Begrabene Eiszeit-Landschaft: Hunderte Meter unter dem Meeresgrund der Nordsee liegen gewaltige Täler und Kanäle verborgen, wie seismische Messungen enthüllen. Die kilometerbreiten und hunderte Meter tiefen Trogtäler lagen einst unter den Gletschern der Eiszeit und wurden von Eis und subglazialem Schmelzwasser gegraben. Die Strukturdetails dieser lange versunkenen Täler und Kanäle erlauben es erstmals, ihre Entstehung nachzuvollziehen, wie die Forscher im Fachmagazin „Geology“ berichten.
Die Nordsee ist ein vergleichsweise junges Meer. Denn noch während der letzten Eiszeit lag der Meeresspiegel so niedrig, dass das Land zwischen den britischen Inseln, Skandinavien und Mitteleuropa trocken war. Einige Jahrtausende lang überdeckten die kilometerdicken Gletscher der Eiszeit diese Landschaft. Doch als sich diese zurückzogen, boten Doggerland und die angrenzenden Gebiete Mensch und Tier einen weiten, fruchtbaren Lebensraum. Erst vor gut 8.000 Jahren stieg der Meeresspiegel soweit an, dass diese Welt versank.
Seismischer Blick in die Tiefe
Wie die eiszeitliche Nordseelandschaft einst aussah, enthüllen nun neue seismische 3D-Scans des Untergrunds. Die hochauflösenden Aufnahmen zeigen die Kanäle, Täler und Grate der heute unter hunderten Metern Sediment und Schlamm verborgenen Landschaft so detailreich wie nie zuvor. Für ihre Kartierung setzte das Team um James Kirkham vom British Antarctic Survey (BAS) 3D-Reflexionsseismik ein. Bei dieser Methode werden Schallerzeuger hinter einem Schiff hergezogen, die meist mittels Luftstößen seismische Wellen in Richtung Meeresgrund schicken.
Die Schallwellen dringen in den Untergrund ein und werden in unterschiedlicher Tiefe von geologischen Strukturen reflektiert. An Messkabeln befestigte Sensoren fangen die zurückgeworfenen Wellen ein. Durch den Einsatz mehrerer Schallquellen und Sensoren lässt sich ein dreidimensionales Bild der Untergrundstrukturen gewinnen. Das Besondere an der von Kirkham und seinem Team genutzten Technik ist ihre hohe Eindringtiefe und große Auflösung: Noch unter hunderten Metern Sediment macht sie wenige Meter messende Strukturen sichtbar.
Gigantische Tröge
Die neue Kartierung enthüllt einzigartige Details der heute tief verschütteten Eiszeitlandschaft. Das Becken der Nordsee war demnach von hunderten großen Trogtälern und Kanälen durchzogen – viele davon mehrere Kilometer breit und teils hunderte Meter tief. Diese riesigen Kerben entstanden, als das gesamte Gebiet noch von den mächtigen Gletschern der Eiszeit bedeckt war. Der allmähliche Rückzug der Gletscher und das subglazial abfließende Schmelzwasser gruben gegen Ende der Eiszeit die tiefen Täler in den Untergrund.
„Ähnlich wie wir Fußabdrücke in feuchtem Sand hinterlassen, können auch Gletscher ihre Spuren in die Landschaft einprägen, über die sie hinwegfließen“, erklärt Kirkham. Die hochauflösenden Messdaten zeigen unter anderem sogenannte Esker oder Oser – schmale, gewundene Erhebungen, die vom Schmelzwasser am Übergang zum Eis abgelagert wurden. Außerdem werden zahlreiche Kanäle sichtbar, in denen einst subglaziales Schmelzwasser abfloss.
Details verraten den Ursprung der Täler
Dass es diese großen Talrelikte unter der Nordsee gibt, war zwar schon länger bekannt. Mangels hochaufgelöster 3D-Aufnahmen war aber bisher unklar, wann und wie sie entstanden sind. „Der Ursprung dieser Kanäle ist seit mehr als einem Jahrhundert strittig“, sagt Kirkham. Erst die kleinen Strukturdetails, die die aktuellen Messdaten innerhalb der Trogtäler enthüllen, liefern nun nähere Hinweise.
„Dies ist das erste Mal, dass wir solche kleinräumigen Landschaftsformen sichtbar machen konnten“, sagt Kirkhams Kollegin Kelly Hogan. Die Strukturen verraten, dass die großen Täler durch das Zusammenwirken von Schmelzwasser und Eismassen erzeugt wurden: „Der wiederholte Transfer von Oberflächen-Schmelzwasser an die Eisbasis, gekoppelt mit dem allmählichen seitlichen Abschürfen durch das aufliegende Eis grub nach und nach die Trogtäler aus“, schreiben die Forschenden.
Wechsel von Rückzug und Vorrücken
Viele Strukturen innerhalb der Trogtäler entstanden beim allmählichen Eisrückzug: „Die feinen Details verraten uns, wie sich das Wasser durch diese Kanäle unter dem Eis bewegte. Sie zeigen aber auch, wo Eisstücke einfach liegenblieben und wegschmolzen.“ An diesen Stellen blieben bis zu 300 Meter breite und 200 bis 750 Meter lange Toteislöcher zurück. Das beim Eisrückzug an der Gletscherbasis herausströmende Schmelzwasser grub am Grund der Trogtäler verzweigte Kanäle aus und schob an anderen Sediment zu Eskern zusammen. Auch einige Flusstäler auf dem Mars könnten auf diese Weise unter Gletschern entstanden sein.
Andere Merkmale in den eiszeitlichen Trogtälern wurden dagegen gebildet, als die Gletscher wieder vorrückten. Dabei füllten die Eiszungen zuerst die Trogtäler und hinterließen an deren Seiten parallele Rippel, die durch den Druck des Eises auf die Talwände entstanden. Viele dieser eiszeitlichen Spuren finden sich in ähnlicher Form auch im Umfeld heutiger Gletscher oder in freiliegenden Eiszeitlandschaften wieder.
„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die verschiedenen Generationen von Trogtälern in der Nordsee mindestens sieben Gletschervorstöße in Nordwesteuropa dokumentieren“, schreiben Kirkham und seine Kollegen.
Einblick auch in heutige Eisschilde
Die neuen Erkenntnisse sind aber nicht nur für die Geschichte der Nordsee wichtig – sie helfen auch dabei, das Verhalten der heutigen Gletscher aufzuschlüsseln. „Diese Entdeckung trägt dazu bei, den anhaltenden Rückzug der Gletscher in Grönland und der Antarktis besser zu verstehen“, sagt Kirkland. Denn auch bei diesen Eisströmen fließt Schmelzwasser bis an die Gletscherbasis und bildet dort subglaziale Seen und Ströme. Auf Grönland hat dieses Wasser sogar einen riesigen Canyon eingekerbt.
„Es ist extrem schwierig herauszufinden, was unter den heutigen großen Eisschilden vor sich geht“, sagt Kirkham. „Das gilt vor allem für die Bewegungen von Wasser und Sediment, die wichtige Einflussfaktoren für das Verhalten und den Fluss des Eises sind, wie wir wissen.“ Die nähere Erforschung der eiszeitlichen Kanäle kann nun Aufschluss darüber geben, wie sich Eis und Schmelzwasser in einer wärmer werdenden Welt verhalten. (Geology, 2021; doi: 10.1130/G49048.1)
Quelle: British Antarctic Survey
