Baffinstrom

Die Zirkulation in der Baffinbucht ist zyklonal (gegen den Uhrzeigersinn gerichtet): An der Ostseite strömt der Westgrönlandstrom (West Greenland Current, WGC) nordwärts. Dieser führt warmes, salzreiches Wasser atlantischen Ursprungs aus der Irmingersee sowie kühleres grönländisches Schelfwasser mit sich.^[1][2] In der nördlichen Baffinbucht, auf Höhe des Smithsunds (etwa 75–78° N), biegt der WGC westwärts ab. Dort mischt er sich mit kaltem, süßem Arktischen Wasser (Polar Water, PW), das durch die flachen Passagen des Kanadisch-Arktischen Archipels in die Baffinbucht eintritt: durch die Naresstraße (Schwellentiefe rund 220 m), den Jonessund (rund 190 m) und den Lancastersund (rund 125 m).^[3][4] Aus dieser Vermischung geht der eigentliche Baffinstrom hervor, der entlang der Ostküste der Baffininsel südwärts strömt.

Hydrographische und Schiffsmessungen zeigen, dass der Baffinstrom eine Strömung ist, die die größte Geschwindigkeit in den oberen 300 Metern hat.^[3] Der Schelf der Baffininsel ist dabei vergleichsweise schmal (50–75 km) mit einem steilen Kontinentalhang, über dem die Strömung konzentriert ist. Das vom Baffinstrom transportierte Wasser zeichnet sich durch niedrige Temperaturen (nahe dem Gefrierpunkt) und geringe Salinität aus (Salzgehalt unter 33,5 Practical Salinity Units (PSU) in den oberen Schichten) und ist damit deutlich leichter als das umgebende Atlantikwasser in der östlichen Baffinbucht.

Der Baffinstrom integriert mehrere Zuflüsse arktischen Ursprungs. Das durch den Kanadisch-Arktischen Archipel (CAA) einströmende Wasser enthält nachweislich einen erheblichen Anteil an Wasser pazifischen Ursprungs, das aus der Beringstraße über den Arktischen Ozean in den CAA gelangt ist.^[5][6]

Dieses Pazifikwasser macht einen erheblichen Teil des Stromvolumens aus und ist die wichtigste Süßwasserquelle, die durch den Kanadischen Arktischen Archipel (CAA) nach Süden in die Baffinbucht transportiert wird.^[7] Beim Eintritt in die Arktis folgt dieses Wasser dem Alaska-Zweig entlang des Kontinentalhangs der Beaufortsee, reichert sich an und verändert seine Zusammensetzung, bevor es über Kanäle wie den Lancastersund und den Jonessund wieder austritt.^[8] Die Vermischung mit Atlantikwasser findet hauptsächlich innerhalb des CAA statt, wo wärmere, salzreichere atlantische Zuflüsse aus dem Osten mit der pazifischen Komponente interagieren und eine Schichtstruktur bilden. Das Pazifikwasser befindet sich dabei in der oberen Halokline (typischerweise in 25–180 m Tiefe). Diese Vermischung verstärkt die Salzgehalts- und Temperaturprofile des Stroms nach der Modifizierung. Zu den sekundären Süßwasserzuflüssen zählen erhebliche Beiträge aus arktischen Flüssen, insbesondere dem Mackenzie River, der terrigene Sedimente und Wasser mit niedrigem Salzgehalt in die Beaufortsee transportiert, sowie Schmelzwasser von Meereis und lokalen Gezeitengletschern. Diese Zuflüsse reduzieren den Salzgehalt der oberen Wasserschichten zusätzlich und beeinflussen so die Gesamtdichte und die Strömungseigenschaften.^[7]

Die oberen 100 bis 300 Meter der gesamten Baffinbucht werden von kaltem, süßem Polar Water (Arktischem Wasser) dominiert, wobei die kältesten und süßesten Ausprägungen entlang des westlichen Schelfs und Hangs im Baffinstrom zu finden sind. Darunter befindet sich in 300 bis 800 Metern Tiefe das West Greenland Intermediate Water (WGIW) atlantischen Ursprungs, und unterhalb von 1200 Metern das Baffin Bay Deep Water (BBDW).^[2]

Direkte Strömungsmessungen mittels akustischem Doppler-Profilstrommesser (Acoustic Doppler Current Profilers, ADCP) während einer Expedition der United States Coast Guard im Jahr 2003 ergaben für den Baffinstrom einen südwärts gerichteten Volumentransport von 5,1 ± 0,24  Sverdrup (Sv).^[3] Dieser Wert umfasst Beiträge aus der Naresstraße (rund 1,0 ± 0,2 Sv) und dem Lancastersund (rund 1,0 ± 0,2 Sv). Der begleitende Süßwassertransport des Baffinstroms betrug 187 mSv (Millisverdrup), deutlich mehr als der Süßwassertransport des entgegenströmenden Westgrönlandstroms mit 72 mSv.^[3]

