1.7. Bezeichnungen und Definitionen der ozeanischen Bodenformen ................... 14
1.2. Sedimente am Meeresboden....................................................... 15
1.2.1. Natur des Meeresbodens .................................................... 15
1.2.2. Hilfsmittel der marinen Sedimentologie........................................ 16
1.2.3. Herkunft der Sedimente ..................................................... 22
1.2.4. Korngrößenverteilung der Sedimente.......................................... 24
1.2.5. Chemische Zusammensetzung der Sedimente ................................... 24
1.2.6. Geographische Verteilung der Sedimente ...................................... 25
1.3. Mechanik der Sedimentation ...................................................... 26
1.3.1. Physikalische Bestimmungsgrößen ............................................ 26
1.3.2. Erosion ................................................................... 27
1.3.3. Transport ................................................................. 28
1.3.4. Sedimentation ............................................................. 32
1.4. Entstehung der Bodenformen ..................................................... 33
1.4.1. Hilfsmittel zur Deutung der Morphologie des Meeresbodens ..................... 33
1.4.2. Kontinentalränder ......................................................... 41
1.4.3. Mittelozeanischer Rücken.................................................... 46
1.4.4. Tiefseebecken.............................................................. 47
1.4.5. Kuppen und ozeanische Inseln ............................................... 48
1.4.6. Entstehung der Ozeane...................................................... 49
2. Physikalische Eigenschaften und chemische Zusammensetzung des Meerwassers .............. 54
2.1. Physikalische Eigenschaften des Meerwassers ........................................ 54
2.1.1. Sonderstellung des reinen Wassers............................................ 54
2.1.2. Salzgehalt als Zustandsgröße................................................ 59
2.1.3. Elektrische Leitfähigkeit ................................................... 61
2.1.4. Dichte, Wärmeausdehnung und Kompressibilität .............................. 62
2.1.5. Spezifische Wärme, Verdunstungswärme und adiabatische Temperaturänderung .... 65
2.1.6. Molekulare Wärmeleitfähigkeit und Diffusion ................................. 67
2.1.7. Osmose, Dampfdruck, Gefrierpunktserniedrigung und Siedepunktserhöhung ...... 68
2.1.8. Turbulente Austauschgrößen ............................................... 70
2.1.9. Zähigkeit und Oberflächenspannung ......................................... 72
2.1.10. Akustische Eigenschaften................................................... 73
2.1.11. Optische Eigenschaften .................................................... 78
2.1.12. Physikalische Eigenschaften des Meereises .................................... 84
2.2. Chemische Zusammensetzung des Meerwassers ...................................... 87
2.2.1. Hauptkomponenten des Salzgehaltes......................................... 87
2.2.2. Spurenelemente ........................................................... 89
VIU Inhaltsverzeichnis
2.2.3. Gase .................................................................... »
2.2.4. Organische Stoffe ......................................................... *
2.2.5. Schwebstoffe und lebende Organismen im Meerwasser .......................... ?4
3. Ozeanographische Instrumente und Meßmethoden .......................................
3.1. Meßplattformen für ozeanographische Messungen ................................... 96
3.1.1. Forschungsfahrzeuge ......................................................
3.1.1.1. Forschungsschiffe .................................................. 96
3.1.1.2. Tauchboote ....................................................... 103
3.1.1.3. Positionsbestimmung ............................................... 105
3.1.1.4. Elektronische Rechenanlagen ........................................ 107
3.1.1.5. Flugzeuge und Satelliten ............................................ 107
3.1.2. Feste Meßplattformen ..................................................... 108
3.1.2.1. Verankerte Meßsysteme ............................................. 08
3.1.2.2. Meßtürme und Unterwasserlaboratorien............................... 112
3.1.3. Triftende Meßplattformen.................................................. Il5
3.2. Ozeanographische Instrumente und Meßmethoden ................................... 116
3.2.1. Meßgrößen............................................................... 116
