Uber die Bedeutung 2dstundiger Beobachtangeu fur die Oaeanographie.

Vortrag, geha l ten a m %2. September 1909 auf der 81. Versamrnlung Deutscher Naturforscher u n d Arzte i n Salzburg.

Van

Dr. Alfred Merz (Berlin).

Die Ozeanographie ist eine der jungsten Zweige systematischer erd- kundlicher Forschung. Erst die groBartig angelegte Challenger-Expedition der Jahre 1872-1876 hat die Basis fur den Aufbau dieses Wissensgebietes geboten. Dadurch, daB die Arbeiten dieser glanzend geleiteten und aus- geriisteten Forschungsreise groDzugig alle drei Ozeaiie mifafiten, bis in die Antarktis vordrangen und in der Vertikalen bis zum Meeresgruntl sich er- streckten, haben sie ihre unvergfingliche Bedeutung gewonnen. Denn so wurde eine klare, in allen Hauptzugen richtige Vorstellung von dern physi- schen Zustande der zusammenhangenden Wassermassen der Erdoberfliikhe gaschaffen, die gestattete, die einzelnen Tatsachen richtig einzuordnen und ursachlich zu verbinden, Probleme zu formulieren, um sie auf nauen, riiumlich beschriinkteren Unternehmungen zu liken, und zugleich engere blaschen zwischen die Furchen zu legen, die jene in die Meeresflache ge- pflugt hatten.

Noch sind die Aufgaben dieser Epoche , zu deren glanzendsten Ver- tretern Nansens Nordpolarfahrt von 1893-96 und die deutsche Valdivia- Expedition in den Jahren 1898-99 gehoren , nicht erschopft und schon hat mit der Begrundung der Jnternationalen Meeresforschung" im Jahre 1902 eine neue Poriode eingesetzt, die in gewaltigem Anlaufe bereits tiefe, kaum geahnte Einsichten in die Dynamik der Meere und groDartige Pesspektiven fur die Zukunft erschloB. Diese gewaltige wissenschaftliche Kooperation, deren Arbeitsbereich alle Meere umspannt, die Europa von GroDbritannien bis NordruDland umspulen, verdankt ihre einzigartigen Ergebnisse der Ein- fuhrung einer neuen Methode. - Hisher waren Ziel der Untersuchung die Schwankungen der ozeanographisbhen Faktoren von Ort zu Ort, ihre Ver-

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anderlichkeit mit der Zeit hatte man nur hinsichtlich der Meeresoberflache nach einigen wenigen Richtungen berucksichtigt, sonst aber raumlich aus- gedehnte Untersuchungen fast allenthalben ohne Beziehung zur Zeit , oft nur im Sommer angestellt und das als einheitlich betrachtete Material dementsprechend verwertet. Nun aber wurde die Beziehung zur Zeit und zwar zur Jahreszeit als leitender Gedanke der internationalen Arbeit auf- genommen. Und man kam dadurch zur Kenntnis gro5er jahreszeitlicher Schwankungen in den physischen Verhaltnissen der Nordwesteuropa um- schlieBenden Meere , deren Ursachen heute noch nicht vollig geklart sind. Treten die einen Forscher mehr fiir lokalklimatische Ursachen ein, so weisen andere, vornehmlich P e t t er s s on , auf die wahrgenommenen Pulsationen des Atlantischen Stromes als Hauptagens hin. - Die kuhne Resolution, die S c h o t t und P e t t er s s on dem internationalen Geographenkongresse in Genf vorgeschlagen haben: es moge der Atlantische Ozean in das Be- reich der internationalen Meeresforschung gezogen werden, zielt vor allem dahin , die Ursachen der gro8en periodischen und unperiodischen Schwan- kungen des Atlantischen Stromes aufzuspuren, die auch fur Europas Klima und Wirtschaftsverhaltnisse von gro5er Bedeutung sind. Sollte es moglich sein, diese Plane zu verwirklichen und nach dem Vorschlage Vinciguerras auch das Mittellandische Meer mit einzubeziehen, so wiirde im Vereine mit der wohldurchdachten, schon gesicherten Polarexpedition Amunds ens ein vom Nordpolargebiet his fast in antarktische Regionen reichendes Be- obachtungsnetz den Atlantischen Ozean samt seinen Nebenmeeren um- spannen und bald Kenntnis geben vom Jahreskreislaufe der Erscheinungen in einem Ozean und ihrer Wirkung auf die ihm tributaren Meere.

