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Übersäuerung der Ozeane - Vogelflug

Übersäuerung der Ozeane

Wie funktioniert das mit der Übersäuerung der Ozeane, warum können Kalkalgen ihr Skelett nicht mehr aufbauen?
Jörg Wendemann, Bremen

Löst sich Kohlendioxid (CO2) in Wasser, so reagiert es mit diesem und produziert Kohlensäure (CO2 + H2O ergibt H2CO3). Diese zerfällt weiter in verschiedene Ionen, nämlich in Bikarbonat (HCO3-) und Karbonat (CO32-) wobei ein bzw. zwei Wasserstoffionen (H+) freiwerden. Diese Ionen bestimmen den pH-Wert: je mehr, umso niedriger der pH, umso saurer die Lösung. Steigt die CO2-Konzentration im Wasser, da mehr aus der Atmosphäre aufgenommen wird, entsteht mehr Bikarbonat und so mehr H+-Ionen. Um dieses abzupuffern, reagiert ein Teil des Karbonats mit den H+-Ionen und verwandelt sich in Bikarbonat. Karbonat ist Ausgangsmaterial für die kalkigen Skelette und Schalen von vielen Algen, Seeigeln, Fischlarven, Korallen, Muscheln und Schnecken. Sinkt seine Konzentration, fällt es ihnen schwerer Kalk abzuscheiden. Zudem löst sich der Kalk bei niedrigerem pH-Wert schneller auf. Die Übersauerung der Ozeane ist daher ein riesiges Problem, an dem zurzeit intensiv geforscht wird. Im Moment liegt der pH-Wert an der Oberfläche der Ozeane im Schnitt bei 8,1 und damit um 0,1 niedriger als noch vor 200 Jahren. Da es sich um eine logarithmischen Skala handelt, bedeutet dies etwa 30% mehr H+-Ionen. Bis 2100 könnte der pH-Wert bis auf 7,7 fallen.

Union Jack

Im 16.-18. Jahrhundert führten englische Schiffe neben dem klassischen Union Jack eine Flagge mit rotem Kreuz auf weißem Grund. Hat diese Kennung etwas mit dem irischen St. Patrick-Kreuz zu tun?
Peter Lehmann, Rosenheim

Ja. Das die Zentralachsen dominierende rote Kreuz ist das des englischen Schutzpatrons St. Georg; das diagonal verlaufende weiße Kreuz ist St. Andrew, dem schottischen Schutzheiligen, zugeordnet. Das ebenfalls diagonale rote Kreuz wird St.-Patricks-Kreuz genannt. Tatsächlich handelt es sich dabei jedoch um das Kreuz der Geraldines, einer seinerzeit sehr mächtigen irischen Familie. Diese Flagge wie auch der Begriff „Union Jack“ selbst bezieht sich auf die am 1. Januar 1801 vollzogene Vereinigung Englands und Schottlands mit Irland. Unter „Jack“ ist der auf dem Vordeck eines Schiffes gehisste Stander zu verstehen. So gesehen steht der Union Jack für den politischen Willen der drei Mitglieder des Vereinigten Königreichs, fortan unter gemeinsamer Flagge zu segeln.

Untergang

Unter welchen Voraussetzungen zieht ein versinkendes Schiff einen auf dem Wasser treibenden Schiffbrüchigen durch seinen Strudel in die Tiefe?
Siegfried Streicher, per Email