Da der Baffinstrom die Davisstraße im Westen passiert und der Westgrönlandstrom im Osten nordwärts eintritt, ergibt sich über die gesamte Davisstraße ein netto südwärts gerichteter Volumentransport. Messungen eines Verankerungsarrays^[9] in der Davisstraße über den Zeitraum 2004–2010 bestimmen den mittleren Nettotransport auf −1,6 ± 0,5 Sv und den Netto-Süßwassertransport auf −93 ± 6 mSv^[10] (das Minuszeichen kennzeichnet die südwärts gerichtete Komponente). Die Variabilität ist jedoch beträchtlich: Sowohl auf saisonaler als auch auf interannualer Zeitskala schwanken die Transporte stark, und Ende 2010 kehrte sich der Nettotransport kurzzeitig sogar um.^[11] Neuere Modellstudien bestätigen, dass der Volumentransport entlang der Baffin Island-Küste durch arktische Zuflüsse beeinflusst wird und saisonalen Schwankungen unterliegt, mit einem Maximum in den Monaten Juni bis August und einem Minimum von Oktober bis Dezember.^[12]

Strömungsgeschwindigkeiten des Baffinstroms liegen bei 15–20 cm/s; unter starker Antriebslage können Extremwerte von bis zu 2 m/s erreicht werden. Der Strom weist zudem eine ausgeprägte mesoskalige Variabilität auf: Wirbel mit horizontalen Skalen von rund 10 km und vertikaler Erstreckung von 400 m sind häufig und können bis zu 1 Sv rezirkulieren.^[3]

Am nördlichen Ende des Labradorschelfs fließen der Baffinstrom, der Ausfluss aus der Hudsonstraße und Reste des Westgrönlandstroms zusammen und bilden den Labradorstrom.^[13] Untersuchungen mit Oberflächendriftern über den Zeitraum 1990–2023 zeigen, dass die aus der Baffin- und der Hudsonbucht stammenden Wassermassen überwiegend auf dem Labradorschelf verbleiben und das Innere der Labradorsee nicht direkt erreichen, sondern erst südlich des Flemish Pass in den subpolaren Nordatlantik eingetragen werden.^[13] Dieser Befund hat Konsequenzen für die Frage, inwieweit verstärkter arktischer Süßwassereintrag die Tiefenkonvektion in der Labradorsee und damit die atlantische meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) beeinflussen kann.

Der Baffinstrom spielt eine zentrale Rolle für den Transport von Eisbergen, die an den Auslassgletschern der westgrönländischen Küste kalben. Die Eisberge treiben zunächst mit dem Westgrönlandstrom nordwärts durch die östliche Baffinbucht, bevor sie im nördlichen Teil der Baffinbucht westwärts in den Baffinstrom eintreten und mit ihm südwärts durch die Davisstraße gelangen. Von dort setzen sie ihren Weg im Labradorstrom bis zur Neufundlandbank fort – ein Weg von rund 1800 Seemeilen, der durchschnittlich zwei bis drei Jahre dauert.^[14] Die Region entlang der Ostküste Labradors und Neufundlands, die besonders viele Eisberge passieren, wird als Iceberg Alley bezeichnet.

Im langjährigen Mittel erreichen rund 500 Eisberge pro Jahr die transatlantischen Schifffahrtsrouten südlich von 48° N; die Schwankungsbreite ist jedoch enorm: Im Jahr 1984 wurden 2202 Eisberge gezählt, während in den Jahren 1966 und 2006 kein einziger beobachtet wurde. Die Nordatlantische Oszillation (NAO) moduliert diesen Eisbergtransport maßgeblich: Während der positiven NAO-Phase fördern starke Nordwestwinde entlang der Labradorküste die Meereisbildung, die Eisberge vor Wellenerosion schützt, und treiben sie effektiv südwärts. In der negativen Phase bringen auflandige Winde wärmere maritime Luft, reduzieren das Meereis und exponieren die Eisberge stärker der Zerstörung durch Wellen.^[15] Die Tragödie des Untergangs der RMS Titanic im Jahr 1912 durch eine Kollision mit einem solchen Eisberg führte zur Gründung der International Ice Patrol.

Neuere Satellitenmessungen zeigen, dass der Meereisexport durch die Davisstraße mit durchschnittlich 816 ± 130 km³ Volumen pro Jahr erheblich ist und rund 59 Prozent des Eisvolumenexports durch die Framstraße ausmacht – wobei mehr als 80 Prozent des exportierten Eises lokal in der Baffinbucht produziert wird.^[16] Die Eisberge selbst bewegen sich innerhalb des Baffinstroms, können jedoch im Winter durch dichtes Meereis eingeschlossen und aus dem Hauptstrom heraus verdrilltet werden.^[17]

Als Hauptpfad für den arktischen Süßwasserexport in den Nordatlantik reagiert der Baffinstrom empfindlich auf Veränderungen im arktischen hydrologischen Kreislauf. In den 2000er Jahren hat der Beaufortwirbel rund 5000 km³ zusätzliches Süßwasser angesammelt – etwa 25 Prozent mehr als im Zeitraum 1980–2000. Eine mögliche Freisetzung dieses Süßwassers könnte über den CAA, die Baffinbucht und den Baffinstrom den subpolaren Nordatlantik erreichen und potenziell die Tiefenkonvektion in der Labradorsee abschwächen.^[10] Numerische Modellexperimente deuten darauf hin, dass verstärkter Grönland-Abfluss den Süßwasser- und Wärmegehalt der Baffinbucht verändert, die Höhe des Meeresspiegels beeinflusst und so die gesamte Zirkulation einschließlich des Baffinstroms modifiziert.^[18]

