mini|hochkant=1.2|Topographie des Ozeanbodens des Grönland-Schottland-Rückens und angrenzender Gebiete Der Grönland-Schottland-Rücken (, GSR), auch Grönland-Schottland-Schwelle, ist eine submarine Gebirgsschwelle, die den Nordatlantik von den tieferen Becken der Nordischen Meere trennt. Er ist 2200 km lang, 300–600 km breit und durchschnittlich 400–500 m tief und erstreckt sich von Ostgrönland über Island bis zu den Britischen Inseln. Er ist eine der bedeutendsten bathymetrischen Barrieren des Weltozeans und trennt die kalten, arktischen Wassermassen der Grönland- und der Norwegischen See vom wärmeren Nordatlantik.Bogi Hansen, Svein Østerhus: North Atlantic–Nordic Seas exchanges. Progress in Oceanography, Jg. 45 (2000), Ausgabe 2, S. 109–208. DOI:10.1016/S0079-6611(99)00052-X
Geologie und Entstehung
Der Grönland-Schottland-Rücken ist ein Relikt plattentektonischer Prozesse, die mit der Öffnung des Nordatlantiks vor etwa 55 Millionen Jahren während des Paläogens begannen.Erik Lundin: North Atlantic–Arctic: Overview of sea-floor spreading and rifting history. Batlas. Mid Norway Plate Reconstructions Atlas with Global and Atlantic Perspectives (2002), S. 40–59. PDF Während sich die nordamerikanische und die eurasische Platte auseinanderbewegten, entstand durch Vulkanismus entlang des mittelatlantischen Rückens die heutige unterseeische Struktur zwischen Grönland, Island und Schottland. Island selbst ist ein Hotspot-bedingtes Hochgebiet, das aufgrund intensiver magmatischer Aktivität bis über den Meeresspiegel hinausragt.Zhirui Ray Wang, Giampiero Iaffaldano, John R. Hopper: Changes of North Atlantic plate motion in early Paleogene driven by Icelandic plume: Insights from kinematic and stratigraphic constraints. In: Earth and Planetary Science Letters, Band 641, 1. September 2024, 118831. DOI:10.1016/j.epsl.2024.118831
Der Rücken besteht aus mehreren tektonisch und sedimentologisch unterschiedlichen Abschnitten: dem Grönland-Island-Rücken (mit der Dänemarkstraße), der durch basaltische Lavaergüsse während der Öffnung des Nordatlantiks entstand; dem Island-Färöer-Rücken, dessen vulkanischer Aufbau auf den isländischen Hotspot zurückgeht; und dem Färöer-Schottland-Rücken, der teilweise eine Fortsetzung der europäischen Kontinentalkruste mit basaltischen Elementen darstellt.
Über Millionen Jahre wurde der Rücken durch marine Erosion und Sedimentation geformt. Glaziale Prozesse während des Quartärs hinterließen zudem Moränen und Ablagerungen, die die Topographie weiter beeinflussten.A. Kuijpers, Bogi Hansen, V. Hühnerbach, B. Larsen, T. Nielsen, F. Werner: Norwegian Sea overflow through the Faroe–Shetland gateway as documented by its bedforms. In: Marine Geology, Band 188, Ausgaben 1–2, 15. August 2002, S. 147–164. DOI:10.1016/S0025-3227(02)00279-7 Über geologische Zeiträume hinweg beeinflusste zudem die allmähliche Absenkung des Rückens den Tiefenwasseraustausch zwischen dem Nordmeer und dem Atlantik grundlegend und steuerte Schwellenwerte der nordatlantisch-arktischen Zirkulation.Michael Stärz, Wilfried Jokat, Gregor Knorr, Gerrit Lohmann (2017): Threshold in North Atlantic-Arctic Ocean circulation controlled by the subsidence of the Greenland-Scotland Ridge. Nature Communications 8, Artikel 15681. DOI:10.1038/ncomms15681
Geomorphologie und Teilgebiete
Grönland-Island-Rücken
Der Grönland-Island-Rücken (Greenland-Iceland Ridge, GIR) im Nordwesten stellt mit 500–600 m Wassertiefe die flachere Verbindung zwischen Grönland und Island dar. Seine geologische Struktur wird durch dicke, glaziale Sedimentablagerungen geprägt, die während der quartären Vereisungsphasen abgelagert wurden.Martin H. P. Bott (1983): Deep Structure and Geodynamics of the Greenland-Scotland Ridge: An Introductory Review. In: Martin H. P. Bott, Svend Saxov, Manik Talwani, Jörn Thiede (1983): Structure and Development of the Greenland-Scotland Ridge. Springer New York, NY, 1983. ISBN 978-0-306-41019-2, S. 3–9 Ozeanographisch fungiert er als Hauptbarriere für den Wasseraustausch zwischen dem Irmingerbecken und der Grönlandsee. Ozeanographisch fungiert er als Hauptbarriere für den Wasseraustausch zwischen dem Irmingerbecken und der Grönlandsee; an seiner tiefsten Stelle, der rund 620 m tiefen Dänemarkstraße, überquert das dichteste Tiefenwasser der Nordischen Meere den Rücken.
