mini|Mode Water-Verteilung nach Talley (2000). Als Mode Water wird eine Wassermasse bezeichnet, die über einen großen Tiefenbereich hinweg nahezu einheitliche Temperatur, Salzgehalt und Dichte aufweist. Diese mächtigen, schwach stratifizierten Schichten liegen zwischen der jahreszeitlichen und der permanenten Pyknokline und zeichnen sich durch eine sehr niedrige Potentielle Vortizität aus.Kimio Hanawa, Lynne D. Talley (2001): Mode waters. In: Gerold Siedler, John Church, John Gould (Hrsg.): Ocean Circulation and Climate. International Geophysics, Band 77. Academic Press, S. 373–386. Der Name leitet sich davon ab, dass sie bei der statistischen Volumenauswertung über Temperatur, Salinität und Dichte ein ausgeprägtes Maximum – einen sogenannten Mode – bilden.
Eine fest etablierte deutsche Entsprechung für Mode Water gibt es nicht; meist wird der englische Begriff verwendet, ganz vereinzelt auch die Lehnübersetzungen „Modenwasser“ oder „Moduswasser“.
Namensgebung und Geschichte
Erstmals beschrieben wurde das Phänomen 1959 von L. V. Worthington, der die im Winter auf etwa 18 °C sich abkühlende, rund 300 m dicke Schicht in der nördlichen Sargassosee als „18°-Wasser“ (, EDW) bezeichnete.Leonard V. Worthington (1959): The 18° water in the Sargasso Sea. In: Deep-Sea Research. Band 5 (1959), Ausgaben 2–4, S. 297–305. DOI:10.1016/0146-6313(58)90026-1. Den Begriff mode water prägte 1969 Jotaro Masuzawa für eine ähnliche Schicht im subtropischen Nordpazifik.Jotaro Masuzawa (1969): Subtropical mode water. In: Deep-Sea Research. Band 16 (1969), S. 463–472. DOI:10.1016/0011-7471(69)90034-5. Später wurde der Begriff verallgemeinert: 1977 von Michael McCartney auf das Subantarktische Mode Water (SAMW)Michael S. McCartney (1977): Subantarctic Mode Water. In: A Voyage of Discovery: George Deacon 70th Anniversary Volume. Supplement zu Deep-Sea Research, S. 103–119. PDF. und 1982 von McCartney und Talley auf das Subpolar Mode Water (SPMW) des nordatlantischen Subpolarwirbels.Michael S. McCartney, Lynne D. Talley (1982): The Subpolar Mode Water of the North Atlantic Ocean. In: Journal of Physical Oceanography. Band 12 (1982), S. 1169–1188. PDF. Eine umfassende Übersicht gaben Hanawa und Talley (2001).
Bildung
Mode Water entstehen in bestimmten ozeanischen Regionen durch tiefe winterliche Konvektion der Deckschicht: Starker winterlicher Wärmeverlust an die Atmosphäre vertieft die durchmischte Schicht und erzeugt eine vertikal nahezu homogene Schicht. Im Sommer wird diese von der neuen Thermokline überdeckt, subduziert und seitlich entlang geneigter Isopyknen verfrachtet. So bewahrt das Mode Water die „Erinnerung“ an die Bedingungen seines Entstehungswinters und kann über das Wiederauftauchen () die Meeresoberflächentemperatur späterer Winter beeinflussen – ein wichtiger Faktor für klimatische Schwankungen von mehreren Jahren bis Jahrzehnten.
Typen und globales Vorkommen
mini|Verbreitungsgebiet der STMWs. Man unterscheidet zwei Haupttypen:Takamasa Tsubouchi, Toshio Suga, Kimio Hanawa: Comparison study of subtropical mode waters in the world ocean. In: Frontiers in Marine Science, Band 3, 2016, S. 1–15. DOI:10.3389/fmars.2016.00270.
Subtropisches Mode Water (STMW) entsteht in den westlichen Bereichen subtropischer Wirbel und ist relativ warm und leicht, mit geringer potenzieller Vortizität.Bo Qiu, Peter Hacker, Shuiming Chen, Kathleen A. Donohue, D. Randolph Watts, Humio Mitsudera, Nelson G. Hogg, Steven R. Jayne: Observations of the Subtropical Mode Water Evolution from the Kuroshio Extension System Study. In: Journal of Physical Oceanography, Band 36, Ausgabe 3, S. 457–473. DOI:10.1175/JPO2849.1. mini|Die beiden Hauptwege, die zur Bildung von Subantarktischem Mode Water (SAMW) führen. Subtpolares Mode Water (SPMW) bildet sich in subpolaren Wirbeln, ist kühler und dichter. Hierzu zählt auch das Subantarktische Mode Water (SAMW) im Südlichen Ozean.Igor M. Yashayaev, Allyn Clarke: Evolution of North Atlantic Water Masses Inferred from Labrador Sea Salinity Series. In: Oceanography. Band 21, 2008, Ausgabe 1, S. 30–45. DOI:10.5670/oceanog.2008.65.