3.2.2. Grundforderungen an die ozeanographische MeBtechnik........................ 116
3.2.3. WiLsserschöpfer ........................................................... H7
3.2.4. Messung der Wassertiefe ................................................... 119
3.2.5. Messung der Instrumententiefe.............................................. 123
3.2.6. Messung von Wasserstandsschwankungen .................................... 124
3.2.7. Seegangsmessung ......................................................... 127
3.2.8. Temperaturmessung........................................................ 129
3.2.9. Salzgehaltsmessung........................................................ 132
3.2.10. Schallgeschwindigkeitsmessung.............................................. 135
3.2.11. Dichtemessung ........................................................... 137
3.2.12. Strömungsmessung ........................................................ 138
3.2.12.1. Ortsfeste Messungen............................................... 138
3.2.12.2. Triftmessungen ................................................... 143
3.2.13. Messung des Gehaltes an suspendierten Stoffen................................ 145
3.2.14. Messung des Gehaltes an gelösten Stoffen..................................... 147
4. Energie- und Wasserhaushalt des Meeres ............................................... 153
4.1. Kleinmaßstäbige Übertragungsprozesse in der wassernahen Luftschicht ................. 153
4.1.1. Übertragungsprozesse zwischen Ozean und Atmosphäre ......................... 153
4.1.2. Methoden zur Bestimmung der vertikalen Transporte in der
maritimen Reibungsschicht................................................... 155
4.1.3. Vertikaler Impuls-, Wärme- und Wasserdampfstrom nach Profilmessungen.......... 156
4.1.4. Parametrisierung der Vertikaltransporte........................................ 159
4.1.5. Übertragung von Gasen und Salzen........................................... 160
4.2. Wärmehaushalt, großmaßstäbig ................................................... 163
4.2.1. Allgemeines zum Wärmehaushalt............................................. 163
4.2.2. Wärmeumsatz durch Einstrahlung ............................................ 164
4.2.3. Wärmeumsatz durch Ausstrahlung ........................................... 170
4.2.4. Wärmeumsatz durch direkte Wärmeübertragung................................ 171
4.2.5. Wärmeumsatz durch Verdunstung ................................. 172
4.2.6. Gesamtwärmeumsatz................................................... I75
4.2.7. Wärmeausbreitung im Meer ...................................... igO
4.3. Wasserhaushalt, großmaßstäbig ................................... Ig3
4.3.1. Planetarisches Windsystem an der Meeresoberfläche............................ 183
4.3.2. Besondere regionale Windfelder (Monsune, tropische Orkane, Sturmzyklonen)...... 184
4.3.3. Verdunstung ........................................ . ¡g-y
4.3.4. Niederschlag ................................ 187
4.3.5. Festländischer Abfluß..................................... .............. ]90
4.3.6. Wasserkreislauf auf der Erde................................ ......... jgj
Inhaltsverzeichnis IX
5. Temperatur, Salzgehalt, Dichte, charakteristische Wassermassen und Eis im Weltmeer ........ 196
5.1. Temperatur im Weltmeer.......................................................... 196
5.1.1. Täglicher Temperaturgang in Oberflächennähe ................................. 196
5.1.2. Jährlicher Gang der Oberflächentemperatur.................................... 198
5.1.3. Verteilung der Oberflächentemperatur......................................... 202
5.1.4. Verteilung der Wassertemperatur in der Tiefe .................................. 203
5.1.5. Langjährige Temperaturänderungen .......................................... 209
5.2. Salzgehalt im Weltmeer .......................................................... 215
5.2.1. Verteilung des Oberflächensalzgehaltes ........................................ 215
5.2.2. Verteilung des Salzgehaltes in der Tiefe........................................ 216
5.2.3. Täglicher und jährlicher Gang des Oberflächensalzgehaltes........................ 217
5.2.4. Langjährige Salzgehaltsänderung.............................................. 219
5.3. Dichte im Weltmeer ............................................................. 221
5.3.1. Verteilung der Dichte an der Meeresoberfläche ................................. 221
5.3.2. Verteilung der Dichte in der Tiefe ............................................ 221
5.3.3. Schwankungen der Dichte ................................................... 222
5.4. Charakteristische Wassermassen im Weltmeer ....................................... 223
