Grönland-Schottland-Rücken
submarine Gebirgsschwelle, die den Nordatlantik von den tieferen Becken der Nordischen Meere trennt
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Der Grönland-Schottland-Rücken (englisch Greenland-Scotland Ridge, GSR), auch Grönland-Schottland-Schwelle, ist eine submarine Gebirgsschwelle, die den Nordatlantik von den tieferen Becken der Nordischen Meere trennt. Er ist 2200 km lang, 300–600 km breit und durchschnittlich 400–500 m tief und erstreckt sich von Ostgrönland über Island bis zu den Britischen Inseln. Er ist eine der bedeutendsten bathymetrischen Barrieren des Weltozeans und trennt die kalten, arktischen Wassermassen der Grönland- und der Norwegischen See vom wärmeren Nordatlantik.[1]
Geologie und Entstehung
Der Grönland-Schottland-Rücken ist ein Relikt plattentektonischer Prozesse, die mit der Öffnung des Nordatlantiks vor etwa 55 Millionen Jahren während des Paläogens begannen.[2] Während sich die nordamerikanische und die eurasische Platte auseinanderbewegten, entstand durch Vulkanismus entlang des mittelatlantischen Rückens die heutige unterseeische Struktur zwischen Grönland, Island und Schottland. Island selbst ist ein Hotspot-bedingtes Hochgebiet, das aufgrund intensiver magmatischer Aktivität bis über den Meeresspiegel hinausragt.[3]
Der Rücken besteht aus mehreren tektonisch und sedimentologisch unterschiedlichen Abschnitten: dem Grönland-Island-Rücken (mit der Dänemarkstraße), der durch basaltische Lavaergüsse während der Öffnung des Nordatlantiks entstand; dem Island-Färöer-Rücken, dessen vulkanischer Aufbau auf den isländischen Hotspot zurückgeht; und dem Färöer-Schottland-Rücken, der teilweise eine Fortsetzung der europäischen Kontinentalkruste mit basaltischen Elementen darstellt.
Über Millionen Jahre wurde der Rücken durch marine Erosion und Sedimentation geformt. Glaziale Prozesse während des Quartärs hinterließen zudem Moränen und Ablagerungen, die die Topographie weiter beeinflussten.[4] Über geologische Zeiträume hinweg beeinflusste zudem die allmähliche Absenkung des Rückens den Tiefenwasseraustausch zwischen dem Nordmeer und dem Atlantik grundlegend und steuerte Schwellenwerte der nordatlantisch-arktischen Zirkulation.[5]
Geomorphologie und Teilgebiete
Grönland-Island-Rücken
Der Grönland-Island-Rücken (Greenland-Iceland Ridge, GIR) im Nordwesten stellt mit 500–600 m Wassertiefe die flachere Verbindung zwischen Grönland und Island dar. Seine geologische Struktur wird durch dicke, glaziale Sedimentablagerungen geprägt, die während der quartären Vereisungsphasen abgelagert wurden.[6] Ozeanographisch fungiert er als Hauptbarriere für den Wasseraustausch zwischen dem Irmingerbecken und der Grönlandsee. Ozeanographisch fungiert er als Hauptbarriere für den Wasseraustausch zwischen dem Irmingerbecken und der Grönlandsee; an seiner tiefsten Stelle, der rund 620 m tiefen Dänemarkstraße, überquert das dichteste Tiefenwasser der Nordischen Meere den Rücken.[1]
Island-Färöer-Rücken
Der Island-Färöer-Rücken (Iceland-Faroe Ridge, IFR) im Südosten weist mit 300–400 m eine noch geringere Wassertiefe auf. Sein geologischer Aufbau wird durch vulkanische Krustenstrukturen dominiert, die auf den isländischen Hotspot zurückgehen.[7] Als eine der primären Überströmregionen für die Wassermassen des Europäischen Nordmeers beeinflusst er maßgeblich die Tiefenwasserbildung im Nordatlantik.[8]
