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Salz - Sauerstoffisotope

Salz

Woher kommt, erdgeschichtlich gesehen, das Salz des Meeres?
Schüler aus Troisdorf

Diese scheinbar einfache und beim Thema Meere naheliegende Frage hatten wir eigentlich schon viel früher erwartet. Eine bündige Antwort findet sich in Sebastian Gerlachs empfehlenswertem Buch "Marine Systeme", das der Ökologie ozeanischer Lebensräume gewidmet ist. Dort heißt es: "Das Salz stammt aus der Zeit, als sich nach der Abkühlung und Verfestigung der Erdkruste die erste Wasserhülle bildete, der Urozean. Seitdem wirken zwei gegenläufige Prozesse auf den Salzgehalt ein: wenn am Meeresboden Sedimentmaterial in den geologischen Untergrund absinkt, dann wird mit dem eingeschlossenen Porenwasser Salz entfernt, ungefähr ebensoviel, wie dem Meer ständig durch Verwitterung von Gestein zugeführt wird.

Beide Prozesse waren in den erdgeschichtlichen Perioden verschieden intensiv, es gab Perioden mit starker Gebirgsbildung und Perioden mit starker Erosion. ... Vieles spricht dafür, daß vor 270 Millionen Jahren der Salzgehalt des Weltmeers sogar höher als heute war, denn im Perm-Zeitalter verdunstete viel Meerwasser in Flachwassergebieten. Meersalz wurde in Salzlagerstätten festgelegt. Damals war der Salzgehalt vielleicht 42 Promille.

Auch während der Eiszeiten wurde aus dem Weltozean stammendes Wasser als Süßwassereis auf dem Land abgelagert. Deshalb war der Salzgehalt des Weltmeers vor 20.000 Jahren wohl 35,9 Promille." Bleibt nachzutragen, daß er heute bei durchschnittlich 34,7 Gramm Salz pro Liter Meerwasser, sprich: bei 34,7 Promille liegt.

In Flüssen verweilt das Wasser nur sehr kurz. Daher werden dort nur vergleichsweise wenige Salzionen gelöst.

Salzgehalt der Weser

Beeinflusst das Nordseewasser eigentlich den Salzgehalt des Weserwassers bei Bremen?
Daniel Hub, Bremen

Bekanntlich beträgt der Salzgehalt von Meerwasser durchschnittlich 34,7 Promille, sprich: 34,7 Gramm Salz pro Kilogramm (~Liter) Wasser. In Flussmündungen wie dem Weserästuar entstehen durch Vermischung von salzigem Nordsee und süßem Flusswasser mehr oder weniger ausgedehnte Brackwasserzonen. Diese verändern ihre Lage im Lauf der Jahreszeiten je nach Tiden, Windstärke und -richtung sowie der Menge des abfließenden Weserwassers um etwa vierzig Kilometer. Der Salzgehalt des Brackwassers muss definitionsgemäß mindestens 0,5 Promille betragen, darf 25 Promille aber nicht überschreiten.

In der Regel reicht der Einfluss des salzhaltigen Nordseewassers, das mit jeder Flut weseraufwärts strömt, nur etwa bis Esensham, rund fünfzig Kilometer unterhalb von Bremen. Bei Springflut bzw. leichter Sturmflut dringt das Salzwasser gelegentlich etwa zehn Kilometer weiter stromauf bis nach Brake und der Huntemündung vor. Nur bei extremen Sturmfluten gelangt Nordseewasser bis vor die Tore Bremens.

Auf den ersten Blick erstaunlich ist deshalb, dass die Salzkonzentration dort bis vor gut zehn Jahren dennoch bei teilweise mehr als drei Promille betrug. Ursache dafür waren die u.a. in der Ex-DDR gelegenen Kalibergwerke, deren Abwässer die Weserzuflüsse Werra und Fulda belasteten. Seit deren Stilllegung zu Beginn der 90er-Jahre hat sich die Situation deutlich verbessert. Im vergangenen Jahr schwankte der Salzgehalt des nur gelegentlich noch leicht brackigen Weserwassers in Bremen zwischen 0,25 und 0,65 Promille - was sich naturgemäß auf die Artenvielfalt in der Weser positiv auswirkt.