Wichtige Regionen im Überblick:
Nordatlantik: In der Sargassosee bildet sich im Rezirkulationswirbel des Golfstroms das Eighteen Degree Water (EDW) mit einer Kerntemperatur von etwa 18 °C und einer Mächtigkeit von mehr als 200 Metern. Im subpolaren Wirbel entstehen SPMW in Regionen wie der Irmingersee, in der Labradorsee das tiefere, salzarme Labradorseewasser (LSW).
Nordpazifik: Östlich von Japan, im Bereich der Kuroshio-Extension, findet sich das Western Subtropical Mode Water (WSTMW) mit Kerntemperaturen von etwa 16–18 °C und einer Mächtigkeit von rund 170 Metern; das Central Subtropical Mode Water (STMW) das Zentrum des nordpazifischen Wirbels ein.
Indischer Ozean: Südlich von Australien, im Rückfluss des Agulhasstroms; gibt es STMW; dieses ist durch eine Kerntemperatur von etwa 16 °C sowie eine Mächtigkeit von rund 150 Metern gekennzeichnet und wird von der ostwärts gerichteten Strömung des subtropischen Wirbels beeinflusst.
Südpazifik und Südatlantik: Hier treten dünnere STMW-Schichten (100–140 Meter) mit breiterem Temperaturspektrum (11–19 °C) auf.
Südlicher Ozean: Das Subantarktische Mode Water (SAMW) bildet sich nördlich des Antarktischen Zirkumpolarstroms, etwa im Südostpazifik und der Scotiasee, und trägt zur Bildung des Antarctic Intermediate Water (AAIW) bei.Zhi Li, Matthew H. England, Sjoerd Groeskamp, Ivana Cerovečki, Yiyong Luo: The Origin and Fate of Subantarctic Mode Water in the Southern Ocean. In: Journal of Physical Oceanography, Band 51 (2021), Ausgabe 9, S. 2951–2972. DOI:10.1175/JPO-D-20-0174.1.
Ausdehnung und Volumen
mini|Räumliche Verteilung der STMW-Mächtigkeit (m) im Weltozean. Die Kerne von Mode Water liegen meist in Tiefen zwischen 200 und 800 Metern und weisen Mächtigkeiten von 100 bis 300 Metern auf.Lynne D. Talley, George L. Pickard, William J. Emery, James H. Swift: Descriptive Physical Oceanography: An Introduction, 6. Aufl., Elsevier 2011, S. 288 f. In subtropischen Regionen sind diese Schichten mit geneigten Isopyknen (Flächen gleicher Dichte) verbunden, die zu den Zentren der Wirbel hin in größere Tiefen verlaufen.Charlène Feucher, Guillaume Maze, Herlé Mercier: Subtropical mode water and permanent pycnocline properties in the World Ocean. In: Journal of Geophysical Research: Oceans, Band 124, 2019, S. 1139–1154. DOI:10.1029/2018JC014526. Im Gegensatz dazu verlaufen die Isopyknen in subpolaren Gebieten eher vertikal oder steil, was auf die stärkeren baroklinen Anpassungen an den Rändern der Wirbelsysteme zurückgeht.Michael S. McCartney, The Subtropical Recirculation of Mode Waters. In: Journal of Marine Research, Band 40, 1982, S. 427–464. PDF.
Horizontal erstrecken sie sich oft über mehr als 10⁶ km² pro Ozeanbecken, vorwiegend zwischen 30° und 50° nördlicher oder südlicher Breite. Beispielsweise umfasst das North Pacific Subtropical Mode Water (NPSTMW) mehrere Millionen Quadratkilometer und wird durch Strömungen wie die Kuroshio-Extension über 1000 bis 2000 km weit verfrachtet;Alison M. Macdonald, Sachiko Yoshida, Steven M. Pike, Ken O. Buesseler, Irina I. Rypina, Steven R. Jayne, Vincent Rossi, Jennifer Kenyon, Jessica A. Drysdale: A Fukushima tracer perspective on four years of North Pacific mode water evolution. In: Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, Band 166, 2020, 103379. DOI:10.1016/j.dsr.2020.103379. sein Volumen schwankt jahreszeitlich zwischen etwa 7 × 10¹⁴ und 9 × 10¹⁴ m³.Naoto Iwasaka, Fumiaki Kobashi, Yoshimi Kawai: Variations in the Central Mode Water in the North Pacific as a manifestation of the Pacific Decadal Oscillation. In: Journal of Oceanography, Band 80, Ausgabe 4, 2024, S. 251–272. DOI:10.1007/s10872-024-00725-9.