Island-Färöer-Rücken
Der Island-Färöer-Rücken (Iceland-Faroe Ridge, IFR) im Südosten weist mit 300–400 m eine noch geringere Wassertiefe auf. Sein geologischer Aufbau wird durch vulkanische Krustenstrukturen dominiert, die auf den isländischen Hotspot zurückgehen.Jörn Thiede (1983): Outstanding Geological Problems of the Greenland-Scotland Ridge: An Introduction. In: Martin H. P. Bott, Svend Saxov, Manik Talwani, Jörn Thiede (1983): Structure and Development of the Greenland-Scotland Ridge. Springer New York, NY, 1983. ISBN 978-0-306-41019-2, S. 313–317. Als eine der primären Überströmregionen für die Wassermassen des Europäischen Nordmeers beeinflusst er maßgeblich die Tiefenwasserbildung im Nordatlantik.Carina Bringedal et al.: Structure and Forcing of Observed Exchanges across the Greenland–Scotland Ridge. In: Journal of Climate, Jahrgang 31 (2018), S. 953–974. DOI:10.1175/JCLI-D-17-0889.1
Färöer-Schottland-Rücken
Der Färöer-Schottland-Rücken (Faroe–Scotland Ridge) bildet das südöstliche Segment des Grönland-Schottland-Rückens zwischen den Färöern und Schottland. Anders als die weiter nordwestlich gelegenen, überwiegend vulkanisch aufgebauten Abschnitte besteht er teilweise aus ausgedünnter kontinentaler Kruste des Färöer-Blocks mit basaltischen Einlagerungen. Zwei Strukturen prägen ihn: der Färöer-Bank-Kanal – mit einer Schwellentiefe von rund 840 m die tiefste Passage über den gesamten Grönland-Schottland-Rücken, nur etwa 15 km breit und von steilen Flanken begrenzt – sowie der Wyville-Thomson-Rücken, eine durch känozoische Einengung aufgewölbte Antiklinale (Inversionsstruktur), die den Färöer-Shetland-Kanal vom Rockallgraben trennt. Über den Färöer-Bank-Kanal fließt der Hauptteil des östlich von Island überströmenden Tiefenwassers ab, während über die flachere Wyville-Thomson-Schwelle nur ein kleiner Teil in den Rockallgraben gelangt.Bogi Hansen, Svein Østerhus: Faroe Bank Channel overflow 1995–2005. In: Progress in Oceanography, Band 75, Ausgabe 4, Dezember 2007, S. 817–856. DOI:10.1016/j.pocean.2007.09.004Toby J. Sherwin, Colin R. Griffiths, Mark E. Inall, William R. Turrell (2008): Quantifying the overflow across the Wyville Thomson Ridge into the Rockall Trough. In: Deep-Sea Research Part I, Band 55, Ausgabe 4, S. 396–404. DOI:10.1016/j.dsr.2007.12.006
Ozeanographische Bedeutung
mini|hochkant=1.2 |Schematisches Tiefenprofil in einem Querschnitt der Grönland-Schottland-Schwelle. Der Schnitt verläuft von Grönland Richtung Ost-Südost entlang der Grönland-Island-Schwelle und der Island-Färöer-Schwelle, schwenkt dann zwischen Färöer-Inseln und Färöer-Bank Richtung Süd-Südwest, um dann wieder Richtung Ost-Südost entlang des Wyville-Thomson-Rücken nach Schottland zu verlaufen. Die Darstellung orientiert sich an Abbildung 2 aus Bogi Hansen, Svein Østerhus: North Atlantic–Nordic Seas exchanges In: Progress in Oceanography 45 (2000), S. 109–208.
