UNTERSUCHUNGSGEBIET

Als Fram-Straß wird das ungefäh 180000 km2 groß Seegebiet zwischen 77' N und 80' N sowie 20 W und 10' E bezeichnet. Die etwa 600 km breite Meerenge zwischen Nordost-Grönlan und Spitzbergen verbindet den Arktischen Ozean mit dem Atlantik. Ihr Name erinnert an das Schiff des norwegischen Polarforschers Fridtjof Nansen, der auf seiner Expedition in den Arktischen Ozean 1893-96 durch sie in den Atlantik zurüc gelangte.

Im Gegensatz zu den anderen Verbindungen des Arktischen Ozeans zum Weltmeer (Bering-Straße Barentsmeer) ist die Fram-Straß mit bis zu 5600 m sehr tief. Die Kontinentalschelfe von Grönlan und Spitzbergen sind auf einer Breite von 400 km durch steil abfallende Kontinentalabhäng und durchschnittlich 3000 m tiefe Tief- seebenen voneinander getrennt. Sie sind recht schmal, vor allem vor Spitzbergen, und werden durch tief eingeschnittene Gräben die von den Fjorden der beiden In- seln ausgehen, in einzelne Banke gegliedert.

Das Schwergewicht der Untersuchung lag auf dem grönländisch Schelf, insbeson- dere der Belgica-Bank. "Belgica" war der Name des Forschungsschiffs einer bel- gischen Polarexpedition, die 1905 den Südran des Gebiets erreichte. Die etwa 155 ^X Bathymetrie des Grönlandschelf in der Fram-Straß nur bruchstückweis bekannt ist, da eine flächendeckend Vermessung wegen des ganzjährige Eisgangs bislang nicht möglic war. Die Tiefenlinien in Abb. 2.4 wurden nach BOURKE et al.

(1987) sowie nach Lotungen wahrend der "Polarstern"-Expedition "ARK 111" im Sommer 1985 gezeichnet. Soweit bisherige Vermessungen diese Aussage zulassen, ist die Belgica-Bank ein schmaler Schelfrücke in Form eines nach Osten offenen C und umschließ von drei Seiten eine wahrscheinlich übe 300 m tiefe Senke.

2.2 Wassermassen und Meeresströmunge

Die geographische Lage der Fram-Straß und ihre große Wassertiefen sind f à ¼ die komplexen hydrographischen Verhältniss verantwortlich. Fast der gesamte Wasser- massenaustausch zwischen dem Arktischen Ozean und dem Weltmeer findet übe diese einzige Tiefseeverbindung statt. Es kommt zu einem engen Miteinander kalter polarer und warmer atlantischer Wassermassen, deren Verteilung i n ein den gesamten Nordatlantik und den Arktischen Ozean umfassendes Stromsystem eingebunden ist (AAGAARD et al. 1985).

Vereinfachend läà sich f à ¼ die Oberflächenströmung folgendes sagen (KII- LERICH 1945, QUADFASEL et al. 1987): Der östlich Teil der Fram-Straß wird von dem nach Norden setzenden Westspitzbergenstrom, dem nördlichste Ausläufe des nordatlantischen Stromsystems, beeinfluß (Abb. 2.1). Relativ hohe Tempera- turen (> 2 'C) und hohe Salzgehalte (> 34.9 ppt) charakterisieren diese atlantische Wassermasse (AW). Der Ostgrönlandstro auf der westlichen Seite der Fram-Straß transportiert sehr kaltes (< 0 'C) und durch sommerliche Eisschmelze ausgesüßte relativ salzarmes (< 34.4 ppt) polares Wasser (PW) aus dem Arktischen Ozean nach Süden Die Grenze zwischen kaltem und warmem Oberflächenwasser die Polarfront, verläuf im Bereich der Fram-Straß zwischen 5' W und 0' nahezu meridional und unterliegt nur relativ geringen jahreszeitlichen Verschiebungen i n Ost-West-Rich- tung.

