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Wie der Arktische Ozean von einem gigantischen Süßwassersee zu einem Teil des salzigen Nordatlantiks wurde

Das Nordpolarmeer heute: Blick auf Treib- und Packeis von Bord des deutschen Forschungsschiffes Polarstern, auf dem Weg zum Nordpol. Foto: Stefan Hendricks / AWI

Forscher des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) haben das Absinken der Landbrücke zwischen Grönland und Schottland simuliert

Der Arktische Ozean war einst ein gigantischer Süßwassersee. Erst als die Landbrücke zwischen Grönland und Schottland weit genug abgesunken war, strömte eine große Menge Salzwasser aus dem Atlantik ein. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) haben nun mithilfe eines Klimamodells nachvollzogen, wie dieser Prozess vor sich ging. Dadurch lässt sich die Geburt der Arktischen Zirkulation wie wir sie heute kennen erstmalig genauer beschreiben. Die Ergebnisse der Studie erscheinen nun im Fachmagazin Nature Communications.

Die Erkenntnisse sind auch wichtig für das Verstehen der globalen Klimageschichte. Denn die Ozeanverbindung zwischen Arktis und Atlantik führte zu einer Änderung der Wärmetransporte zwischen den mittleren und polaren Breitengraden.

Vor etwa 56 bis 34 Millionen Jahren gab es keinen Wasseraustausch des Arktischen Süßwassersees mit den anderen Ozeanen. Der Einstrom von salzhaltigem Atlantik- und Pazifikwasser, der heute vom Pazifischen Ozean über die Beringstraße sowie vom Nordatlantik über die Schwelle des Grönland-Schottland-Rückens verläuft, war damals nicht möglich, da diese heute unterseeischen Regionen über dem Wasser lagen.

Die Forscher haben in Simulationen die Landbrücke bis zu einer Tiefe von 200 m schrittweise absinken lassen. „Dieser tektonische Absenkungsprozess dauerte in der Realität mehrere Millionen Jahre“, sagt Klimawissenschaftler Michael Stärz, Erstautor der Studie. „Interessanterweise traten die größten Veränderungen im Zirkulationsmuster und in den Eigenschaften des Arktischen Ozeans erst auf, als die Absenkung der Landbrücke Tiefen unterhalb von etwa 50 m erreichte.“

Diese Schwellwerttiefe entspricht der Mächtigkeit der obersten winddurchmischten Wasserschicht. Sie legt fest, in welcher Tiefe das relativ leichte arktische Oberflächenwasser aufhört und die darunterliegende Schicht des einströmenden Nordatlantikwassers beginnt.

„Erst wenn der Ozeanrücken unterhalb der winddurchmischten Schicht liegt, kann das schwerere salzhaltige Nordatlantikwasser relativ ungestört über die Passage in die Arktis einströmen“, erklärt Stärz. „Nachdem die Öffnung der Ozeanpassage zwischen Grönland und Schottland diese kritische Tiefe überwunden hatte, entstand daraus der Ozean mit Salzgehalten, wie wir sie heutzutage von der Arktis kennen.“

Unterstützt wird die Annahme eines einst isolierten arktischen Ozeanbeckens auch durch den Fund fossiler Süßwasseralgen aus eozänen Tiefseesedimenten. Sie waren im Rahmen einer internationalen Bohrung nahe des Nordpols im Jahr 2004 gewonnen worden.

Die einstige Landbrücke liegt mittlerweile in etwa 500 Metern Wassertiefe und besteht fast ausschließlich aus vulkanischem Basaltgestein. Island ist der einzige Teil, der noch immer über dem Wasser liegt.

Michael Stärz, Wilfried Jokat, Gregor Knorr, Gerrit Lohmann: Threshold in North Atlantic-Arctic Ocean circulation controlled by the subsidence of the Greenland-Scotland Ridge. Nature Communications.
DOI: 10.1038/NCOMMS15681

Quelle: Alfred Wegener Institut (AWI)

(18.07.2017)