Ozeanzirkulation und Klimadynamik

Spätquartäre Veränderlichkeit im zentralen Arktischen Ozean

Abb. 1 Ein arktischer Sedimentkern im Labor auf dem Forschungseisbrecher "Polarstern". Man erkennt viele Farbwechsel, die Hinweise auf unterschiedliche Ablagerungs- und Klimabedingungen geben.

Kontakt: Dr. Robert F. Spielhagen

Das Tiefseebecken des Arktischen Ozean ist ganzjährig von einer 2-3 m dicken Meereisdecke überzogen. Die wenigen darin eingeschlossenen Eisberge stammen meist von Gletschern auf Grönland, Ellesmere Island in Nordkanada oder Svernaya Zemlya in Nordsibirien. Risse in der driftenden Eisdecke erlauben den Wärmefluss und Gasaustausch zwischen der obersten, kalten und salzarmen Wasserschicht und der Atmosphäre sowie eine geringe biologische Produktion. Während der Eiszeiten waren bei abgesenktem Meeresspiegel die Kontinente und Schelfgebiete rund um das arktische Becken teilweise von Gletschern und riesigen Eiskappen überzogen, die vielfach die damaligen Küstenlinien erreichten.

Abb. 2. Darstellung der Eisausdehnung im nördlichen Eurasien während der letzten 200.000 Jahre im Vergleich zu Sedimentdaten aus dem Arktischen Ozean. Man erkennt eine gute Übereinstimmung zwischen den Eismaxima und dem Eintrag von Eisberg-transportiertem Gesteinsmaterial, zwischen den Abschmelzphasen und dem maximalen Eintrag von Süßwasser, und zwischen Eisaufbauphasen und Anzeigern für offene Wasserflächen, die atmosphärische Feuchtigkeit lieferten.

In Kooperation mit nationalen und internationalen Partnern werden am GEOMAR die Umwelteigenschaften im Arktischen Ozean in der jüngeren geologischen Vergangenheit untersucht. Auf vielen Expeditionen mit dem deutschen Forschungseisbrecher "Polarstern" und anderen eisbrechenden Forschungsschiffen wurden Sedimentkerne (Abb. 1) aus den arktischen Teilbecken, von untermeerischen Rücken und von zirkum-arktischen Kontinentalhängen gewonnen. Farbe, Zusammensetzung und geochemische Parameter der Sedimentabfolgen und ihrer Komponenten spiegeln die Veränderlichkeit wichtige Umwelteigenschaften des Ozeans wider. Am ehemaligen IFM-GEOMAR (heute GEOMAR) konnte daraus die Geschichte der arktischen Eisdecke, der obersten Wassermassen und des Süßwasserzustroms aus dem nördlichen Europa und Asien während der letzten 200.000 Jahre rekonstruiert werden (Abb. 2). Hohe Gehalte an planktischen Einzellern ("Foraminiferen") sind ein Anzeiger für eine zumindest saisonal aufgelockerte Eisdecke und einen Einstrom von Atlantikwasser in die Arktis, entsprechend dem heutigen "Golfstrom". Große Mengen von grobem, eistransportiertem Gesteinsmaterial in den Ablagerungen deuten auf entsprechend viele Eisberge, die von kalbenden großen Eisschilden abbrachen. Schließlich gibt die isotopische Zusammensetzung der kalkschaligen Plankton-Foraminiferen Hinweise auf den Zustrom von Süßwasser aus schmelzenden Gletschern und der Entleerung von Eisstauseen. Die gute zeitliche Übereinstimmung zwischen den maringeologischen Daten aus dem Arktischen Ozean und der von anderen Arbeitsgruppen an Land untersuchten Geschichte des Aufbaus und Zerfalls der Eisschilde (Abb. 2) weist auf eine enge klimatische Kopplung zwischen Land und Meer. 

Weitere Arbeiten im zentralen Arktischen Ozean beschäftigen sich mit den Umwelteigenschaften der Arktis während der letzten Warmzeit vor ca. 125.000 Jahren, dem Süßwasserausstrom von Nordsibirien während des letzten Eiszeit-Warmzeit-Übergangs vor ca. 10-15.000 Jahren, und der Variabilität des Atlantikwassereinstroms und der Eisgrenze in der seit 10.000 Jahren andauernden Warmzeit des Holozäns.