„Wir können keine konkreten Beispiele für einen solchen Fall benennen“, teilt die Deutsche Gesellschaft zur Rettung Schiffbrüchiger mit. Zwar könne nicht ausgeschlossen werden, dass Schiffbrüchige durch den Sog unter die Wasseroberfläche geraten. Aber: „Die Vorstellung, mit in die Tiefe gerissen zu werden, gehört wohl eher in die Kategorie der unzerstörbaren Mythen.“ Auch die Bundesstelle für Seeunfalluntersuchung und die Bundesmarine kennen keine einschlägigen Seenotfälle. Die Seeberufsgenossenschaft weist darauf hin, dass Schiffbrüchige so lange wie möglich an Bord des havarierten Schiffes bleiben sollten. Zudem kommt es jeweils auf die konkreten Bedingungen des Seenotfalls wie Wind und Wetter, Art der vorhandenen Rettungsmittel, Schiffstyp oder Qualifikation der Besatzung an. Nur in extremen Fällen bleibt der Sprung ins Wasser mit angelegter Rettungsweste, um schwimmend das leer ausgesetzte Rettungsboot zu erreichen, führt das Handbuch Schiffssicherheit aus. Denn die bittere Erfahrung lehrt, dass in aufgewühlter See treibende Schiffbrüchige kaum zu entdecken sind und eher an Unterkühlung und Erschöpfung sterben als dass sie unter Wasser gezogen werden.

Unterwassergleiter

Wie funktioniert der Antrieb eines Unterwassergleiters?
Besucher des Open Ship auf dem Forschungsschiff SONNE

Batteriebetriebene Unterwassergleiter können selbstständig ab- und auftauchen und zeichnen auf ihrem Weg durch die verschiedenen Wasserschichten der Ozeane Temperatur, Salz- und Chlorophyllgehalt sowie weitere Daten auf. Anders als bei propellerbetriebenen Tauchfahrzeugen sparen die Antriebssysteme von Gleitern sehr viel Energie: „Um stetig auf- und abtauchen zu können, verändern Gleiter ihren Auftrieb, indem sie ihre Dichte regulieren“, erklärt Dr. Christoph Waldmann vom Bremer MARUM. Dies gelingt mit Hilfe einer Blase, in die Öl gepumpt wird. Sie befindet sich im gefluteten Bereich des Gleiters, ist jedoch mit einem Ölreservoir innerhalb eines luftgefüllten Druckgehäuses verbunden. Wird Öl in die Blase gepumpt, dehnt sich diese aus und verdrängt das Meerwasser aus der Hülle des Gleiters. „Bei gleichbleibender Masse wird das Volumen vergrößert, somit die Dichte geringer und der Gleiter steigt auf.“ Kommt er an der Wasseroberfläche an, kann er seine Position sowie die aufgezeichneten Daten per Satellit übermitteln. Danach öffnet sich ein Ventil, und das Öl fließt aus der Blase zurück in den „Tank“ im Druckgehäuse. Die Folge: Der Auftrieb nimmt ab, und der Gleiter sinkt in die Tiefe.

Unterwasserkochen

Stimmt es, dass man unter Wasser schneller kochen könnte?
Iris, per E-Mail

Die Lage einer Kochstelle hat in der Tat Einfluss auf die Kochzeit. So braucht man für ein hart gekochtes Ei in einer hoch gelegenen Gebirgshütte länger als am Strand. Grund dafür sind die unterschiedlichen Druckverhältnisse: Auf Meeresspiegelhöhe bei normalem Luftdruck (1013 Hektopascal) kocht Wasser bei 100 Grad Celsius. Bei abnehmendem Luftdruck in den Bergen sinkt auch der Siedepunkt. So fängt Wasser in einem offenen Topf auf dem Mont Blanc (Höhe 4807 Meter, mittlerer Atmosphärendruck 555 Hectopascal) bereits bei 84 Grad Celsius an zu sprudeln. Ist der Siedepunkt erreicht, erwärmt sich das Wasser nicht weiter, das heißt ein Ei muss hier länger kochen, um hart zu werden. Genauso kann ein höherer Druck die Siedetemperatur auf der Skala nach oben verschieben. „Unter Wasser herrscht ein höherer Druck. Hier kann man Wasser auf über 100 Grad erhitzen, bevor es siedet“, sagt Prof. Dr. Gerold Wefer vom MARUM, der als Forschungstaucher im Unterwasserlabor „Helgoland“ in 15 Metern Tiefe in der Ostsee gearbeitet hat. „Daran sollte man sich erinnern, bevor man sich am Kaffee die Zunge verbrüht.“ Nicht anders funktioniert übrigens ein Schnellkochtopf: Mit erhöhtem Druck werden Siedetemperaturen bis zu 120 Grad Celsius erreicht und so die Garzeit verkürzt.