A b b . 2.1: GroBraumige oberflächennah Zirkulation in der Grönlandse (Quelle: Anon. 1987)

Nur die 150-200 m tiefe Oberflächenschich des Ostgrönlandstrom besteht aller- dings aus dieser arktischen Wassermasse (Abb. 2.2). Darunter findet man deutlich höher Temperaturen und Salzgehalte (PIW und AIW), zurückzuführ auf die Zu- mischung von Wasser atlantischen Ursprungs (PAQUETTE et al. 1985). Nur ein Teil des atlantischen Wassers sinkt nämlic nordwestlich von Spitzbergen aufgrund der höhere Dichte a b und dringt in mittleren Tiefen in den Arktischen Ozean ein, ein anderer Teil wird im Bereich der Fram-Straß nach Westen abgelenkt und fließ dann parallel zum polaren Wasser nach Süde (Abb. 2.1). Dabei kommt es zu inten- siven Vermischungsprozessen, die zu einer Abkühlun des räumlic und zeitlich sehr variablen Atlantischen Rückstrom (Return Atlantic Current RAC) und dem Absin- ken des so entstandenen, dichteren Mischwassers (AIW) führen Dieser Wassermas- sentransport ist Teil eines große zyklonischen Wirbels in der Grönlandsee dem Meeresgebiet südlic der Fram-Straße

B SOUTHWARO + NORTHWARD

1000

-

0

A /

3000- ^e -" ₃₀₀₀

FRAM STRAIT

I r

15O 1O0 So 0" E 5" 1O0

A b b . 2,2: Schema der vertikalen Verteilung der Wassermassen in der Fram-Straß (Quelle: Anon. 1987)

Abb. '2.3: Baroklinische Zirkulation der oberilkichennahen Wassermassen iiber der Belgica-Bank (nach BOURKE et al. 1987)

Mit höhere räumliche Auflösun betrachtet wird das oben skizzierte, relativ klare Bild wesentlich komplizierter. Als Folge intensiver Mischungsprozesse zwischen den unterschiedlichen Wassermassen kommt es im Bereich der Polarfront zu dynamischen Phänomene wie dem Rücktranspor atlantischen Wassers in gebündelten schnellen und teilweise mäandrierende Freistrahl-Ströme (PAQUETTE et al. 1985). Die spezielle hydrographische Situation in der Fram-Straß förder in Verbindung mit der Topographie des grönländisch Schelfs und des vorgelagerten Kontinentalab- hangs auch die Bildung von mesoskaligen Wirbeln mit Ausdehnungen von 20-60 km, die sich in Drehsinn und Lebensdauer unterscheiden könne (SMITH et al. 1984).

F à ¼ den Bereich der Belgica-Bank beschrieben BOURKE et al. (1987) eine barokli- nische Zirkulation der oberflächennahe Wassermassen, ein Indiz f à ¼ die Existenz eines solchen Wirbels, dessen Lage von dem die Bank umgebenden Grabensystem bestimmt wird (Abb. 2.3).

Untersuchuneseebiet

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"

Abb. 2.4: Bathymetrie und Verteilung der Bodenwassermas8en im Untersuchungsgebiet

Ein solcher Wirbel sollte zu einem nach Westen und Norden setzenden Einstrom at- lantischen Mischwassers (AIW) i n die grönländisch Gebiete der Fram-Straß führen Hydrographische Profilmessungen währen der "POLARSTERN-Expedition A R K I11 1985 bestätige dies: Währen auf dem flachen Schelfrücke der Belgica- Bank d e r polare Ostgrönlandstro bis auf den Meeresboden reicht, findet man im Osten des Untersuchungsgebiets auf dem tiefen Schelf und am Kontinentalabhang unter einer 120 - 180 m mächtigen kalten Deckschicht Bodenwasser mit positiven Temperaturen (Abb. 2.4). Das Untersuchungsgebiet ist demnach in diesem Bereich hydrographisch nicht von atlantischen Einflüsse isoliert.