5.4.1. Die rS-Beziehung.......................................................... 223
5.4.2. Entstehung charakteristischer Wassermassen.................................... 224
5.4.3. Charakteristische Wassermassen im Weltmeer .................................. 227
5.5. Eis im Weltmeer................................................................. 229
5.5.1. Eisbildung und Eisarten ..................................................... 229
5.5.2. Verbreitung des Eises im Weltmeer ........................................... 235
5.5.3. Eisüberwachung ........................................................... 237
6. Stoffhaushalt des Meeres ............................................................. 241
6.1. Geochemie des Meeres ........................................................... 241
6.1.1. Allgemeine geochemische Grundlagen......................................... 241
6.1.2. Regulierungsmechanismen für die chemischen Elemente im Meerwasser............ 243
6.1.3. Sedimentationshaushalt...................................................... 245
6.1.4. Alte natürliche Radioaktivität................................................ 246
6.1.5. Durch kosmische Strahlung erzeugte Radioaktivität ............................. 248
6.1.6. Künstlich erzeugte Radioaktivität ............................................ 248
6.2. Biochemie des Meeres............................................................ 250
6.2.1. Allgemeine biochemische Grundlagen ......................................... 250
6.2.2. Das Meer als Ursprung des Lebens auf der Erde ................................ 253
6.2.3. Energiegewinnung der Organismen........................................... 255
6.2.4. Organische Produktion des Meeres ........................................... 260
6.2.5. Zum Mechanismus des planktonischen Stoffwechsels............................. 265
6.2.6. Das Kohlensäure-Calciumkarbonat-System..................................... 270
6.2.7. Regionale Verteilung der Nährstoffe und des Sauerstoffs.......................... 273
7. Theorie der Meeresströmungen........................................................ 277
7.1. Das hydrodynamische Gleichungssystem............................................ 277
7.1.1. Bewegungsgleichungen im absoluten Koordinatensystem......................... 277
7.1.2. Ablenkende Kraft der Erdrotation ............................................ 278
7.1.3. Schwerefeld ............................................................... 279
7.1.4. Bewegungsgleichungen im rotierenden Koordinatensystem ....................... 280
7.1.5. Kontinuitätsgleichung ...................................................... 281
7.1.6. Wärmeleitungsgleichung und Diffusionsgleichung............................... 282
7.1.7. Randbedingungen.......................................................... 283
7.1.8. Reibung, Turbulenz und Vermischung ........................................ 284
7.2. Statik und Kinematik ............................................................ 288
7.2.1. Massenfeld................................................................ 288
7.2.2. Druckfeld................................................................. 289
7.2.3. Bestimmung des relativen Druckfeldes ........................................ 291
7.2.4. Darstellung des relativen Druckfeldes ......................................... 292
? Inhaltsverzeichnis
7.2.5. Stabilität der Schichtung des Wassers ......................................... 292
7.2.6. Darstellung des Bewegungsfeldes ............................................. 295
7.3. Stationäre Strömungen ........................................................... 296
7.3.1. Geostrophische Strömungen im homogenen Meer............................... 296
7.3.2. Geostrophische Strömungen im zweifach geschichteten Meer ..................... 298
7.3.3. Geostrophische Strömungen im stetig geschichteten Meer......................... 302
7.3.4. Triftstrom im homogenen Meer .............................................. 306
7.3.5. Ekman s Elementarstromsystem.............................................. 308
7.3.6. Sverdrup Regime.......................................................... 310
7.3.7. Lineare Theorie der westlichen Randströme.................................... 311
7.3.8. Nichtlineare Theorie der westlichen Randströme................................ 315
7.4. Instationäre Strömungen ......................................................... 316
7.4.1. Strömungen und Wellen..................................................... 316
7.4.2. Trägheitswellen............................................................. 317
7.4.3. Planetarische Wellen........................................................ 318