Salzgehalt maximal

Was ist der höchste Salzgehalt, den ein Gewässer aufweist?
G. Lanzerstorfer, Edlitz-Thomasberg, Österreich, per Email

Das Salz der Meere und Seen lässt die mare-Leser einfach nicht los. Während Wissenschaftler auf Meeresexpeditionen Schwankungen im Salzgehalt einzelner Wasserschichten auf die vierte Stelle hinter dem Komma genau bestimmen, interessieren sich Laien vielfach für Rekordmarken. So gesehen ist ein kleiner ostantarktischer See am Rand des Rossmeers absolute Spitze. Der Don Juan Pond - mit seinen kaum 75 Zentimetern "Tiefe" mehr Tümpel als See - weist Guinness reife Salzgehalte von mehr als 400 Promille auf. Ähnlich exotische Werte erreichen der Güsgundag-See in der Türkei und der südrussische Saljonka-See. Demnach belegt das vielfach zitierte Tote Meer mit Salinitäten von bis zu 340 Promille nur den vierten Rang.

Indes: Seen, die einen Salzgehalt aufweisen, der die 34,7 Promille Durchschnittsgehalt der Ozeane um ein mehrfaches übersteigt, sind keine Seltenheit und auf allen Kontinenten zu finden. Aber auch in den Weltmeeren selbst werden vereinzelt bemerkenswert hohe Salzgehalte registriert. So am Grund des östlichen Mittelmeers. Rund um Kreta findet man Vertiefungen im Meeresboden, die erst im Lauf der letzten zwei Jahrzehnte entdeckt wurden. Sie weisen Durchmesser von mehreren Dutzend Kilometern auf und sind gegenüber der Umgebung um bis zu 500 Meter eingesenkt. Dort sammelt sich Wasser, das zuvor mit unterirdischen Salzstöcken Kontakt hatte und Salinitäten von 120 Promille aufweist - immerhin dreimal so viel wie das Oberflächenwasser im Roten Meer.

Salzgehalt verschiedener Meere

Warum haben verschiedene Meere unterschiedliche Salzgehalte?
Kerstin Fölster, Berlin

Es würzt Speisen und Debatten. Und wie es in die Suppe bzw. ins Meer kommt, brachte der Physiker Edmond Halley (1656 bis 1742) kurz und bündig auf den Punkt: „Erosion bricht das Salz aus dem Gestein, Flüsse tragen es ins Meer, das Wasser verdampft und das Salz bleibt zurück.“ Heute weiß man, dass auch am Meeresboden ausströmende Lava Salze in die Ozeane bringt.

Seit etwa 250 Millionen Jahren liegt der durchschnittliche Salzgehalt der Weltmeere bei 3,5 Prozent – etwa drei Esslöffel pro Liter. Sieht man jedoch genau hin, zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Meeren. Wo viel Wasser verdunstet, ist der Salzgehalt höher, wie im Persischen Golf mit 4 Prozent. Geringe Konzentrationen hingegen misst man, wo viel Süßwasser ins Meer fließt – wie an Mündungen großer Flüsse. In der Ostsee zum Beispiel liegt der Salzgehalt zwischen geringen 0,4 und 2 Prozent. Dies kommt auch daher, dass im Einzugsgebiet der Ostseeflüsse die Verdunstung gering und somit ihre Salzfracht sehr niedrig ist.

Übrigens befinden sich insgesamt unvorstellbare 50 Tausend Billionen Tonnen Salz in den Weltmeeren. Würde man all dieses Salz über das Festland verteilen, würde es dieses 150 Meter hoch bedecken. Das würde wohl jede Suppe und jede Debatte versalzen.