Färöer-Schottland-Rücken
Der Färöer-Schottland-Rücken (Faroe–Scotland Ridge) bildet das südöstliche Segment des Grönland-Schottland-Rückens zwischen den Färöern und Schottland. Anders als die weiter nordwestlich gelegenen, überwiegend vulkanisch aufgebauten Abschnitte besteht er teilweise aus ausgedünnter kontinentaler Kruste des Färöer-Blocks mit basaltischen Einlagerungen. Zwei Strukturen prägen ihn: der Färöer-Bank-Kanal – mit einer Schwellentiefe von rund 840 m die tiefste Passage über den gesamten Grönland-Schottland-Rücken, nur etwa 15 km breit und von steilen Flanken begrenzt – sowie der Wyville-Thomson-Rücken, eine durch känozoische Einengung aufgewölbte Antiklinale (Inversionsstruktur), die den Färöer-Shetland-Kanal vom Rockallgraben trennt. Über den Färöer-Bank-Kanal fließt der Hauptteil des östlich von Island überströmenden Tiefenwassers ab, während über die flachere Wyville-Thomson-Schwelle nur ein kleiner Teil in den Rockallgraben gelangt.[9][10]
Ozeanographische Bedeutung
Der Grönland-Schottland-Rücken wirkt als hydraulisches Regelventil: Als natürliche Barriere zwischen dem Nordatlantik und den Nordischen Meeren reguliert er die globale Tiefenzirkulation.[11][1] Der Wasseraustausch erfolgt in zwei Schichten: In den oberen etwa 300–500 m strömt warmes Atlantikwasser nach Norden, während in der Tiefe kaltes, dichtes Überstromwasser nach Süden zurückfließt. Diese Vermischungs- und Umwälzprozesse sind für den globalen Wärme- und Salztransport von entscheidender Bedeutung.[12]
Überstromwässer
Das dichte Überstromwasser verlässt die Nordischen Meere über mehrere Passagen des Rückens. Die stärkste Verbindung ist das Dänemarkstraßen-Überstromwasser (Denmark Strait Overflow Water, DSOW), das mit rund 3 bis 3,5 Sverdrup (Sv; 1 Sv = 1 Million m³/s) durch die Dänemarkstraße (Schwellentiefe ~620 m) strömt und als dichteste Überstromkomponente kaskadenartig bis in über 3500 m Tiefe in das Irmingerbecken abfällt.[13][14]
Östlich von Island läuft das Island-Schottland-Überstromwasser (Iceland-Scotland Overflow Water, ISOW) über – vor allem durch den tiefen Färöer-Bank-Kanal (~840 m; rund 2 Sv) und über den flacheren Island-Färöer-Rücken (Kammtiefe ~480 m; rund 1 Sv).[15][9] Ein kleinerer Teil überläuft die Wyville-Thomson-Schwelle und gelangt mit rund 0,3 Sv als Wyville-Thomson-Überstromwasser in den Rockallgraben.[10]
Insgesamt strömen so rund 6 Sv dichten Überstromwassers nach Süden in den Nordatlantik. Durch die Einmischung umgebender Wassermassen wächst dieser Transport stromabwärts auf etwa 10 Sv an und speist das Nordatlantische Tiefenwasser (North Atlantic Deep Water, NADW), einen zentralen Bestandteil der globalen thermohalinen Zirkulation.[16][9]
Wassermassen und Schichtung
Die Wassermassen, die über die Schwelle transportiert werden, unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften: Das Atlantikwasser (ca. 7–10 °C, 35–35,5 PSU) strömt in die Nordischen Meere, wo es abkühlt und an Dichte zunimmt. Das überströmende Tiefenwasser ist deutlich kälter (ca. -0,5 bis 2 °C) und hat durch Abkühlung und Eisbildung im hohen Norden eine höhere Dichte.