Die Arktische Oszillation und die NAO beeinflussen die Intensität des Baffinstroms: Während NAO-positiver Jahre ist die barokline Zirkulation der Baffinbucht verstärkt, mit stärkerem südwärts gerichtetem Transport von süßerem arktischem Wasser im Baffinstrom und intensiverem nordwärts gerichtetem Einstrom atlantischen Wassers entlang Grönlands.^[3] Der Klimawandel mit beschleunigtem Abschmelzen des Grönländischen Eisschilds, abnehmendem arktischem Meereis und verstärktem Süßwassereintrag hat erhebliche Auswirkungen auch auf den Baffinstrom.

Der Baffinstrom prägt die marinen Ökosysteme der westlichen Baffinbucht und der nachgelagerten Labradorsee auf mehreren Ebenen: Er bestimmt das physikalische Milieu (Temperatur, Salinität, Schichtung, Meereisbedeckung), transportiert Nährstoffe und Planktonorganismen über große Distanzen und schafft die Habitatbedingungen für die gesamte arktische Nahrungskette von der Primärproduktion bis zu den marinen Säugetieren.

Primärproduktion und Plankton

Die kalten, süßen Wasser des Baffinstroms erzeugen eine starke vertikale Schichtung der oberen Wassersäule, die den Nährstoffnachschub aus der Tiefe begrenzt. Messungen zeigen, dass die Gewässer des arktischen Ausflusses in der westlichen Baffinbucht im Vergleich zur atlantisch beeinflussten östlichen Seite eine deutlich niedrigere Netto-Gemeinschaftsproduktion (Net community production, NCP) aufweisen – unter 1 mol C m⁻² gegenüber bis zu 5,7 mol C m⁻² in den modifizierten Atlantikwassern der Ostseite.^[19] Die persistente Meereisbedeckung in der Zone des Baffinstroms verzögert zudem die Frühjahrs-Phytoplanktonblüte, da Licht erst nach dem Eisrückzug in ausreichender Menge die Wassersäule durchdringt.

Die Phytoplanktongemeinschaften unterscheiden sich entsprechend zwischen beiden Seiten der Baffinbucht: Im Einflussbereich des Baffinstroms dominieren kleinzellige Formen und Eisalgen mit charakteristisch niedrigen δ¹³C-Werten (−27 bis −30 ‰), die auf langsames Wachstum in kalten, süßen Gewässern hinweisen.^[20] Nahrungsnetzmodelle zeigen, dass im westlichen System ein größerer Anteil der Primärproduktion über die mikrobielle Schleife recycelt wird, während im östlichen, atlantisch geprägten System ein effizienterer Export partikulären organischen Materials in die Tiefe stattfindet.^[20] Isotopenstudien belegen zudem, dass der Baffinstrom über den CAA Nährstoffe pazifischen Ursprungs in die Baffinbucht einträgt, insbesondere Nitrat mit einem charakteristischen pazifischen δ¹⁵N-Signal, das die Basis der lokalen Primärproduktion beeinflusst.^[21]

In der nördlichen Baffinbucht, wo der Baffinstrom aus der Nordwasser-Polynja (Pikialasorsuaq) gespeist wird – der mit rund 85.000 km² größten arktischen Polynja –, herrschen besondere Bedingungen: Die frühzeitige Öffnung des Eises ermöglicht schon im Frühjahr intensive Phytoplanktonblüten, die das Nordwasser zu einem der biologisch produktivsten Gebiete der gesamten Arktis machen. Der Polardorsch (Boreogadus saida), der sich von den dort konzentrierten Copepoden und Eisalgen ernährt, nimmt in diesem System eine ökologische Schlüsselrolle ein.

Zooplankton und ökologische Konnektivität

Eine umfassende Analyse der Mesozooplankton-Biogeographie entlang der nordamerikanischen Arktis identifiziert den Baffinstrom als Teil einer zusammenhängenden arktisch-ozeanischen Gemeinschaft, die von den großen Copepoden Calanus hyperboreus, Calanus glacialis und Metridia longa dominiert wird.^[22] Diese Gemeinschaft weist mit rund 4,74 g C m⁻² eine hohe Zooplanktonbiomasse auf. Die flachen Schwellen des CAA (125–220 m) wirken dabei als biogeographische Filter, die den Transport atlantischer Tiefenwasserarten blockieren und so die arktische Artenzusammensetzung im Baffinstrom konservieren.^[22] Der Baffinstrom stellt damit einen wichtigen ökologischen Korridor dar, der arktische Zooplanktonpopulationen aus der Baffinbucht über die Davisstraße in den Labradorstrom exportiert.