Warum ist es im Marianengraben so kalt?

Warum ist es im Marianengraben so kalt? Lichtmangel und Strömung

Die Klärung der Frage, warum ist es im marianengraben so kalt, hilft dabei, die komplexen physikalischen Prozesse der Weltmeere besser zu verstehen. Ohne dieses Wissen entstehen Missverständnisse über den Einfluss von Druck und Erdwärme. Ein tieferer Einblick in diese lebensfeindliche Dunkelheit offenbart die stabilisierende Wirkung globaler Meeresströmungen auf unseren Planeten.

Die eisige Welt am tiefsten Punkt der Erde: Eine Einführung

Kälte im Marianengraben liegt mit konstanten Temperaturen zwischen 1 und 4 Grad Celsius daran, dass dort jegliche Sonnenenergie fehlt und eiskalte Wasserströme aus den Polarregionen in die Tiefe sinken.^[1] Obwohl man dort dem heißen Erdkern näher ist als an der Meeresoberfläche, herrscht eine lebensfeindliche Dunkelheit und Kälte, die durch physikalische Gesetze der Wasserdichte und globale Meeresströmungen aufrechterhalten wird.

Man könnte meinen, dass die enorme Tiefe von etwa 11.000 Metern eine gewisse Wärme aus dem Erdinneren einfangen müsste - aber das ist ein Trugschluss, den ich später noch genauer erklären werde. In der Tiefsee spielt das Sonnenlicht ab einer gewissen Grenze keine Rolle mehr für den Energiehaushalt. Es ist eine Welt ohne Jahreszeiten, in der die Zeit stillzustehen scheint. Nur Dunkelheit. Nur Druck. Und eben diese durchdringende Kälte.

Warum Sonnenlicht in 11.000 Metern keine Rolle spielt

Sonnenstrahlen dringen nicht annähernd bis zum Boden des Marianengrabens vor, da das Wasser die Lichtenergie schichtweise absorbiert. Bereits ab einer Tiefe von 200 Metern nimmt das Licht so stark ab, dass keine Photosynthese mehr möglich ist. Ab einer Grenze von 1.000 Metern herrscht absolute, pechschwarze Dunkelheit, in der kein einziges Photon der Sonne mehr ankommt. ^[3]

Ohne Licht fehlt die primäre Wärmequelle unseres Planeten. In den oberen Schichten erwärmt die Sonne das Wasser auf bis zu 30 Grad Celsius, doch diese Wärmeenergie wird durch die Thermokline - eine scharfe Temperaturgrenze - von der Tiefsee isoliert.

Seien wir ehrlich, die Vorstellung, dass 11 Kilometer Wasser über einem liegen, ist einschüchternd genug. Aber dass dieses Wasser jegliche Energie der Sonne einfach verschluckt, macht die Isolation dort unten erst richtig greifbar. Ich habe einmal versucht, mir diese Dimensionen bei einem Tauchgang im See vorzustellen, aber nach nur zehn Metern war es schon merklich kühler. Der Marianengraben ist dagegen eine andere Galaxie.

Die globale Kältemaschine: Thermohaline Zirkulation

Das Wasser im Marianengraben ist nicht einfach nur abgekühlt, es ist importierte Kälte aus den Polarregionen. Durch die thermohaline Zirkulation sinkt in der Arktis und Antarktis extrem kaltes, salzhaltiges Wasser nach unten, da es eine höhere Dichte besitzt als warmes Wasser. Dieses schwere Wasser kriecht wie ein riesiger, unsichtbarer Fluss over den Meeresboden Richtung Äquator.

Dieses antarktische Bodenwasser benötigt hunderte von Jahren, um bis in die Gräben des Pazifiks zu gelangen. Da kaltes Wasser schwerer ist, sammelt es sich in den tiefsten Becken und verdrängt wärmere Schichten nach oben. Es ist fast so, als würde man Eiswasser in eine tiefe Schüssel gießen - es bleibt unten. Diese globale Strömung sorgt dafür, dass die Kälte in der Tiefsee weltweit recht einheitlich zwischen 0 und 3 Grad Celsius liegt ^[4]. Ohne diesen ständigen Nachschub aus den Polen würde sich das Wasser vielleicht minimal erwärmen, aber so bleibt das System stabil kalt.