Salziger Geschmack von Fischen

Warum schmecken Tiere, die in Salzwasser leben, eigentlich nicht salzig?
Ilona Notzon, Ulm

Alle Organismen kontrollieren, wie viel Salz sie aufnehmen. Salz ist zwar lebensnotwendig, aber auch hier gilt: die Menge macht's - zu viel oder zu wenig ist tödlich. Obwohl die Meeresorganismen in Salzwasser leben, schmecken sie nicht so salzig, wie man meinen sollte. Blut und Lymphe der meisten Krebse, Muscheln und Würmer enthalten genauso viel Salz wie das Meerwasser, also etwa 35 Gramm pro Kilo. Fischblut enthält nur etwa neun Gramm Salz pro Kilo, denn Fische pumpen über spezielle Zellen in den Kiemen ständig Salz aus ihrem Körper.

Generell gilt, dass das Fleisch der Meerestiere nicht so salzig wie ihre Körperflüssigkeiten. Krebs- und Muschelfleisch weist nur drei bis sieben Gramm pro Kilo auf; Fischfleisch ist mit einem bis drei Gramm pro Kilo sogar weniger salzig als Rind- oder Schweinefleisch. Das Konzentrationsgefälle zwischen den Körperzellen, also dem Fleisch, und den sie umgebenden Flüssigkeiten, also Blut und Lymphe, ist für die biochemischen Abläufe im Körper wichtig. Um es aufrecht zu erhalten, schleusen die Zellen ständig Salze nach außen. Darüber wie salzig Meeresgetier im Endeffekt schmeckt, wird also eher in der Küche entschieden. Hier kommt es ganz auf die Art der Zubereitung und auf den Geschmack an. Die einzigen Fische, die wohl allen salzig schmecken, sind daher Heringe - einerlei ob eingelegt oder aus Lakritz.

Salzwassergrenze

Wie schnell bewegt sich bei Flut die Salz-/Süßwassergrenze elb- bzw. weseraufwärts?
Martin Christians, Sandstedt

Mit der Natur im allgemeinen und den Gezeiten im besonderen ist das so eine Sache. Beide scheinen um so komplexer zu werden, je genauer man sie untersucht. Wenn, bedingt vor allem durch die Anziehungskraft des Mondes, zweimal täglich eine Flutwelle in die Deutsche Bucht bzw. in die dort mündenden Flüsse einläuft, kommt es zu komplizierten Vermischungsprozessen zwischen dem Salzwasser der Nordsee und dem flussabwärts strömenden "süßen" Oberwasser der Flüsse. In den Unterläufen von Weser und Elbe entstehen ausgedehnte Brackwasserzonen. Wie schnell bzw. wie weit flussauf und flussab sich dieser Grenzbereich zwischen Salz- und Süßwasser bewegt, hängt von vielen Faktoren ab: Mondstellung, Windstärke und -richtung, Niederschläge bzw. Schneeschmelzereignisse im Binnenland, Ort der Messung usw..

Entscheidende Bedeutung kommt dem abfließenden Oberwasser von Weser und Elbe zu. So wurden im vergangenen Frühjahr - nach ergiebigen Regenfällen - am Unterlauf der Weser 1.900 Kubikmeter Süßwasser pro Sekunde gemessen. Damals erstreckte sich der Süßwasserkörper bis Bremerhaven. Anders bei sommerlicher Trockenheit. Dann kann salzhaltiges Wasser mit jeder Flut bis oberhalb der Huntemündung und damit immerhin etwa vierzig Kilometer weiter weseraufwärts vordringen.

