Arktis und Atlantik: Austausch schon seit 17,5 Millionen Jahren

Bisher glaubten Wissenschaftler, dass es erst seit etwa zehn Millionen Jahren eine Verbindung zwischen Arktis und Atlantik gibt. Nun haben Forscher in einer neuen Studie herausgefunden, dass sich die Framstraße zwischen Grönland und Svalbard bereits vor 17,5 Millionen Jahren öffnete. Die Ergebnisse beruhen auf neuen Daten aus Tiefbohrkernen sowie ozeanographischen und geophysikalischen Modellen.

Dieser Vorgang ist von großer Bedeutung nicht nur für die Entwicklung des arktischen Ozeans, sondern auch für die Etablierung der großen Meeresströmungen im Atlantik, darunter das Tiefenwasser, das den Atlantik mit Sauerstoff versorgt. Das internationale Wissenschaftlerteam unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in Kiel und des Alfred-Wegener- Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven berichtet über seine Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature.

„Durch diesen Korridor konnte erstmals sauerstoffreiches Wasser in das vormals abgekoppelte arktische Becken fließen“, erzählt Professor Martin Frank, Paläo-Ozeanograph am Leibniz-Institut für Meereswissenschaften und Co-Autor der Studie, „mit anderen Worten – die tiefe Arktis begann zu atmen“.

Lomonosov Rücken durchbohrt

Kenntnisse über die ozeanographische Entwicklung des Arktischen Ozeans waren bis vor kurzem auf eine Million Jahre vor heute beschränkt. Weiter zurückliegende Informationen waren den Forschern nicht zugänglich, da es nicht möglich war, in einem eisbedeckten Ozean Bohrungen von mehreren 100 Meter langen Sedimentkernen durchzuführen. Im Sommer 2004 gelang es im Rahmen einer ehrgeizigen Expedition – Integrated Ocean Drilling Programm (IODP) Leg 302, ACEX -, die gesamte 428 Meter mächtige Sedimentbedeckung des Lomonosov Rückens unweit des Nordpols mit Hilfe einer Bohrplattform und zwei Eisbrechern zu durchbohren und Sedimentkerne zu gewinnen.

Das Augenmerk der Forscher richtete sich sehr schnell auf einen markanten Übergang in den Sedimenten in etwa 200 m Tiefe. Dort wichen schwarz-graue Ablagerungen mit einem hohen Anteil an organischem Kohlenstoff plötzlich dunkelbraunen Sedimentschichten mit einem geringen organischen Kohlenstoffgehalt. Weitere hinzugezogene Daten wiesen darauf hin, dass die tieferen, dunklen Schichten in einem sauerstofffreien Becken, ähnlich dem heutigen Schwarzen Meer, abgelagert wurden. Doch wie alt sind diese Sedimente und wann fand dieser markante Übergang statt?

Zufuhr von sauerstoffreichem Wasser seit 17,5 Millionen Jahren

Die Datierung arktischer Sedimente ist nicht einfach, da in den sauerstoffreichen Schichten der obersten 200 Meter nur sehr wenige Fossilien überliefert sind. Hier konnten spezielle Isotopenmessungen von Professor Martin Frank die Datenlücke über das Alter schließen. Mit Hilfe eines Isotops des Elements Beryllium, dem 10Be, hat der Paläo-Ozeanograph in Kiel eine verlässliche Datierung der letzten zwölf Millionen Jahre erarbeitet. Zusammen mit anderen Daten konnten die Wissenschaftler den Beginn der Zuführung von sauerstoffreichem Wasser in die Arktis auf 17,5 Millionen Jahren vor heute festlegen.

Dieser Zeitpunkt stimmt mit einer neuen plattentektonischen Rekonstruktion der Öffnung der Framstraße überein. Die geophysikalischen und ozeanographischen Berechnungen räumen der Verbindung zwischen Arktis und Atlantik bereits zu diesem frühen Zeitpunkt eine ausreichende Wassertiefe ein, um einen effizienten Austausch mit dem Nordatlantik zu gewährleisten. Frank sieht in dieser Entwicklung auch eine Bedeutung für das globale Klima: „Die frühe Kopplung zwischen Atlantik und Arktis führte zu einer Änderung der Tiefenwasserzirkulation im Atlantischen Ozean, was sich wiederum auf das Klimageschehen im nordatlantischen Raum auswirkte.“

(idw – Leibniz-Institut für Meereswissenschaften, 21.06.2007 – DLO)