Unterwasserkommunikation

Wie kommunizieren Unterwassermessgeräte miteinander?
Herr Tschech, Berlin

Autonome Fahrzeuge zur Vermessung der Ozeane können heutzutage über große Distanzen sogar schon per Handy gesteuert werden – solange sie sich an der Meeresoberfläche befinden. Ein paar Zentimeter darunter wäre das Gerät auf diese Weise schon nicht mehr erreichbar, da die elektromagnetischen Wellen je nach Frequenzbereich mehr oder weniger vom Meerwasser geschluckt werden. Lange Wellen etwa im Infrarotbereich, aber auch Radiowellen, werden von Wassermolekülen aufgehalten, kurze Wellen von den im Meerwasser gelösten Salzen. „Daher baut die Kommunikation unter Wasser in den meisten Fällen auf Schallwellen“, sagt Diplom-Physiker Eberhard Kopiske vom MARUM. „Sie werden zur Kommunikation, Navigation und Ortung genutzt. Allerdings beschränkt sich die Kommunikation meist auf den Austausch zwischen Schiff und Unterwassergerät.“ Messgeräte lässt man selten miteinander kommunizieren, da dies relativ viel Energie benötigt und die Kapazität der Akkus begrenzt ist. Sie speichern alle Daten, die dann später ausgelesen werden. Eine Ausnahme bilden autonome Unterwasserfahrzeuge, die im Schwarm operieren. Sie tauschen Navigationsdaten zu ihren Flugstrecken über Schallwellen aus, was sich allerdings derzeit noch im Stadium der Erprobung befindet.

Unterwasservulkane I

Feuer kann bekanntlich nur bei ausreichender Sauerstoffzufuhr brennen bzw. glühen. Wieso erstickt vulkanisches Feuer unter Wasser oder tief im Erdinnern nicht?
Franz Manser, Minusio/Schweiz

Wichtig ist es, zwischen Brennen und Glühen zu unterscheiden. Bei dem "vulkanischen Feuer" im tiefen Erdinneren handelt es sich nicht um Verbrennungsprozesse, sondern um mehr als 1.000 Grad Celsius heiße, glühende Gesteinsschmelzen. Eine Verbrennung ist eine chemische Reaktion mit Sauerstoff, bei der Wärme und oft eine sichtbare Flamme entsteht, während Glühen die Ausstrahlung von Licht durch einen sehr heißen Körper bezeichnet und daher keinen Sauerstoff erfordert. Daher glüht Lava im Erdinnern oder unter Wasser so lange bis sie abgekühlt ist.
Eine dunkle Rotglut entsteht bei etwa 400 Grad, eine Weißglut bei 1.200 Grad Celsius. Das bekannteste Beispiel ist die "brennende" Glühbirne, die natürlich nicht brennt im Sinne von Feuer, sondern nur glüht. "Lavaströme unter Wasser glühen gelb, werden allerdings durch das kalte Wasser schnell abgeschreckt, so dass sich in Sekunden eine Glaskruste bildet", sagt der Bremer Vulkanologe Dr. Andreas Klügel.

Unterwasservulkane II

Gibt es Unterwasser wirklich Vulkane, die Schlamm speien?
Volker Knustmann per Email