In beiden Fällen bilden sich ausgedehnte Brackwasserbereiche. Dies gilt analog auch für die Elbe. So gesehen kann von einer eindeutigen Salz- bzw. Süßwassergrenze keine Rede sein. Um Ihnen eine Vorstellung über Strömungsgeschwindigkeiten zu geben, muss man wissen, dass diese durch Flussbauwerke wie Buhnen sehr stark schwanken. In der Fahrrinne der Weser bei Brake beträgt die mittlere Ebbstromgeschwindigkeit etwa 80 Zentimeter pro Sekunde; im sandig-flachen Uferbereich werden dagegen nur 30 bis 40 Zentimeter pro Sekunde gemessen.

Zudem lassen sich Unterschiede zwischen boden- und oberflächennahen Strömungen feststellen: Wegen der Rauhigkeit des Flussbettes und der damit verbundenen größeren Reibung beträgt die Geschwindigkeit an der Sohle etwa 68, an der Oberfläche dagegen bis zu 93 Zentimeter pro Sekunde.

Sarazenen

Woher kamen die im Mittelalter als Piraten berüchtigten Sarazenen?
Hans-Werner Klose, Otterndorf

´Die unter dem Zelt leben` - so lautet sinngemäß die lateinische Bezeichnung für die Sarazenen. Ursprünglich bezeichnete Griechen und Römer damit einen nordarabischen Nomadenstamm, der die Wüsten der Sinai-Halbinsel durchstreifte. Im frühen Mittelalter wurden alle Araber sowie die Angehörigen anderer muslimischen Völker des Nahen Osten als Sarazenen bezeichnet. Im 7. Jahrhundert nach Christus fielen sie plündernd und brandschatzend in Spanien, Frankreich und später auch in Italien ein.

Ab Mitte des 8. Jahrhundert waren die Sarazenen als berüchtigte Piraten verrufen, die Korsika, Sardinien und weitere Inseln im Mittelmeer eroberten. Ab 827 diente ihnen Sizilien rund 200 Jahre lang als Ausgangsbasis für ihre Eroberungszüge. Auch auf das strategisch günstig gelegene Elba hatten sie ihr Auge geworfen. Doch ein ausgeklügeltes System von Wachtürmen und starke Schutzmauern hinderten die Sarazenen daran, Elba einzunehmen. Der im 12. Jahrhundert errichtete "Torre Saracena", dessen Feuer vor herannahenden arabischen Piraten warnte, weist noch heute den Weg in den Hafen Marciana auf Elba.

Sauerstoffisotope

Wie lassen sich Wassertemperaturen anhand von Sauerstoffatomen abschätzen?
Leo Farkasch, per Email

Der Meeresboden ist ein wichtiges Klimaarchiv, denn in den Ablagerungen sind Umweltinformationen früherer Erdepochen gespeichert. Um diese zu entschlüsseln, ziehen Forscher auf ihren Expeditionen Sedimentkerne aus dem Ozeangrund. Aus den Ablagerungen schlämmen sie die Kalkschalen bestimmter Kleinstlebewesen. Diese Foraminiferen, die seit Jahrmillionen die Ozeane bevölkern, bauen die im Meerwasser enthaltenen Sauerstoffisotope in ihre Schalen ein. Anhand der Schalen bestimmen die Forscher im Labor das Verhältnis von Sauerstoff-18 zu Sauerstoff-16, also das des mit 18 Neutronen schwereren Sauerstoffisotops zu dem leichteren mit nur 16 Neutronen. Generell verdunsten vermehrt Wassermoleküle mit den leichteren Sauerstoffatomen. Solange es kalt ist, werden diese leichten Sauerstoffisotope letztendlich in den Eiskappen der Pole festgelegt. Wenn sich das Klima erwärmt, schmilzt das Eis und die leichten Sauerstoffatome werden dem Ozean wieder zugeführt. Das Verhältnis der Sauerstoffisotopen 18 zu 16 ist im kalten Ozean also größer und wird im wärmeren Ozean kleiner. Über bestimmte Umrechnungen können die Wissenschaftler von den geänderten Isotopenverhältnissen auf die Temperaturschwankungen des Ozeans rückschließen.