Lassen wir damit bereits ein groBstrtiges Znkunftsbild vor unseren Augen auftauchen, das uns die hochsten Ziele zeigt, zu denen die inter- nationale Meeresforschung emporstrebt unter steter Beachtung ihrer Me- thode: Beziehung zum Raum und zur Jahreszeit, so ist es dennoch not- wendig, hervorzuheben , da8 bisher einige Zeitbeziehungen vernachlassigt wurden oder vielleicht vernachliissigt werden mu5ten. Es sind dies vor allem die Beziehung zur Tageszeit und zu den periodischen Erscheinungen des Gezeitenphanomens. Werfen wir also einen Blick auf die Bedeutung dieser Erscheinungen fur die Ozeanographie, um so entscheiden zu konnen, ob es der Muhe lohnt, ihnen nachzugehen.

Die vertikale Fortpflanzung der Erwarmung und Abkuhlung in den Wassermassen der Meere wahrend der Tages- und Jahresperiode ist einer der fundamentalsten und weittragendsten Vorgiinge in der Natur , und doch, wie weit sind wir noch von seinem Verstandnisse entfernt. Wohl kennen wir bereits die meisten mitwirkenden Faktoren als Strahlung, Leitung Konvektion Vertikalzirkulation , Windwirkung , aber uber das Ausma5 ihres Einflusses ihre quantitative Bedeutung , sind wir noch

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sehr im unklaren. Bedenken wir nun, daD die jihrliche Periode der Er- warmung und Abkuhlung ein Summationseffekt ist von taglichen Vor- giingen , so konnen wir den Gewinn aus Beobachtungsreihen ermessen, die uber ganze Tage ausgedehnt, Einblick in die quantitative Seite der $'rage gewihren. So kann z. B. der quantitative Anteil von Strahlung und Konvektion bestimmt werden , wenn man an windstillen, sonnigen Tagen gleichzeitig je zwei solcher Dauerbeobachtungen durchfiihrt , die eine im Miindungsbereich eines Flusses, wo die rasche Dichtezunahme mit der Tiefe die Konvektion vollig hemmt, die andere aulerhalb des FluBgebietes, WQ

die Konvektion sich entwickeln kann. Nord-, Ostsee und Adria bieten aus- gezeichnet Gelegenheit. So lieferte mir eine 24stiindige Beobachtung im siiBw asseriiberdeckten Golf von Monfalcone in fiinf Meter Tiefe eine Ampli- tude von nur einem halben Grad, wiihrend bloB 13 Seemeilen davon ent- fernt, im Golfe von Triest, die Amplitude in derselben Tiefe den vierfachen Betrag erreichte, trotzdem hier die Oberflgchenschwankung kleiner war als im Golf von Monfalcone. - Auch die Ursachen fur das Ausmafi der Ober- fliichenamplitude konnen nur durch solche Beobachtungen erkannt werden. So fand z. B. Dickson die bisher unerklarte Tatsache, daB die Schwan- kung der Oberflachentemperatur seewiirts abnimmt. Vierundzwanzigstiindige Beobachtungen haben mir die Wirkung von Land- und Seewind als Ur- sache der Erscheinung aufgedeckt. Bei Tag erzeugt der Seewind eine gegen die Kuste gerichtete Oberflachenstromung warmen Wassers , daher tragt er hier zur Erhohung der 'I'emperatur bei. Bei Nacht dagegen ist die warme Oberflachenstromung gegen die See gerichtet und kaltes Tiefen- wasser wird langs der Kuste zum .4uftrieb gebracht. Als Gesamteffekt er- gibt sich daraus eine VergroBerung der Amplitude in Kustennahe, eine Ver- minderung in groBerer Entfernung. Dadurch erkliirt sich auch der von rnir gefundene Gegensatz in der Wirkung des Seewindes auf Wasser- und Lufttemperatur. Wahrend namlich mit dem Eintreffen des Seewindes be- kanntlich der rasche Anstieg der Lufttemperatur endet , beginnt gleich- zeitig der starkere Anstieg an der Wasseroberflache. - Land- und See- wind miissen demnach auch periodische Schwankungen des Salzgehaltes hervorrufen, die ich auch tatsachlich beobachten konnte. - Die Entwcthme v o ~ i Wasserproben fur Titrierung und direkte Verdunstungsmessungen in der Art, wie sie die Amerikaner anstellen, werden aber auch die Moglich- lichkeit gewahren, AusmaD iind Gang der taglichen Verdunstung zu bestim- men, ein bisher kaum angeschriittenes Problem.

