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Offshore-Windparks können die Meeresoberfläche abkühlen
Windkraftanlagen auf See beeinflussen nicht nur die Luftströmung, sondern auch die Wasserschichten unter ihnen. Ein Modellvergleich mit Messdaten aus der Nordsee deutet darauf hin, dass die Unterwasserfundamente die Meeresoberfläche im Sommer örtlich um 0,1 bis 0,3 Grad Celsius abkühlen können. Wie stark der Effekt ausfällt, hängt vor allem von der Schichtung des Wassers ab.
Liverpool (England). Die Nordsee ist im Sommer keineswegs überall gleichmäßig durchmischt. Oft liegt von der Sonne erwärmtes Oberflächenwasser über kälterem Tiefenwasser. Diese Schichtung erschwert den vertikalen Austausch von Wärme, Sauerstoff und Nährstoffen, während Wind und Gezeiten die Wasserschichten miteinander vermischen können.
Immer mehr Offshore-Windparks werden in größeren Wassertiefen errichtet. Neben dem Einfluss der Rotoren auf den Wind könnten auch die im Meeresboden verankerten Konstruktionen die Strömungen verändern. Wenn Wasser an den Stützen vorbeifließt, wird es gebremst und verwirbelt. Dadurch könnte sich das Meerwasser stärker durchmischen.
Forscher des National Oceanography Centre (NOC) um Dr. Michela De Dominicis haben nun untersucht, wann solche Veränderungen nachweisbar werden. Als Beispiel diente der Offshore-Windpark Seagreen vor Schottland. Dort stehen 114 Windräder auf Stahlgitterfundamenten, die in bis zu rund 59 Meter tiefem Wasser verankert sind.
Dazu hat das Team ein Meeresströmungsmodell für die Jahre 2023 und 2024 jeweils mit und ohne die Unterwasserstrukturen berechnet. Die Wissenschaftler verglichen die Simulationen anschließend mit Temperatur- und Salzgehaltsmessungen von Forschungsschiffen und unbemannten Unterwassergleitern. Die Beobachtungen dienten dazu, die Modellierung zu überprüfen, nicht als unabhängiger Nachweis einer durch die Fundamente ausgelösten Abkühlung.
Im Modell sank die sommerliche Oberflächentemperatur innerhalb des Windparks und in seinem Strömungsnachlauf im Mittel um etwa 0,1 bis 0,3 Grad Celsius. In Bodennähe erwärmte sich das Wasser dagegen stellenweise um rund 0,1 bis 0,15 Grad Celsius. Während der marinen Hitzewelle im Sommer 2023 errechneten die Forscher örtlich sogar mehr als 0,5 Grad Abkühlung an der Oberfläche.
Der Mechanismus liegt unter Wasser. Die Fundamente bremsen die Strömung und erzeugen Turbulenzen, die kühleres Tiefenwasser nach oben und wärmeres Wasser nach unten transportieren können. Der Temperaturunterschied zwischen den Wasserschichten nimmt dadurch ab. Es handelt sich somit um eine örtliche Umverteilung von Wärme und nicht um einen Nachweis, dass die Nordsee insgesamt weniger Wärme enthält.
„Die Umweltbedingungen bestimmen, wann und wo diese Effekte am stärksten sind“, erklärt Dr. Michela De Dominicis.
Besonders empfindlich reagierten im Modell Übergangszonen zwischen bereits gut durchmischtem und deutlich geschichtetem Wasser. Dort reichten zusätzliche Turbulenzen aus, um eine vorhandene Schichtung abzuschwächen. Im ungewöhnlich warmen Jahr 2023 war die Wassersäule verbreiteter geschichtet. Im Jahr 2024 war sie um Seagreen meist ohnehin durchmischt, sodass zusätzliche Turbulenzen kaum etwas an den Temperaturen änderten.
Die errechneten sommerlichen Temperaturänderungen liegen zudem häufig unter den natürlichen Schwankungen von ungefähr 0,5 bis 0,6 Grad Celsius an der Meeresoberfläche. Hinzu kommen Unsicherheiten bei der Modellierung des Strömungswiderstands der Fundamente. Die Forscher beziffern den daraus folgenden Unsicherheitsbereich der simulierten Temperaturen auf etwa 0,2 bis 0,3 Grad Celsius. Deshalb lassen sich solche Effekte mit Messungen aus kurzen Zeitfenstern nur schwer eindeutig erkennen.