Kanadabecken
das größte, tiefste und älteste Teilbecken des Amerasischen Beckens im Arktischen Ozean
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Das Kanadabecken (Canada Basin) ist das größte, tiefste und älteste Teilbecken des Amerasischen Beckens im Arktischen Ozean. Es erstreckt sich zwischen etwa 110°W und 180° Länge sowie 70° bis 80°N Breite.[1] Aufgrund seiner ganzjährigen Eisbedeckung war die geowissenschaftliche Erforschung lange Zeit stark eingeschränkt. Erst in den letzten zwei Jahrzehnten haben Expeditionen mit Eisbrechern neue geophysikalische und geologische Daten geliefert, die ein detaillierteres Verständnis seiner Entstehung und Entwicklung ermöglichen.[1]
Geographische Lage und Morphologie
Das Kanadabecken liegt zwischen dem Arktischen Alaska-Schelf und dem Kanadisch-arktischen Archipel im Süden und dem Alpha-Mendelejew-Rücken (Alpha-Mendeleev Rise) im Norden und Nordwesten.
Die Tiefseeebene des Beckens, häufig als Canada Abyssal Plain bezeichnet, ist im Inneren bemerkenswert eben und zeigt nur geringe bathymetrische Reliefunterschiede.[2][3] Die größten Wassertiefen liegen östlich der Northwind Ridge und erreichen Werte von etwa 3800 m, während die Wassertiefe entlang der Beckenränder auf 3000–3400 m abnimmt.[4][3]
Geologischer Aufbau und Entstehung
Lage und Typus
Das Kanadabecken ist ein tiefes ozeanisches Becken und bildet einen Passiven Kontinentalrand zum nordamerikanischen Kontinent (nördlich von Alaska und dem Yukon/Nordwest-Territorium).
Entstehung
Das Becken bildete sich im Mesozoikum (später Jura bis frühe Kreide, vor etwa 140 bis 120 Millionen Jahren); es entstand nicht durch einfache Riftbildung, sondern durch ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Faktoren:[1]
Die erste Phase der Entstehung war das sogenannte Rifting (die Dehnungsphase): Die kontinentale Kruste begann sich zu dehnen und auszudünnen. Dann öffnete sich das Becken durch die scherenartige Rotation eines großen kontinentalen Blocks (des Alaska-Tschuktschen-Blocks) weg vom Kanadischen Schild. Schließlich kam es zur Ozeanbodenspreizung: Die Rotation erzeugte einen Spalt, in dem neue ozeanische Kruste gebildet wurde. Dies markiert den Beginn zur Post-Rift-Phase (der Drift-Phase) und die vollständige Trennung der Kontinente.[5]
Geologischer Aufbau – Sedimentation
Der Aufbau ist eine Abfolge von drei Hauptschichten, die die Entwicklung von der Kontinentalscheidung bis zum tiefen Ozean widerspiegeln.
- Synrift-Sequenz:[6] Die unterste Schicht besteht aus denjenigen Ablagerungen, die während der Krustendehnung entstanden. Sie liegen direkt über dem Grundgebirge und füllen die durch Verwerfungen entstandenen Halbgräben aus. Es sind vor allem grobklastische Gesteine wie Sandsteine und Konglomerate, oft durchzogen von vulkanischem Material (Basalten), das mit der beginnenden Dehnung in Verbindung steht.[7]
- Post-Rift-Sequenz (nach dem Ende der Bruchtektonik): Darüber liegt die mächtigste und geologisch jüngere Schicht, die den größten Teil des Beckens ausmacht. Nach der anfänglichen Spreizung kühlte die Lithosphäre ab und sank langsam ab. In diesem absinkenden Becken akkumulierten sich ab der späten Kreidezeit riesige Mengen an Sedimenten. Innerhalb dieser Schicht liegen unten hauptsächlich feinkörnige marine Schiefer und Tonsteine. In den oberen Schichten dominieren am Kontinentalrand (z. B. im Beaufort-Mackenzie-Becken) die mächtigen Delta-Sedimente (Sandsteine und Tonsteine), die vom Mackenzie River (und anderen Quellen) eingetragen wurden.[5]
- Ozeanische Kruste: Unter der dicken Sedimentfüllung des zentralen Kanadabeckens befindet sich ozeanische Kruste, die durch die Spreizung entstanden ist. So ist das Kanadabecken insgesamt ein tiefer, sedimentgefüllter Graben, dessen geologischer Aufbau die Abfolge von Rifting, Spreizung und anschließender, langanhaltender thermischer Subsidenz exakt widerspiegelt.[3]