Es diirfte wohl schon das bisher Angefuhrts den groDen Nutzen von Beobachtungen erweisen, die ganze Tage umfasssn. Die Berechtigung dieser Fordemng wird aber noch unzweifelhafter durch einen Hiriweis auf die Bedeutung des Gezeitenphanomens fur die periodische Bnderung der physischen Verhaltnisse des Meeres. - Wahrend der Flutperiode stromt

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in das Flutgebiet aus der Richtung, in der sich die Gezeiten fortbewegen, Wasser ein, um in der Ebbeperiode wieder abzuflieDen. Dadurch werden periodische Bnderungen in der Intensitat und Richtung der Stromungen her- vorgerufen, wie Grund seit 1907 durch vielstundige Beobachtungen in norwegischen Fjorden nachgewiesen hat, werden aber auch Temperatur und Salzgehalt periodisch modifiziert. Komplizierter, auch von der Jahres- zeit und teilweise von der Beziehung zwischen Tageszeit und Gezeiten- phase abhangig sind die Temperaturerscheinungen. Ich werde mich daher hier darauf beschranken, die einfache Wirkung der Gezeiten auf den Salz- gehalt zu beriihren. Immerhin sind auch in dieser Hinsicht mehrere Faille moglich. Liegt eine salzarmere Oberschicht uber dem salzreichen kalten Tiefenwasser, so kann die Flut die Oberschicht, wenn sie nur schwach ent- wickelt ist, ganz zuriickstauen, sonst aber macht sie sich in Anschwel- lungen des Tiefenwassers , also in einer wellenformigen Aufbiegung der Grenzflache geltend. Das zeigen meine seit 1905 im Golfe von Triest an- gestellten 24stundigen Beobachtungen, ferner die Salzgehaltsserien P e t t e r s- sons aus dem GroSen Belt vom Juli 1907 und 1908; Pe t te rsson glaubt auBerdem in seinen die zwei Monate Februar und Marz dieses .Jahres um- fassenden Beobachtungsreihen aus dem Gullmarfjord Gezeiten von halb- monatlicher Periode und auBerordentlichem Betrag der Schwankung , der in der Temperatur his 5 Grad, im Salzgehalt bis Solo0 erreicht, nachweisen zu konnen. Seine Beobachtungen sind allerdings nicht stiindlich durch- gefuhrt, ja die groBe Serie besteht aus nur einmal taglich genau zur selben Stunde angestellten Beobachtungen. Daher kann auch die Erscheinung in den Resultaten nicht ganz rein zum Ausdrucke gelangen, vielmehr sind sie dadurch getrubt, daB die zu einer fixen Tagesstunde angestellten Be- obachtungen sich in bezug auf das Eintreten der halbtagigen Gezeiten um taglich 50 Minuten verfruhen, ganz abgesehen von der Storung durch un- periodische Vorgange.

1st dagegen in einem Gebiete die vertikale Salzgehaltsverteilung eine ziemlich gleichformige, dabei aber der Salzgehalt geringer als in den Meeresteilen, woher es die Flut empfangt, so wird sich der Fluteintritt in einer allgemeinen Erhohung des Salzgehaltes vom Grund bis zur Ober- flache geltend machen, wie die schone, auch auf andere Faktoren sich er- streckende 24stundige Beobachtung yon Gilson vom 7. auf den 8. Sep- tember 1906 auf der Reede von Ostende beweist. - Aber auch noch ein dritter Fall ist moglich, daB namlich die Flutwelle aus Gebieten niederen in Gebiete hoheren Salzgehaltes ubertritt, wie z. B. in den Lagunen von Grado. Und hier vereint sich in der Tat mit Steigendwasser sinkender Satzgehalt.

Schon aus dieser kurzen Darlegung werden Sie entnommen haben, daB der EinfluB der Gezeiten in seinem Betrage sehr bedeutend, in seiner

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Wirkung sehr wechselnd ist. LTnd nur 94stundige oder noch langere Be- obachtungen konnen uns die hier unbedingt notige Klarheit sc,haffen, vor allem auch die Antwort auf die wichtige Frage erteilen, ob solche Vor- gange sich auf offenem Meere abspielen. Sie wiirden uns endlich ein Mittel in die Hand geben, die Fortpflanzung der Gezeiten auch fern der Kiiste zu verfolgen.