2.3 Eis

Eng gekoppelt an die Verteilung der hydrographischen Parameter ist die Ausdeh- nung des Eises in der Fram-Straße Währen die Gewässe westlich Spitzbergens oft auch im Winter eisfrei bleiben, sind die Seegebiete westlich der Polarfront ganzjäh rig mit Eis bedeckt. Dabei handelt es sich um ein- oder mehrjährige Meereis, das durch den Ostgrönlandstro aus dem Arktischen Ozean entlang der grönländisch Küst nach Süde transportiert wird (KOCH 1945). VINJE (1977) hat mit Hilfe von Wettersatellitenphotos monatliche Veränderunge in der Ausdehnung des Meereises währen des Zeitraums von 1966-75 sowie die Geschwindigkeit der Eisdrift be- schrieben. Im Gegensatz zu anderen polaren Gebieten wie zum Beispiel dem Be- ringmeer oder dem antarktischen Weddellmeer unterliegt die Lage der Eiskante ähn lich wie die der Polarfront nur relativ geringen jahreszeitlichen Verschiebungen. Die Schwankungen von Jahr zu Jahr in Abhängigkei von den Witterungsbedingungen sind im Vergleich zur saisonalen Variation bedeutender. Die von VINJE (1977) be- stimmten Geschwindigkeiten der Eisdrift zeigen ein ähnliche Muster wie die der Meeresströmung Sie nehmen nach Süde hin zu (von durchschnittlich 8 c m s ' auf übe 17 cm s'l), die höchste Werte (37 cm s") treten am Ostrand des Ostgrönland Stroms übe dem Kontinentalabhang auf.

A b 2.5: Verteilung des Meereises in der Frarn-StraEe arn 11. Juli 1985 (nach einem Satellitenphoto gezeichnet)

Die Fläche offenen Wassers innerhalb des Treib- bzw. Packeisgebiets könne im Sommer recht groà werden. Der Bedeckungsgrad betrug währen der "Polarstern"- Expedition A R K III/2 1985 im Bereich der Fram-Straß etwa 4/8, darin eingela- gert waren jedoch auch ausgedehnte Gebiete mit dichteren Eispackungen (Abb. 2.5, angefertigt nach einem Satellitenphoto vom 11.07.85). Westlich d e r Treib- und Packeiszone existierte eine breite Polynya. Sie bildet sich regelmäß währen des Spätfrühlin vor der Küst Nordost-Grönland nördlic von 80 N, dehnt sich währen des Sommers nach Süde und Osten aus und kann eine Fläch von bis zu 44000 km2 erreichen (WADHAMS 1981). Dann treten im Ostgrönlandstro zwei großräum ausgeprägt Eisrandzonen auf, eine östlich in der Näh der Polarfront und eine westliche a n der Küstenpolynya Der nördlich Teil der Belgica-Bank lag währen des Untersuchungszeitraums im Bereich der Küstenpolynya

2.4 Biologische Produktion und Sedimentation

Charakteristisch f à ¼ das Produktionsgeschehen in polaren Meeresgebieten wie der Fram-Straß ist der besondere Einfluà zweier Faktoren: ausgeprägt Saisonalitä des Lichtangebots sowie die langdauernde und großräumi Eisbedeckung. Währen des langen Winters ist aufgrund des fehlenden Sonnenlichts überhaup keine photosyn- thetische Primärproduktio möglich währen der allerdings kürzere sommerlichen Phase kann pflanzliches Wachstum aber sogar ganztägig d.h. übe 24 h stattfinden (SMITH et al. 1987). Das Meereis wirkt ambivalent auf Gröà und Verteilung der biologischen Produktion: Zum einen wirkt es hindernd durch die Abdeckung des Sonnenlichts, zum anderen aber fördern durch die Schaffung besonderer hydrogra- phischer Verhältniss im Eisrandbereich (ALEXANDER & NIEBAUER 1981) sowie als Substrat f à ¼ Eisalgen (HORNER 1985).

Währen der sommerlichen Blüte im Eisrandbereich der Fram-Straß werden recht hohe Werte f à ¼ Produktion und Biomasse gefunden. SMITH et al. (1987) geben Ra- ten von maximal 1700 mg C m ^ d l mit einem Mittelwert von 426 mg C m^d"l an.

Bei diesen wie auch bei den meisten anderen Produktivitätsdate handelt es sich al- lerdings nicht um "in situ" gemessene Werte, sondern um potentielle Maximalraten, die i n Inkubationsversuchen bei optimalen Lichtbedingungen ermittelt worden sind.

Die Phyto- und Zooplanktonbiomassen in der "marginal ice zone" der Fram-Straß sind trotz geringerer Nährstoffgehalt vergleichbar mit Werten aus dem antarkti- schen Rossmeer oder Weddellmeer (SMITH et al. 1985). Besonders hohe Phytoplank- tonbiomassen werden von SPIES (1987) aus dem Eisrandbereich der nordostgrönlä

dischen Polynya berichtet.

