Wie kalt ist es im Marianengraben?

Wie kalt ist es im Marianengraben? 1 °C bis 4 °C im Tief

Die Beantwortung der Frage, wie kalt ist es im marianengraben, erfordert einen Blick in die lebensfeindliche Tiefsee. Extreme Kälte bestimmt dort die Umgebung am Meeresgrund und stellt Mensch sowie Technik vor gewaltige Herausforderungen. Ein genaues Verständnis dieser thermischen Bedingungen schützt vor Fehlannahmen über den Zustand des Wassers in elf Kilometern Tiefe.

Wie kalt ist es im Marianengraben eigentlich?

Die temperatur marianengraben boden, insbesondere am tiefsten Punkt der Erde, dem Challenger-Tief, liegt konstant zwischen 1 Grad C und 4 Grad C. ^[1] Es ist dort also fast so kalt wie in einem Kühlschrank, obwohl der enorme Druck und andere Faktoren das Wasser am Gefrieren hindern. Es gibt jedoch eine faszinierende Ausnahme, die ich weiter unten im Abschnitt über vulkanische Schlote genauer erklären werde - dort unten wird es nicht etwa dunkler, sondern plötzlich kochend heiß.

Man könnte meinen, dass das Wasser bei dieser extremen Tiefe von rund 11.000 Metern längst zu Eis erstarrt sein müsste. Aber die Physik der Tiefsee folgt eigenen Regeln. Die Kälte dort unten ist kein Zufall, sondern das Ergebnis globaler Meeresströmungen, die eiskaltes, sauerstoffreiches Wasser von den Polen bis in die tiefsten Gräben transportieren. Da kaltes Wasser eine höhere Dichte hat, sinkt es ab und füllt die tiefen Becken des Pazifiks.

Warum das Wasser am Boden des Marianengrabens nicht gefriert

Obwohl die Temperaturen oft nur knapp über dem Gefrierpunkt liegen, bleibt das Wasser flüssig. Das liegt zum einen an der Salinität des Ozeans, die den Gefrierpunkt auf etwa -1,9 Grad C absenkt. Aber es gibt noch einen weiteren, fast paradoxen Effekt: druck und temperatur marianengraben. In 11.000 Metern ^[2] Tiefe lastet ein Gewicht von etwa 1.086 bar auf dem Wasser - das entspricht etwa dem Gewicht eines Elefanten, der auf einer Briefmarke steht.

Dieser extreme Druck führt zu einer leichten Erwärmung des Wassers durch sogenannte adiabatische Kompression. Würde man das Wasser theoretisch ohne Wärmeaustausch vom Boden des Grabens an die Oberfläche bringen, würde es sich um etwa 1 Grad C abkühlen. In der Realität sorgt dieser Effekt dafür, dass das Wasser im Challenger-Tief mit ca. 1 bis 4 Grad C sogar ein winziges bisschen wärmer ist als das Wasser in etwa 5.000 bis 6.000 Metern Tiefe. Ich war anfangs völlig verblüfft, als ich das erste Mal las, dass es ganz unten wärmer sein kann als weiter oben. Physik ist manchmal wirklich nicht intuitiv.

Die Ausnahme: Hydrothermale Quellen und extreme Hitze

Während das Umgebungswasser im Marianengraben eisig bleibt, gibt es Orte, an denen die Temperatur sprunghaft ansteigt. Hydrothermale Quellen, auch bekannt als Black Smoker, stoßen mineralreiches Wasser aus dem Erdinneren aus. Hier kann das Wasser Temperaturen von bis zu 450 Grad C erreichen. Aber hier kommt der Clou: Das Wasser kocht trotzdem nicht. Der immense Druck verhindert die Dampfbildung, sodass das Wasser in einem überkritischen Zustand bleibt.

Stellen Sie sich das vor: Nur wenige Zentimeter neben diesen 400 Grad heißen Schloten herrscht wieder die normale Tiefseekälte von 2 Grad C. Es ist ein Ort der extremen Gegensätze. Selten habe ich ein Ökosystem gesehen, das so lebensfeindlich und doch so voller spezialisierter Organismen ist. Diese kleinen Oasen der Wärme sind der Grund, warum Forscher vermuten, dass dort unten der Ursprung des Lebens liegen könnte.

Vergleich: Marianengraben vs. Wasseroberfläche

Um die Bedingungen im Graben besser zu verstehen, lohnt sich ein Blick auf die Unterschiede zur Oberfläche des Pazifiks. Die Temperatur sinkt nicht linear, sondern sprunghaft ab, sobald man die Thermokline passiert.

Temperatur und Bedingungen im Tiefenvergleich

Wasseroberfläche (Tropischer Pazifik)

• Volles Sonnenlicht, Photosynthese möglich

• Durchschnittlich 25 Grad C bis 30 Grad C

• 1 bar (normaler Luftdruck)

Tiefsee (ca. 4.000 m Durchschnitt)

• Ewige Dunkelheit (Abyssal-Zone)

• Zwischen 0 Grad C und 3 Grad C

• Etwa 400 bar

Challenger-Tief (11.000 m)

• Vollständige Finsternis, nur Biolumineszenz

• Konstant 1 Grad C bis 4 Grad C

• Über 1.000 bar

Die Expedition der Deepsea Challenger

James Cameron unternahm 2012 einen Solo-Tauchgang zum Grund des Marianengrabens. Sein Team stand vor der gewaltigen Aufgabe, eine Kapsel zu bauen, die nicht nur 1.000 bar Druck standhält, sondern auch die Elektronik vor der eisigen Kälte von 2 Grad C schützt.

Beim ersten Test einer unbemannten Sonde fror eine wichtige Kameraverbindung ein, weil die Isolierung bei dem enormen Wasserdruck versagte. Das Team war frustriert, da Wochen der Arbeit umsonst schienen.

Sie begriffen, dass herkömmliche Dichtungen unter dem Druck ihre isolierenden Eigenschaften verloren. Sie entwickelten einen speziellen syntaktischen Schaum, der gleichzeitig Auftrieb gab und als thermischer Schutzschild fungierte.

Cameron verbrachte schließlich drei Stunden am Boden bei 1 bis 4 Grad C Umgebungstemperatur. Die Kapsel hielt, und die gewonnenen Daten bestätigten, dass die Tiefsee kein leeres Ödland, sondern ein aktives, kaltes Labor der Natur ist.