Zeitliche Variabilität
Saisonale Zyklen
Die Hauptbildungsphase findet im Winter statt – auf der Nordhalbkugel von Januar bis März, auf der Südhalbkugel von August bis September. Dann führt starke Abkühlung zu maximaler Durchmischung (oft über 450 m Tiefe) und minimaler potenzieller Vortizität. Im Frühling und Sommer erwärmt die Sonneneinstrahlung das Oberflächenwasser, die durchmischte Schicht wird flacher, und das Mode Water wird durch die neue Thermokline überdeckt. Sein Volumen kann in subtropischen Regionen um bis zu 20 % abnehmen.
Langfristige Veränderungen
Auf Zeitskalen von mehreren Jahren bis Jahrzehnten werden Mode Water stark von Klimaoszillationen beeinflusst, etwa der Nordatlantischen Oszillation (NAO) und der Pazifischen Dekaden-Oszillation (PDO). Positive NAO-Phasen verstärken die winterliche Abkühlung und führen zu mächtigeren Mode-Water-Schichten, während negative PDO-Phasen die Bildung abschwächen.Young-Oh Kwon, Stephen C. Riser: North Atlantic Subtropical Mode Water: A history of ocean-atmosphere interaction 1961–2000. In: Geophysical Research Letters, Band 31, Ausgabe 19. DOI:10.1029/2004GL021116.Jing Sheng, Cong Liu, Yanzhen Gu, Peiliang Li, Fangguo Zhai, Ning Zhou: Anomalous North Pacific subtropical mode water volume and density decrease in a recent stable Kuroshio Extension period from Argo observations. In: Ocean Science, Band 20, Ausgabe 3, 2024, S. 817–834. DOI:10.5194/os-20-817-2024.
Rolle in der Ozeanzirkulation
Mode Water sind wichtige Transportmedien für Wärme und Salz. Im Nordatlantik macht die Rezirkulation subtropischen Mode Waters, einschließlich des EDW, etwa 37 % des gesamten meridionalen Wärmetransports aus.Oliver J. Tooth, Nicholas P. Foukal, William E. Johns, Helen L. Johnson, Chris Wilson: Lagrangian Decomposition of the Atlantic Ocean Heat Transport at 26.5°N. In: Geophysical Research Letters, Band 51, 2024, e2023GL107399. DOI:10.1029/2023GL107399. Durch die Subduktion von Oberflächeneigenschaften in mittlere Tiefen belüften (ventilieren) sie die Thermokline und verbinden den oberen Ozean mit tieferen Schichten. Besonders das subantarktische Mode Water (SAMW) auf der Südhalbkugel schafft einen Weg, über den sich Signale von der Oberfläche in das Ozeaninnere ausbreiten und mit der meridionalen Umwälzbewegung interagieren können.Daniel C. Jones, Andrew J. S. Meijers, Emily Shuckburgh, Jean-Baptiste Sallée, Peter Haynes, Ewa K. McAufield, Matthew R. Mazloff: How does Subantarctic Mode Water ventilate the Southern Hemisphere subtropics? In: Journal of Geophysical Research: Oceans, Band 121, Ausgabe 9, 2016, S. 6558–6582. DOI:10.1002/2016JC011680. Mesoskalige Wirbel (Eddys) verstärken diesen Transport zusätzlich, etwa entlang der Kuroshio-Extension im Nordpazifik.Sen Jan, Vigan Mensah, Magdalena Andres, Ming-Huei Chang, Yiing Jang Yang: Eddy-Kuroshio interactions: Local and remote effects. In: Journal of Geophysical Research: Oceans, Band 122, 2017, S. 9744–9764. DOI:10.1002/2017JC013476.
Einfluss auf Klima und Ökosysteme
Mode Water speichern große Mengen an Wärme – zwischen 2005 und 2020 entfielen rund 89 % der globalen Ozeanerwärmung in den oberen 2000 m auf Mode- und Zwischenwasserschichten.Zhi Li, Matthew H. England, Sjoerd Groeskamp. Recent acceleration in global ocean heat accumulation by mode and intermediate waters. In: Nature Communications, Band 14, 2023, 6888. DOI:10.1038/s41467-023-42468-z. Sie beeinflussen Klimaphänomene wie die El Niño-Southern Oscillation (ENSO)LingLing Liu, Jin-Yi Yu, Fan Wang, Jianing Wang, YongFu Lin: Linking North Pacific eastern subtropical mode water to ENSO: precursor signatures and subtropical cell pathways. In: npj Climate and Atmospheric Science, Band 8, 2025, Artikelnummer 268. DOI:10.1038/s41612-025-01147-0. und die Atlantische Multidekaden-Oszillation (AMO). Zudem fördern sie die CO₂-Aufnahme, weil kaltes Wasser mehr Kohlendioxid lösen kann, und speichern es über Jahre in der Thermokline.N. R. Bates: Multi-decadal uptake of carbon dioxide into subtropical mode water of the North Atlantic Ocean. In: Biogeosciences, Band 9, Ausgabe 7, 2012, S. 2649–2659. DOI:10.5194/bg-9-2649-2012.