7.5. Der Einfluß der Bodentopographie auf Meeresströmungen ............................ 320
7.5.1. Potentielle Vorticity ........................................................ 320
7.5.2. Topographische RosSBY-Wellen .............................................. 321
7.6. Thermohaline Zirkulation ........................................................ 322
7.6.1. Großräumige thermohaline Vorgänge.......................................... 322
7.6.2. Küstenströmungen in den höheren Breiten ..................................... 325
7.6.3. Ausgleichsströmungen in Meeresstraßen....................................... 325
7.6.4. Temperatursprungschichten ................................................. 327
7.6.5. Numerische Lösungen zur allgemeinen Zirkulation.............................. 328
8. Oberflächenwellen und interne Wellen.................................................. 330
8.1. Klassifizierung der Wellen ........................................................ 330
8.1.1. Fortschreitende und stehende Wellen, Oberflächenwellen und interne Wellen........ 330
8.1.2. Klassifizierung bezüglich der rücktreibenden Kräfte.............................. 330
8.1.3. Klassifizierung der Schwere- und Kapillarwellen hinsichtlich der erregenden Kräfte... 331
8.2. Kinematische Eigenschaften der Wellen.............................................. 333
8.2.1. Harmonische Schwingungen und Wellenfelder.................................. 333
8.2.2. Stehende Wellen ........................................................... 337
8.2.3. Gedämpfte Wellen und erzwungene Wellen .................................... 337
8.3. Kurze Oberflächenwellen oder Tiefwasserwellen...................................... 339
8.3.1. Schwerewellen.............................................................. 339
8.3.2. Kapillarwellen ............................................................. 340
8.3.3. Wellen endlicher Amplitude ................................................. 341
8.3.4. Nichtlineare Wechselwirkungen .............................................. 342
8.3.5. Eigenschaften des Seeganges und der Dünung .................................. 344
8.3.6. Statistische Beschreibung des Seeganges ....................................... 355
8.3.7. Entstehung des Seeganges ................................................... 359
8.3.8. Umformung der Wellen im Flachwasser, Brandung ............................. 362
8.4. Lange Oberflächenwellen ......................................................... 364
8.4.1. Eigenschaften der langen Wellen ............................................. 364
8.4.2. Tsunamis und Sturmfluten................................................... 366
8.4.3. Randwellen, Kelvin-Wellen und Doppel-KELviN-Wellen......................... 372
8.4.4. Seiches ................................................................. 374
8.4.5. Amphidromien........................................................ 377
8.4.6. Einfluß der Reibung auf lange Wellen.............................. 3gl
8.5. Grenzflächenwellen und interne Wellen....................................... ?83
8.5.1. Grenzflächenwellen........................................... 383
8.5.2. Interne Wellen............................................................. 386
8.5.3. Interne Gezeitenwellen und Trägheitswellen................................... 387
8.5.4. Stabilitätsschwingungen.............................. 351
Inhaltsverzeichnis XI
9. Gezeitenerscheinungen ............................................................... 392
9.1. Begriffe zu den Gezeitenerscheinungen.............................................. 392
9.1.1. Gezeiten und Gezeitenströme ................................................ 392
9.1.2. Bezugshöhen der Gezeiten ................................................... 395
9.2. Gezeitenerzeugende Kräfte........................................................ 396
9.2.1. Beschreibung des Systems der gezeitenerzeugenden Kräfte........................ 396
9.2.2. Ableitung des Gezeitenpotentials ............................................. 398
9.2.3. Harmonische Entwicklung des Gezeitenpotentials............................... 400
9.3. Darstellung der Meeresgezeiten .................................................... 403
9.3.1. Harmonische Darstellung der Gezeiten und Gezeitenströme....................... 403
9.3.2. Analyse der Gezeitenbeobachtungen .......................................... 406
9.3.3. Harmonisches Verfahren zur Vorausberechnung der Gezeiten .................... 407
9.3.4. Charakteristik der Gezeiten.................................................. 408
9.4. Theorie der Meeresgezeiten ....................................................... 410