Da der Grönland-Schottland-Rücken mit maximal rund 840 m Tiefe (am Färöer-Bank-Kanal) relativ flach ist, können nur bestimmte Wassermassen ungehindert passieren. Die tiefsten Wassermassen der Nordischen Meere, wie das Norwegische Tiefenwasser (Norwegian Sea Deep Water, NSDW), bleiben weitgehend eingeschlossen, da sie nicht über die Schwelle entweichen können. Dadurch entsteht eine hydraulische Kontrolle, die bestimmt, wie viel Wasser südwärts in den Atlantik abfließt.[11]
Einfluss auf die Atlantische Umwälzzirkulation (AMOC)
Der Grönland-Schottland-Rücken reguliert direkt die Stärke der AMOC, indem er den südwärtigen Abfluss des kalten Tiefenwassers bestimmt. Veränderungen im Überstrom – beispielsweise durch eine erhöhte Süßwassereinmischung aus schmelzendem Grönlandeis – könnten die Tiefenwasserbildung im Nordmeer abschwächen, die Dichte des überströmenden Wassers verringern und damit die AMOC insgesamt verlangsamen.[17] Langfristig könnte dies eine Abschwächung oder sogar einen teilweisen Zusammenbruch der AMOC zur Folge haben, was gravierende Auswirkungen auf das europäische Klima hätte.
Ökologische Bedeutung
Der Grönland-Schottland-Rücken stellt ein einzigartiges Übergangsökosystem dar. Seine besondere hydrographische Situation schafft ausgeprägte Produktivitätsgradienten, die sich in charakteristischen Artenverteilungen manifestieren.
Im Bereich des Grönland-Island-Rückens dominieren arktische Arten wie der Polardorsch (Boreogadus saida) und arktische Krebse (Calanus hyperboreus). Der Island-Färöer-Rücken hingegen bildet mit seinen starken Tideströmungen und Auftriebsgebieten ein wichtiges Nahrungsgebiet für atlantische Fischarten wie den atlantischen Hering (Clupea harengus) und Makrelen (Scomber scombrus).[12]
Neuere Studien zeigen, dass der Rücken als genetische Barriere für zahlreiche Meeresorganismen wirkt und die Artbildung im Nordatlantik maßgeblich beeinflusst hat. Gleichzeitig stellt er für wandernde Arten wie den Atlantischen Lachs (Salmo salar) und verschiedene Walarten (z. B. Megaptera novaeangliae) ein wichtiges Durchzugsgebiet dar.[12]
Die klimabedingten Veränderungen der Überströmung haben bereits zu messbaren Verschiebungen in den Artgemeinschaften geführt. So wurde in den letzten zwei Jahrzehnten eine Zunahme atlantischer Arten in den nördlichen Bereichen des Rückens beobachtet, während typische arktische Arten sich in tiefere Wasserschichten zurückziehen.[12]
Klimarelevanz und Forschung
Als natürlicher Regulator der atlantischen Umwälzbewegung reagiert der Rücken sensibel auf klimatische Veränderungen. Messungen der vergangenen Jahrzehnte dokumentieren eine Erwärmung des Überstromwassers um 0,5 °C und eine Abnahme des Salzgehalts um 0,05 PSU.[1] Modellrechnungen legen nahe, dass eine fortgesetzte Erwärmung und ein verstärkter Süßwassereintrag aus schmelzendem Grönlandeis die Tiefenwasserbildung in den Nordischen Meeren und damit den Überstrom schwächen und so zu einer Abschwächung der AMOC beitragen könnten; ein Stopp dieser Ströme würde die Wärmezufuhr nach Nordeuropa erheblich verringern.[17][18]
Die wissenschaftliche Erforschung des Rückens reicht bis zu den Polarexpeditionen des 19. Jahrhunderts zurück. Moderne Untersuchungsprogramme wie das internationale OSNAP-Programm (Overturning in the Subpolar North Atlantic Program, seit 2014) nutzen heute verankerte Messsysteme, ARGO-Floats und satellitengestützte Fernerkundung, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Bathymetrie, Ozeanzirkulation und Klima zu entschlüsseln.[8]