Zum Glück kann man unter Wasser nicht riechen. Denn Wissenschaftler vermuten, dass es in unseren Ozeanen bis zu 100.000 Schlammvulkane gibt, an denen neben Schlamm große Mengen Methan und andere übel riechende Gase wie Schwefelwasserstoff austreten. Schlammvulkane entstehen überwiegend dort, wo ozeanische Krustenplatten in den Erdmantel abtauchen. Über Jahrmillionen haben sich auf den Platten Ablagerungen angesammelt, die viel organisches Material und jede Menge Wasser enthalten. Taucht die Platte ab, nimmt sie diese Sedimente mit in die Tiefe, wo großer Druck herrscht. Das organische Material wandelt sich zu Methan um und das leichte Gemisch aus Gas, Wasser und Schlamm wird nach oben gedrückt. Schon entsteht ein Vulkan, der statt Lava eine übel riechende graue Masse ausspuckt. Wissenschaftler interessieren sich für diese Art Vulkanismus besonders, weil Methan ein 30-mal stärkeres Treibhausgas ist als Kohlendioxid. Aber noch weiß man nicht, wie viele solche Vulkane es in den Ozeanen gibt und wo sie sind. Und wie oft und wie stark sie ausbrechen ist ebenfalls unbekannt. Hinweise geben die etwa 1.100 Schlammvulkane, die an Land bekannt sind. Hier können die Wissenschaftler zwar viel einfacher Untersuchungen machen, aber dafür ist der Geruch auch erheblich präsenter.

Vergewaltigung im Tierreich

Stimmt es, dass es bei Delfinen und anderen Tieren zu Vergewaltigungen kommen kann?
Katja Henkel, per Email

Der Ausdruck Vergewaltigung ist von menschlicher Moral geprägt. Eindeutig belegt zu sein scheint jedoch, dass es auch im Tierreich Arten gibt, zu deren Fortpflanzungsstrategie unter anderem das gehört, was wir als Vergewaltigung bezeichnen – das Erzwingen von Geschlechtsverkehr mit Gewalt und gegen den Willen des Partners. Dahinter steht das Bedürfnis der Männchen, ihre Gene möglichst oft weiterzugeben. Berüchtigt dafür sind vor allem Stockentenerpel in städtischer Umgebung. So harmlos sie auch wirken, so brutal kann es zugehen, wenn mehrere Erpel eine Ente jagen und bei der Kopulation unter Wasser drücken. Häufig ertrinken die Enten dabei, so dass das Geschlechterverhältnis immer ungünstiger wird. Delfine gehen sogar ein Stück weiter: zwei bis drei Männchen bilden eine so genannte Koalition und trennen ein Weibchen von seiner Gruppe, um mit ihr zu kopulieren. Dabei geht es sehr rau zu, ernsthafte Verletzungen sind aber wohl selten. Typischerweise entführen die Männchen ein gebährfähiges, nicht trächtiges Weibchen, so dass es immer auch um Fortpflanzung geht. Anscheinend genießen Delphine Sex aber auch um des Sex willen: Im Normalfall initiieren Weibchen als auch Männchen sexuelle Handlungen, die nicht immer auf Fortpflanzung gerichtet sind.

Vogelflug

Wie kann ein Vogel im Wind stehen?
Uwe Witt, per Email

Die gewölbten Profile von Vogelflügel, Flugzeugtragfläche und Schiffssegel ähneln sich sehr: dahinter steht dasselbe Prinzip. Die dickere Vorderkante verlängert den Weg, den die an der Außenseite fließenden Luftmoleküle zurücklegen müssen. Sie benötigen also mehr Zeit um den Flügel zu passieren, als die auf der Unterseite fließenden Moleküle. So entsteht auf der Oberseite ein Unterdruck. Dieser Unterdruck saugt den Flügel, die Tragfläche oder das Segel mehr oder weniger in die Richtung, aus der der Wind kommt.

Ein Vogel kann den Winkel, den die Vorderkante seines Flügels zum Wind einnimmt, verändern. Daher kann er mit nur leichten Ausgleichsbewegungen im Wind stehen. Der Unterdruck an der Flügeloberseite gleicht die Schwerkraft aus.

Schiffe können mit demselben Prinzip den Wind nutzen, um gegen den Wind zu segeln, ohne selbst Energie aufzuwenden. Dabei erreichen sie höchstens einen Winkel von etwa 40 Grad zur Windrichtung. Durch die Geschwindigkeit des Bootes hat der Segler selbst das Gefühl, einen Winkel von ca. 30 Grad halten zu können. Dieses Phänomen wird als Scheinwind bezeichnet.