: Aber auch die kritische Verarbeitung aller Einzelwerte wurde dumh solche Dauerbeobachtungen gewinnen. Denn wir erhalten dadurch erst den MaDstab, um beurteilen zu konnen, innerhalb welcher Grenzen Be- obachtungen vergleichbx sind, die zu verschiedenen Tagesstunden oder in verschieden Phasen des Gezeitenphanomens angestellt sind und welche Reduktionen an den einzelnen Beobachtungen zu diesem Zwecke angebracht werden miissen.

Aber selbst nach Kenntnis aller bisher erwahnten Faktoren ware eine solche Reduktion nicht immer mit sicherem Erfolge auszufuhren. Denn auBer diesen periodischen Vorgangen gibt es noch unperiodisch auftretende Erscheinungen , die sehr gewaltige Dimensionen annehnien kiinnen. Ich will hier absehen von der schon langer bekannten Wirkung meteorologischer Vorgange , welch letztere wenigstens im Tagebuch vermerkt und fur die weitere Urngebung zur Not aus Schiffsjournalen oder Kustenstationen ab- geleitet werden konnen und will nur hinweisen auf die sehr haufigen unter- seeisc.hen Wellen an der Grenze verschieden dichter Wasserschichten, die sich gegeneinander relativ in Bewegung befinden und die zu bedeutenden vertikalen und horizontalen Verechiebungen der Wassermassen und damit zu uberraschend groDen Bnderungen in den ozeanographischen Faktoren fiihren konnen. - Schon Nansen und Hel land Hansen fanden Spuren davon. Seitdem sind sie exakt nachgewiesen von W a t s o n und Wedder- b 11 r n in schottischen Seen, von S and s t r 6 m auch mit Meerwasser experi- mentell dargestellt, von Exner 1907 iind 1908 im Wolfgangsee, dieseii Sommer nach persfinlieher Mitteilung von Briickners Schuler Herrn Schnabel im Millstadtersee fe,stgestellt, von Schmidt in W e n auch rechnerich behandelt worden. Im Meer sind sie aber schon vor dreieinhalb hhrzehnten, lange vor Helmholtzs theoretischer Behandlung der Luft- wellen einwandfrei beobachtet worden und zwar in einer 15 stundigen Be- obachtungsreihe vom 29. auf den 30 Juli 1874 von den trefflichen oster- reichischen Meeresforschern Luksch, Wolf und Stah lberger im Kana1 von Lesina in der Adria. Aber merkwurdigerweise erwahnen sie dieses fur sie sicher uberraschende Ergebnis im Texte mit keinem Worte. Mehr als 30 Jahre nachher konnte ich solche Wellen wieder in der Adria in schonster Ausbildung nachweisen. Wie aber sol1 man die einzelnen Be- obachtungen vergleichen, ohne von diesen mehr oder weniger stark fast stets auftretenden Wellen Kenntnis zu haben , seien es nun seichesartige

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Bewegungen wie sie die schottischen Forscher und Exner gefunden haben oder seien es Helmholtzsche Wellen, wie sie in den ubrigen erwahnten Untersuchungen aufzutreten scheinen. Wie leicht konnen da die Beobach- tungen zii falschen Schlussen verleiten, wenn man sie alle als direkt ver- gleichbare Werte behmdelt.

Vierundzwanzigstiindige Beobachtungen werden es also vor allem er- moglichen, eine Reihe ozeanographisch bedeutsamer Vorgange wissenschaft- lich zu durchdringen; d0c.h genugen sie nicht zur vollen kritischen Aus- wertung von Einzelbeobachtungen, Zu diesem Zwecke ist die Schaffung permanenter, mit selbstregistrierenden Instrumenten ausgestatteter Stationen, deren Aufzeichnungen bis in groDe Tiefe reichen, nicht nur an den Fest- landskusten, sondern auch auf offener See, z. B. nahe von Inseln eine unbedingte Notwendigkeit. Technisch waren wenigstens Temperatursta- tionen auch heute schon unschwer z u errichten, und auch damit ware ein hoher Gewinn erzielt. Finanziell ware die Durchfuhrung auch nicht un- moglich, da man sich vorderhand mit einigen wenigen Stationen an typi- schen Ortlichkeiten begniigen konnte. Reichlich ware aber der Gewinn fur die Wissenschaft und nicht zuletzt fur das wirtschaftliche Leben, dessen dufbluhen in innigem Kontakte steht mit dem Fortschritte der Erkenntnis.

Revne d. ges. Hydrobiol. 11. Hydrogr. R d . 111. H. 1 11. 3.