TEOS-10 (Thermodynamic Equation of Seawater – 2010) ist der gegenwärtige internationale Standard zur Beschreibung und Berechnung der thermodynamischen Eigenschaften von Meerwasser, feuchter Luft und Eis. Er ersetzt die frühere Norm EOS-80 (Equation Of State of Seawater – 1980) und wird seit 2010 von der UNESCO/IOC, SCORScientific Committee on Oceanic Research (Scor) Scor-Website, abgerufen am 4. September 2025. und IAPSO offiziell empfohlen.TEOS-10: Zustandsgleichungen zur Thermodynamik des Meerwassers - 2010 Website des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung, abgerufen am 4. September 2025.TEOS-10 Offizielle Seite
Geschichte TEOS-10 wurde durch die SCOR/IAPSO Working Group 127 unter Vorsitz von Trevor McDougall entwickelt. Im Juni 2009 wurde die Norm von der Intergovernmental Oceanographic Commission (IOC) anerkannt, 2011 erfolgte die Bestätigung durch die International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG).Ocean Science: The International Thermodynamic Equation of Seawater – 2010
Thermodynamische Grundlagen TEOS-10 basiert auf einem Gibbs-Funktionsansatz, der konsistente Ableitungen aller thermodynamischen Eigenschaften ermöglicht. Die zentralen Potentiale sind:
Spezifische Helmholtz-Energie reinen Wassers: fF(T, ρ) Spezifische Gibbs-Energie für hexagonales Eis: gIh(T, p) Spezifische Gibbs-Energie für Standard-Meerwasser: gSW(SA, T, p) Spezifische Helmholtz-Energie feuchter Luft: fAV(A, T, ρ).Rainer Feistel, R. Wielgosz, SA Bell et al. (2016): Metrological challenges for measurements of key climatological observables: Oceanic salinity and pH, and atmospheric humidity. Part 1: Overview. In: Metrologia, Band 53 (2016), Ausgabe 1, R1-R11. DOI:10.1088/0026-1394/53/1/R1.
Absolute Salinity (SA) mini|Verteilung der Anomalie der absoluten Salinität bei 2500 dbar (ca. 2500 m Tiefe), erstellt mit der Gibbs SeaWater (GSW) Oceanographic Toolbox von TEOS-10.
Ein wesentlicher Fortschritt von TEOS-10 ist die Einführung der Absolute Salinity SA (in g·kg⁻¹), die die Masse gelöster Stoffe pro Masse Meerwasser angibt. Sie ersetzt die bisherige Practical Salinity SP, die rein leitfähigkeitsbasiert definiert ist. Die neue Definition des Salzgehalts berücksichtigt nicht nur das Gewicht der gelösten Salzionen, sondern auch deren Auswirkungen auf die Dichte. Das Problem ist nämlich: Meerwasser besteht nicht nur aus reinem Wasser und Natriumchlorid (Kochsalz). Die genaue ionische Zusammensetzung variiert von Ozean zu Ozean. Diese Variationen beeinflussen die Dichte. Ein Kilogramm Wasser mit einer bestimmten Leitfähigkeit hat im Atlantik eine leicht andere Dichte als im Pazifik. Die Lösung liegt nun darin, dass die absolute Salinität in g/kg angegeben wird und diese regionalen Dichteunterschiede korrigiert.
SA(ϕ,λ,p) = (35.16504 / 35) · SP + δSA(ϕ,λ,p)
Conservative Temperature (Θ) Zur besseren Darstellung des ozeanischen Wärmeinhalts wurde die Conservative Temperature Θ eingeführt. Sie konserviert (daher der Name) den Wärmeinhalt eines Wasserpakets besser als die zuvor verwendete potentielle Temperatur: Wenn ein Wasserpaket im Ozean absinkt oder aufsteigt, ändert sich seine potentielle Temperatur leicht durch Druck- und Salzgehaltseffekte, obwohl kein Wärmeaustausch stattfindet. Die Conservative Temperature bleibt unter diesen adiabaten Bedingungen nahezu konstant, was die Modellierung von ozeanischen Strömungen und Wärmetransport erheblich vereinfacht.
Θ = h0(SA, T, p) / cp0
Übersicht der Größen
+ Vergleich zentraler Größen in TEOS-10 und EOS-80 Größe Symbol Einheit Definition / Bedeutung Bemerkung Practical Salinity SP dimensionslos Maß für Salzgehalt auf Basis elektrischer Leitfähigkeit Standard in EOS-80; bleibt Beobachtungsgröße in Datenbanken Absolute Salinity SA g·kg⁻¹ Masse der gelösten Stoffe pro Masse Meerwasser Neue Referenzgröße in TEOS-10; berücksichtigt regionale chemische Unterschiede In-situ-Temperatur T °C (ITS-90) Direkt gemessene Temperatur am Ort und Druck Beobachtete Größe Potentielle Temperatur θ °C Temperatur nach adiabatischer Verbringung auf Referenzdruck (z. B. 0 dbar) In EOS-80 Standardgröße; nicht streng proportional zum Wärmeinhalt Conservative Temperature Θ °C Temperaturgröße proportional zur potentiellen Enthalpie h0; repräsentiert Wärmeinhalt Neue Standardgröße in TEOS-10; physikalisch konsistenter als θ Dichte ρ kg·m⁻³ Masse pro Volumen Meerwasser Aus Gibbs-Funktion ableitbar Druck p Pa (üblich: dbar) Absoluter Druck im Ozean TEOS-10 definiert p im SI-System (Pa); in Ozeanografie oft dbar Spezifische Wärmekapazität cp J·kg⁻¹·K⁻¹ Wärmemenge pro Masseneinheit und Temperaturänderung TEOS-10 liefert konsistente Werte über (SA, T, p)
Software Zur Anwendung von TEOS-10 stehen Open-Source-Bibliotheken zur Verfügung, u. a.:
GSW Oceanographic Toolbox (MATLAB, Python, R, Julia, C/C++) SIA-Library (Fortran, VBA; streng SI-basiert)
Vergleich zu EOS-80 SA statt SP als Referenzgröße Θ statt θ als Maß für Wärmeinhalt Nutzung von absolutem Druck (Pa) statt relativem Druck (dbar) Konsistente Gibbs-Funktionsbasis statt Näherungsformeln
Bedeutung TEOS-10 stellt einen wichtigen Fortschritt in Ozeanografie und Klimaforschung dar. Er ermöglicht eine präzisere Bestimmung des Wärmeinhalts der Ozeane, was für die Untersuchung des globalen Klimasystems und der Energiebilanzen von Bedeutung ist.
Weblinks TEOS-10 Website The Gibbs-Seawater (GSW) Oceanographic Toolbox TEOS-10 Primer TEOS-10 Manual
Einzelnachweise
Kategorie:Norm Kategorie:Ozeanografie