Physikalische Ozeanographie – Wassermassen und Zirkulation
Ozeanographisch stellt das Kanadabecken das Kerngebiet des Beaufortwirbels (Beaufort Gyre) dar, eines antizyklonalen Oberflächenstromsystems, das durch vorherrschende atmosphärische Druckverhältnisse gesteuert wird.[2][8] Unter der Zirkulation akkumuliert der Wirbel große Mengen an Süßwasser in der Oberflächenschicht, insbesondere während Phasen positiver arktischer Oszillation.[2][9]
Die vertikale Schichtung des Wasserkörpers umfasst eine aus Schmelzwasser und Flusseintrag stark stabilisierte Oberflächenschicht, ein durch pazifische Zuflüsse dominiertes Zwischenwasser in 40–240 m Tiefe und darunter ein wärmeres, salzreicheres Atlantikwasser, das über Framstraße und Barentssee in die Arktis gelangt.[2][10][11] Charakteristisch für das Kanadabecken ist eine ausgeprägte, stark stratifizierte Halokline mit relativ hohen Nährstoffkonzentrationen im Vergleich zu anderen Teilbecken des Arktischen Ozeans.[12][2]
Geprägt ist das Kanadabecken auch durch seine tiefen, kalten und salzarmen Wassermassen am Boden. Sie werden während der Winterkonvektion auf dem Kontinentalschelf gebildet.[13] Dieses Canada Basin Deep Water (CBDW) zeichnet sich durch hohes Alter und Stabilität aus. Die Wassermassen des Kanadabeckens stehen im Austausch mit benachbarten Becken wie dem Makarow-Becken,[12] und es gibt Hinweise auf eine Rezirkulation von Tiefenwasser zwischen dem Kanada- und dem Amundsen-Becken.[14]
Die Tiefenwasser des Kanadabeckens zeigen eine langsame, überwiegend zyklonale Zirkulation, die auf isopyknale Neigungen und die erwähnten Austauschprozesse mit benachbarten Becken zurückgeführt wird.[8][11] Studien zum Alter und zu den Transportwegen des Atlantikwassers deuten darauf hin, dass Wasserpakete mehrere Jahrzehnte benötigen, um vom Rand der Arktis in das zentrale Kanadabecken vorzudringen.[10][15]
Langfristige Beobachtungen belegen Veränderungen der Temperatur- und Dichtestruktur, etwa das Verschwinden markanter Dichte-Treppenstrukturen in den 2010er Jahren, was auf veränderte Mischung und Wärmezufuhr im Becken hinweist.[16][11] Gleichzeitig wird ein Anstieg des dynamischen Höhenunterschieds im Bereich des Beaufortwirbels interpretiert als Hinweis auf verstärkte Süßwasseransammlung seit Beginn des 21. Jahrhunderts.[2][9]
Klimawandel und Meereisrückgang
Die Region erlebt aufgrund der sogenannten Arktischen Amplifikation eine zwei- bis dreimal stärkere Erwärmung als der globale Durchschnitt.[17]
Seit den 2000er Jahren hat das Kanadabecken besonders stark zum beobachteten Rückgang der arktischen Meereisbedeckung beigetragen, wobei sowohl mehrjähriges als auch einjähriges Eis deutlich abgenommen haben.[2] Die abnehmende Eisdicke und -ausdehnung erleichtern aufgrund einer geringeren Albedo (Rückstrahlvermögen) und damit einer stärkeren Absorption von Sonnenstrahlung die weitere Anreicherung von Süßwasser sowie die Erwärmung der oberen Wassersäule.[2][9]
Veränderte hydrologische Bedingungen in den großen nordamerikanischen Einzugsgebieten wie dem Mackenzie River Basin (MRB) haben einen direkten Einfluss auf das Kanadabecken. Das MRB, die größte nordamerikanische Süßwasserquelle für den Arktischen Ozean, liegt zu etwa 75 % in Gebieten mit Permafrost.[18] Die Erwärmung führt dort zu einer potenziellen Zunahme des Abflusses, was wiederum die Süßwasserbilanz und die Schichtung des Kanadabeckens beeinflusst.[17]
All diese Veränderungen haben weitreichende ökologische und klimatische Konsequenzen, da sie sowohl die Stabilität der Wassersäule als auch den Austausch von Nährstoffen und Wärme mit der Atmosphäre und anderen Becken des Arktischen Ozeans beeinflussen.[2][16] Das Kanadabecken gilt daher als empfindlicher Indikator („Bellwether“) für die Reaktion des arktischen Ozeansystems auf externe Klimaveränderungen.[2]