Das Paradoxon der Erdwärme: Warum der Erdkern das Wasser nicht aufheizt

Hier ist das Rätsel, das ich am Anfang erwähnt habe: Warum ist es dort unten so kalt, obwohl der Marianengraben dem heißen Erdmantel so nah ist? In der Theorie steigt die Temperatur, je tiefer man in die Erdkruste bohrt. Doch der Wärmestrom aus dem Gestein ist im Vergleich zur gigantischen Masse an eiskaltem Wasser verschwindend gering. Das Wasser leitet Wärme zudem sehr schlecht nach oben.

Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, ein ganzes Schwimmbecken mit einer einzigen Kerze am Boden zu erwärmen. Es funktioniert einfach nicht. Die Kälte des von oben nachfließenden Polarwassers dominiert das System völlig. Es gibt jedoch Ausnahmen: Hydrothermalquellen, auch Schwarze Raucher genannt, stoßen Wasser mit Temperaturen von bis zu 400 Grad Celsius aus.^[5] Aber diese Hitze ist extrem lokal begrenzt. Schon wenige Meter neben einer solchen Quelle fällt die Temperatur wieder auf den Gefrierpunkt ab. Es ist ein bizarrer Kontrast zwischen kochendem Mineralwasser und eisiger Umgebung.

Druck und Temperatur: Ein physikalisches Missverständnis

Ein häufiger Fehler ist die Annahme, dass der enorme Druck im Marianengraben - etwa 1.070-mal höher als an der Oberfläche - das Wasser aufheizen müsste. In Gasen steigt die Temperatur bei Kompression stark an, aber Wasser ist fast inkompressibel. Der Druck erhöht die Temperatur im Marianengraben durch Kompression lediglich um etwa 0,5 Grad Celsius. ^[7] Dieser Effekt wird als adiabatische Erwärmung bezeichnet, reicht aber bei weitem nicht aus, um gegen die polaren Strömungen anzukommen.

Vergleich der Bedingungen: Oberfläche vs. Marianengraben

Meeresoberfläche (Tropen)

• 25 bis 30 Grad Celsius

• 1 Bar (Standard-Atmosphärendruck)

• Vollständiges Spektrum des Sonnenlichts vorhanden

Marianengraben (Boden)

• 1 bis 4 Grad Celsius

• Über 1.000 Bar (entspricht dem Gewicht eines Elefanten auf einem Daumennagel)

• Absolute Dunkelheit (Aphoti-Zone)

Faszination Tiefsee: Lucas und die eisige Realität

Lucas, ein Biologiestudent aus Kiel, war fasziniert von der Idee der Tiefsee-Exploration. Er dachte ursprünglich, dass die Nähe zu vulkanischen Aktivitäten am Meeresboden für angenehme Wärme sorgen würde, ähnlich wie in heißen Quellen an Land.

Sein erster Versuch, ein kostengünstiges Thermometer-Modul für ein autonomes Tauchboot zu bauen, scheiterte kläglich. Die Elektronik war nicht auf die Kombination aus extremem Druck und Kälte ausgelegt und lieferte falsche Werte, bevor das Gehäuse implodierte.

Er erkannte, dass er die Isolation unterschätzt hatte. Die Erkenntnis kam, als er sah, dass die Temperaturkurve in seinen Daten bereits nach den ersten 1.000 Metern steil abfiel und sich danach kaum noch veränderte.

Nach drei Monaten Arbeit stabilisierte er sein System. Seine Messungen bestätigten, dass die Temperatur am Boden des Grabens konstant bei 2 Grad Celsius verharrte - ein Beweis für die mächtige Kühlwirkung der polaren Strömungen gegenüber der Erdwärme.