9.4.1. Aufgabenstellung der Theorie der Meeresgezeiten ............................... 410
9.4.2. Gleichgewichtstheorie der Gezeiten ........................................... 411
9.4.3. Klassische hydrodynamische Theorien ........................................ 412
9.4.4. Mitschwingungsgezeiten..................................................... 415
9.4.5. Numerische Integration der Gezeitengleichungen ............................... 417
9.5. Gezeitenerscheinungen des Weltmeeres ............................................. 419
9.5.1. Gezeiten der Ozeane........................................................ 419
9.5.2. Gezeiten der Nebenmeere ................................................... 423
9.5.3. Gezeitenströme, allgemein ................................................... 427
9.5.4. Gezeitenströme der Ozeane .................................................. 429
9.5.5. Gezeitenströme der Nebenmeere ............................................. 430
9.5.6. Überlagerung der astronomisch bedingten Gezeiten ............................. 434
9.5.7. Gezeitenstromreibung ...................................................... 436
9.5.8. Gezeitenstromturbulenz und ihre Auswirkung .................................. 438
10. Regionale Ozeanographie ........................................................... 441
Einleitung......................................................................... 441
10.1. Schichtung und Zirkulation in der Tiefe der drei Ozeane ............................ 442
10.1.1. Wassermassen der Kaltwassersphäre........................................ 442
10.1.2. Antarktisches Bodenwasser............................................... 442
10.1.3. Arktisches Bodenwasser.................................................. 446
10.1.4. Subpolares Zwischenwasser............................................... 449
10.1.5. Tiefenwasser ........................................................... 450
10.1.6. Antarktische Wassennassen .............................................. 454
10.1.7. Wassermassen der Warmwassersphäre ..................................... 456
10.1.8. Kreisläufe der Wassermassen ............................................. 461
10.1.9. Veränderlichkeit im Ozean ............................................... 462
10.2. Schichtung und Zirkulation der großen, tiefen Mittelmeere .......................... 467
10.2.1. Zirkulationsschema der Mittel- und Nebenmeere ............................ 467
10.2.2. Europäisches Mittelmeer.................................................. 469
10.2.3. Rotes Meer ............................................................ 475
10.2.4. Australasiatisches Mittelmeer.............................................. 476
10.2.5. Amerikanisches Mittelmeer............................................... 478
10.2.6. Arktisches Mittelmeer ................................................... 480
10.3. Hydrographische Regionen des Weltmeeres ....................................... 483
10.3.1. Gliederung der Ozeane.................................................. 483
10.3.2. Passatstromregionen ?.................................................. 486
10.3.3. Äquatoriale Gegenstromregionen À....................................... 496
10.3.4. Monsunstromregionen M................................................ 499
10.3.5. Roßbreitenregionen R................................................... 503
10.3.6. Freistrahlregionen F.................................................... 505
10.3.7. Westwindtrift-Regionen WÃ und WP....................................... 514
10.3.8. Polarregionen B, und ??................................................. 521
XII Inhaltsverzeichnis
10.3.9. Schelfmeere ........................................................... 528
10.3.10. Küstengewässer........................................................ 535
11. Anhang........................................................................... 542
11.1. Salzgehalt als Funktion von elektrischer Leitfähigkeit, Temperatur und Druck ......... 542
11.2. Dichte als Funktion von Temperatur, Salzgehalt und Druck ......................... 543
11.3. Potentielle Temperatur als Funktion von in-situ-Temperatur, Salzgehalt und Druck..... 544
11.4. Viskosität des Meerwassers als Funktion von Temperatur, Salzgehalt und Druck ....... 544
11.5. Schallgeschwindigkeit als Funktion von Temperatur, Salzgehalt und Druck............. 545
Literaturverzeichnis.................................................................... 546
Namenverzeichnis ..................................................................... 577
Sachverzeichnis ....................................................................... 585
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