Der Grönland-Schottland-Rücken wirkt als hydraulisches Regelventil: Als natürliche Barriere zwischen dem Nordatlantik und den Nordischen Meeren reguliert er die globale Tiefenzirkulation.William R. Turrell et al. (1999): Decadal variability in the composition of Faroe Shetland Channel bottom water. Deep-Sea Research Part I-Oceanographic Research Papers, Band 46, Ausgabe 1, S. 1–25. DOI:10.1016/S0967-0637(98)00067-3. Der Wasseraustausch erfolgt in zwei Schichten: In den oberen etwa 300–500 m strömt warmes Atlantikwasser nach Norden, während in der Tiefe kaltes, dichtes Überstromwasser nach Süden zurückfließt. Diese Vermischungs- und Umwälzprozesse sind für den globalen Wärme- und Salztransport von entscheidender Bedeutung.Christophe Pampoulie, Saskia Brix, Haseeb S. Randhawa (2024): The Greenland–Scotland Ridge in a Changing Ocean: Time to Act? In: Marine Ecology, e12830 (2024). DOI:10.1111/maec.12830
Überstromwässer
Das dichte Überstromwasser verlässt die Nordischen Meere über mehrere Passagen des Rückens. Die stärkste Verbindung ist das Dänemarkstraßen-Überstromwasser (Denmark Strait Overflow Water, DSOW), das mit rund 3 bis 3,5 Sverdrup (Sv; 1 Sv = 1 Million m³/s) durch die Dänemarkstraße (Schwellentiefe ~620 m) strömt und als dichteste Überstromkomponente kaskadenartig bis in über 3500 m Tiefe in das Irmingerbecken abfällt.James H. Swift: The circulation of the Denmark Strait and Iceland-Scotland overflow waters in the North Atlantic. In: Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers, Band 31, Ausgabe 11, November 1984, S. 1339–1355. DOI:10.1016/0198-0149(84)90005-0Kerstin Jochumsen, Detlef Quadfasel, Heðinn Valdimarsson, Steingrímur Jónsson: Variability of the Denmark Strait overflow: Moored time series from 1996–2011. In: Journal of Geophysical Research: Oceans, Band 117 (2012), Ausgabe C12. DOI:10.1029/2012JC008244
Östlich von Island läuft das Island-Schottland-Überstromwasser (Iceland-Scotland Overflow Water, ISOW) über – vor allem durch den tiefen Färöer-Bank-Kanal (~840 m; rund 2 Sv) und über den flacheren Island-Färöer-Rücken (Kammtiefe ~480 m; rund 1 Sv).Peter M. Saunders (2001): Kapitel 5.6 – The dense northern overflows. International Geophysics, Band 77, S. 401–417. DOI:10.1016/S0074-6142(01)80131-5. Ein kleinerer Teil überläuft die Wyville-Thomson-Schwelle und gelangt mit rund 0,3 Sv als Wyville-Thomson-Überstromwasser in den Rockallgraben.
Insgesamt strömen so rund 6 Sv dichten Überstromwassers nach Süden in den Nordatlantik. Durch die Einmischung umgebender Wassermassen wächst dieser Transport stromabwärts auf etwa 10 Sv an und speist das Nordatlantische Tiefenwasser (North Atlantic Deep Water, NADW), einen zentralen Bestandteil der globalen thermohalinen Zirkulation.Jens Meincke (1983): The Modern Current Regime Across the Greenland-Scotland Ridge. In: Martin H. P. Bott, Svend Saxov, Manik Talwani, Jörn Thiede (1983): Structure and Development of the Greenland-Scotland Ridge. Springer New York, NY, 1983. ISBN 978-0-306-41019-2, S. 637–650.
Wassermassen und Schichtung
Die Wassermassen, die über die Schwelle transportiert werden, unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften: Das Atlantikwasser (ca. 7–10 °C, 35–35,5 PSU) strömt in die Nordischen Meere, wo es abkühlt und an Dichte zunimmt. Das überströmende Tiefenwasser ist deutlich kälter (ca. -0,5 bis 2 °C) und hat durch Abkühlung und Eisbildung im hohen Norden eine höhere Dichte.
Da der Grönland-Schottland-Rücken mit maximal rund 840 m Tiefe (am Färöer-Bank-Kanal) relativ flach ist, können nur bestimmte Wassermassen ungehindert passieren. Die tiefsten Wassermassen der Nordischen Meere, wie das Norwegische Tiefenwasser (Norwegian Sea Deep Water, NSDW), bleiben weitgehend eingeschlossen, da sie nicht über die Schwelle entweichen können. Dadurch entsteht eine hydraulische Kontrolle, die bestimmt, wie viel Wasser südwärts in den Atlantik abfließt.
Einfluss auf die Atlantische Umwälzzirkulation (AMOC)
Der Grönland-Schottland-Rücken reguliert direkt die Stärke der AMOC, indem er den südwärtigen Abfluss des kalten Tiefenwassers bestimmt. Veränderungen im Überstrom – beispielsweise durch eine erhöhte Süßwassereinmischung aus schmelzendem Grönlandeis – könnten die Tiefenwasserbildung im Nordmeer abschwächen, die Dichte des überströmenden Wassers verringern und damit die AMOC insgesamt verlangsamen.Claus W. Böning et al.: Response of the North Atlantic circulation to climate change. Nature Geoscience, Jg. 9 (2016), S. 523–528. DOI:10.1038/ngeo2741 Langfristig könnte dies eine Abschwächung oder sogar einen teilweisen Zusammenbruch der AMOC zur Folge haben, was gravierende Auswirkungen auf das europäische Klima hätte.
Ökologische Bedeutung