Kennzeichnend f à ¼ polare, eisbedeckte Meeresgebiete ist die ausgeprägt He- terogenitä in der räumliche und zeitlichen Verteilung der biologischen Produktion:

Gleichzeitig und nur durch geringe Entfernungen getrennt findet SPIES (1987) in der Fram-Straß mehrere Planktongemeinschaften, die sich in Artenspektrum, Entwicklungsstadium, Biomasse und Produktivitä deutlich unterscheiden. Zahlen, die die Produktion großräum und übe länger Zeiträum bilanzieren, sind deshalb nur sehr schwierig abzuschätze und liegen bislang nicht vor.

F à ¼ das Untersuchungsgebiet liegen keine Daten übe Menge, Zusammensetzung und jahreszeitliches Muster der Sedimentation vor. Wie schnell das Absinken der unter- schiedlichen Partikel erfolgt, wieviel organische Substanz den Meeresboden erreicht und wo dies geschieht, ist von vielen Faktoren abhängi (GRAY 1984). In subpo- laren und polaren Gebieten sedimentiert ein relativ große Anteil der im Pelagial produzierten Biomasse ins Benthal und steht somit den Bodentieren als Nahrungs- quelle zur Verfügun (PETERSEN & CURTIS 1980). Bereits sedimentiertes Material kann durch bodennahe Strömunge resuspendiert werden und sich dann in einem anderen Gebiet erneut ablagern. Aufgrund dieser Vorgäng weist das Nah- rungsangebot f à ¼ benthische Organismen wahrscheinlich geringere jahreszeitliche Unterschiede auf als die Primärproduktion

2.5 Meeresboden

Einer der wichtigsten Umweltfaktoren f à ¼ benthische Organismen ist die Beschaf- fenheit des Meeresbodens, vor allem seine Konsistenz (Hart- oder Weichboden), Korngrößenverteilu und Gehalt an organischer Substanz (GRAY 1984). Sie wer- den durch einen Komplex unterschiedlicher Faktoren bestimmt. Dazu gehöre u.a.

die Aktivitä der Bodentiere (Bioturbation), i n flachen, polaren Gewässe auch die direkte Eiseinwirkung, vor allem aber das Muster der bodennahen Meeresströmung Sind die mittleren Geschwindigkeiten relativ hoch, so dominieren großkörni Parti- kel (Sande und Kies) im Sediment, da die feineren Anteile (Tone und Silte) resus-

pendiert und mit der Strömun horizontal verfrachtet werden. Sie sedimentieren bevorzugt in Gebieten mit ruhigerem Wasser, in denen deshalb weiche Böde vor- herrschen.

Seit 1983 findet von der "Polarstern" aus eine intensive geologische Probennahme mit Kastengreifern und Loten in den tiefen Teilen der Fram-Straß und den angrenzen- den Teilen des Europäische Nordmeers statt, um übe eine Analyse der Se- dimentationsgeschichte das Paläoklim und die Paläozeanographi dieser Meeres- gebiete zu beschreiben. Fü die Belgica-Bank und die benachbarten Schelfgebiete gibt es aber noch keine flächendeckend Sedimentkarte. Die Inhalte der Agassiz- Trawlfäng und der wenigen Kastengreifer, die auf der Belgica-Bank und dem davor liegenden Kontinentalabhang im Sommer 1985 gewonnen wurden, lassen fol- gende allgemeine Aussagen zu: Der Meeresboden besteht hier aus vornehmlich toni- gen Sedimenten, ist also zu den Weichböde zu rechnen. Dies gilt besonders f à ¼ die größer Wassertiefen des Kontinentalabhangs und der zentralen Senke auf der Belgica-Bank. Auf dem Schelf selbst sind unterschiedlich groß Zumischungen von sandigem Sediment zu finden. Entscheidender Unterschied ist aber das hier deutlich häufiger Auftreten von "dropstones" (vom Eis verfrachtete Steine) mit Ausmaße von faustgroße Steinen bis zu Findlingen mit 1 m Durchmesser und mehr. Außer dem ergab die Analyse der Unterwasserphotos, da die Beschaffenheit des Meeres- bodens auf der Bank kleinräumi und scharf abgegrenzt von feinem zu sehr grobem Sediment wechseln kann. Auf den tiefergelegenen Stationen dagegen zeigen die Bodenablagerungen nicht diese kleinskalige Fleckenhaftigkeit, sie erscheinen auf den Photos immer als einheitlich weich und arm an Oberflächenstrukturen

Material u n d Methoden

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