PLATES & GATES: Plattentektonik und polare Meeresstraßen im Erdsystem

In der Erdgeschichte ist die topographische Beschaffenheit der Erdoberfläche und damit die geometrischen Randbedingungen für Klimafaktoren, wie den Verlauf von ozeanischen und atmosphärischen Strömungen, fortwährend durch tektonische Bewegungen sowie durch Erosionsprozesse und Ablagerungen von Sedimenten verändert worden. So hat die Veränderung des Austausches von Wassermassen zwischen den Weltozeanen durch die Verschiebung der Kontinente und den damit verbundenen Öffnungen und Schließungen von ozeanischen Meeresstraßen einen erheblichen Einfluss auf langfristige globale Klimaveränderungen.
Vor 100 Millionen Jahren existierten die tiefen Becken des Arktischen Ozeans noch nicht, und Korallen dominierten in einem subtropischen Flachmeer. Bei der Öffnung des Polarmeeres und des Atlantischen Ozeans trennten sich Eurasien und Nordamerika. Spitzbergen driftete mit Europa in seine heutige Lage, während Pearya an der Nordspitze Amerikas verblieb, so dass die Framstraße als heutige arktisch-atlantische Meeresstraße die vorher zusammenhängenden Gebiete Nordamerika und Spitzbergens trennt. Die Ozeanbecken und Schelfe der zentralen Arktis sind geophysikalisch vermessen und geologisch beprobt worden, um deren tektonische Entwicklung sowie Signale markanter Klimaveränderungen in der arktischen Region zu entschlüsseln. Ein wesentlicher Beitrag dieser Untersuchungen ist das Verständnis über die klimarelevante Rolle des Arktischen Ozeans als ein isoliertes Binnenmeer vor der Öffnung der Framstraße zum Atlantik und seine Funktion, nachdem diese Tiefenwasseröffnung vor ca. 15-18 Millionen Jahren hergestellt war. In diesem Zusammenhang ist auch die Untersuchung der Öffnungsgeschichte der Baffinbucht zwischen Grönland und Kanada und die damit verbundene Entwicklung einer weiteren Meeresstraße von der Arktis in den Atlantik zu sehen.
Die tektonischen Entwicklungsgeschichte der Südhemisphäre mit Entstehung und Vergrößerung des Südozeans scheinen ein erheblichen Einfluss auf die langskalige Veränderung des Weltklimas von der kreidezeitlichen Warmzeit bis zum Übergang in eine Kaltzeit ab dem frühen Tertiär gehabt zu haben. Großräumige vulkanische Ereignisse, die den noch jungen Ozean mit enormen Flutbasalten – wie im Falle des Kerguelen-Plateaus – bedeckten, begleiteten den Abbruch Afrikas und Indiens von der Antarktis noch in der Warmzeit. Die Trennung Australiens, Neuseelands und Südamerikas von der Antarktis sind weitere Etappen zu einer Konstellation der Kontinente auf der Südhalbkugel, die eine Neuordnung der globalen Meeresströmungen mit sich brachte. Der Beginn der Kaltzeit, in der die globale Temperatur der Erde um ca. 5° C sank und die bis heute andauernde Vereisung der Antarktis einsetzte, werden auf den Übergang vom Eozän zum Oligozän vor etwa 35 Millionen Jahre vor heute datiert. Die Öffnung der Meeresstraßen rund um die Antarktis bildete die tektonische Voraussetzung für die die Ausbildung des Antarktischen Zirkumpolarstroms und die klimatische Isolation der Antarktis. Hierdurch wurde weniger Wärme aus mittleren Breiten in die Antarktis transportiert, was zur zunehmenden Abkühlung der Antarktis führte. Gleichzeitig zu dieser Entwicklung sank im Eozän die atmosphärische Kohlenstoffkonzentration, die den Treibhauseffekt der Atmosphäre reduzierte und so auch zur globalen Abkühlung beitrug. Erste Bohrergebnisse des ANDRILL-Projekts auf dem Eis des Rossmeeres liefern Hinweise, dass die Antarktis seit Beginn der Vereisung allerdings auch immer wieder Perioden geringer Eisbedeckung aufwies.
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