Jan-Mayen-Strom

Der Jan-Mayen-Strom (englisch Jan Mayen Current, JMC) ist eine ostwärts gerichtete Meeresströmung in der Grönlandsee, die einen wichtigen Zweig des Ostgrönlandstroms darstellt und kaltes, salzarmes arktisches Wasser sowie Meereis vom Ostgrönlandstrom in Richtung der namensgebenden Jan-Mayen-Insel und weiter in die Norwegische See transportiert. Der Strom spielt eine zentrale Rolle für den Wasser-, Wärme- und Süßwasseraustausch zwischen der Grönlandsee und der Norwegischen See und ist ein wesentlicher Bestandteil des Zirkulationssystems der Nordischen Meere.^[1][2]

Der Jan-Mayen-Strom zweigt vom Ostgrönlandstrom ab, der entlang der grönländischen Kontinentalhänge nach Süden strömt. In der Nähe der Jan-Mayen-Bruchzone (Jan Mayen Fracture Zone – siehe Grafik), die sich nördlich der Jan-Mayen-Insel befindet, spaltet sich ein Teil der Strömung ab und wird durch die Topographie der Jan-Mayen-Schwelle nach Osten gelenkt.^[1][3] Die Jan-Mayen-Bruchzone verläuft quer durch den Mittelozeanischen Rücken und bildet eine wichtige bathymetrische Barriere, die die Grönlandsee von der Norwegischen See trennt. Westlich von Jan Mayen bildet sie die Grenze zwischen der Islandsee und der Grönlandsee, während sie östlich des Mittelozeanischen Rückens auf der Grenze zwischen dem Norwegischen Becken und dem Lofoten-Becken liegt.^[4]

Der Jan-Mayen-Kanal (Jan Mayen Channel), der sich nördlich der Jan-Mayen-Insel befindet, stellt mit einer Tiefe von bis zu 2200 Metern die tiefste Passage zwischen der Grönlandsee und der Norwegischen See dar.^[5] Der Jan-Mayen-Strom nutzt diesen Kanal als direkten Transportweg für Zwischen- und Tiefenwasser aus der Grönlandsee in die Norwegische See.

Durch die Jan-Mayen-Bruchzone gebunden, fließt der Jan-Mayen-Strom in einen zyklonalen Wirbel im Grönlandbecken ein. Ein Teil des polaren Oberflächenwassers aus dem Ostgrönlandstrom wird an der Jan-Mayen-Bruchzone ostwärts abgelenkt und bringt kaltes polares Wasser und Eis über den Jan-Mayen-Strom in Richtung Jan Mayen und weiter in die Norwegische See.^[2]

Ozeanographische Messungen haben gezeigt, dass der Jan-Mayen-Strom ein komplexes vertikales Profil aufweist. In den oberen Schichten (etwa 0–100 m) verhält sich etwa die Hälfte des Stroms wie ein breiter Mäander des Ostgrönlandstroms, während die andere Hälfte ostwärts fließt, um den Wirbel in der Grönlandsee (Greenland Sea Gyre) im Süden zu schließen.^[1][6] In tieferen Schichten (> 100 m) löst sich der Mäander auf, und die Strömung wird überwiegend ostwärts gerichtet. Driftbojen-Beobachtungen in 500 Metern Tiefe bestätigen, dass der Strom relativ unbeeinflusst nach Osten fließt und schließlich mit dem nordwärts fließenden Norwegischen Atlantikstrom verschmilzt.

Hochauflösende Verankerungsbeobachtungen von August 2017 bis August 2018 am Eingang des Jan-Mayen-Kanals haben gezeigt, dass das Hauptmerkmal der Zirkulation ein intensiver und permanenter südostwärts gerichteter jetartiger Strom ist, der in 150 Metern Tiefe zentriert ist und am 400-Meter-Tiefenhang liegt.^[6] Die maximale mittlere Strömungsgeschwindigkeit beträgt etwa 7 cm/s.

Die physikalischen Eigenschaften des Jan-Mayen-Stroms sind durch die Vermischung polarer und atlantischer Wassermassen geprägt. Der Strom transportiert primär modifiziertes polares Wasser (Modified Polar Water, MPW). Dieses ist im Vergleich zu den warmen, salzreichen Wassermassen des Norwegischen Atlantikstroms deutlich kühler und weist einen geringeren Salzgehalt auf.^[1] An der Süd- und Ostseite des Jan-Mayen-Stroms bildet sich die Jan-Mayen-Front. Diese ozeanische Front markiert die scharfe Grenze zwischen dem kalten, weniger salzhaltigen Wasser der Grönlandsee und dem wärmeren, salzhaltigeren Atlantikwasser des Norwegenbeckens.^[7] Diese Grenzzone ist biologisch oft hochproduktiv.

Messungen von November 1994 zeigten, dass die Gewässer im Bereich südwestlich von Jan Mayen in den oberen Schichten Salzgehalte von bis zu 34,93 in 150 Metern Tiefe um 70,5° N aufwiesen. Dieses Wasser strömte aus der Norwegischen See ein. Die Salzgehalte im Tiefenwasser waren relativ hoch und erreichten nahe dem Boden bis zu 34,912.^[4]

Die Temperaturen in der oberen Schicht (0–100 m) lagen zwischen 0 °C und 3 °C, mit Salzgehalten unter 34,8 und darunter bis 34,9 bis in 500 Meter Tiefe. Die arktischen Gewässer des Ostisländischen Stroms charakterisierten den Bereich vor dem isländischen Kontinentalhang.

Die Intensität des Jan-Mayen-Stroms wurde auf etwa 0,5 bis 1,6 Sverdrup (Sv; 1 Sv = 10⁶ m³/s) geschätzt.^[8] Diese Transporte sind erheblich niedriger als die des Hauptzweigs des Ostgrönlandstroms, spielen aber eine wichtige Rolle für den Austausch zwischen der Grönlandsee und der Norwegischen See.

Die Stärke und Ausdehnung des Stroms unterliegen starken saisonalen und interannuellen Schwankungen, die maßgeblich von den lokalen Windverhältnissen, insbesondere der Nordatlantischen Oszillation (NAO), gesteuert werden.^[6] Während positiver NAO-Phasen werden tendenziell stärkere Ostwinde über der Grönlandsee beobachtet, die den südwärts gerichteten Transport des kalten Wassers verstärken können.

Der Jan-Mayen-Strom ist ein wichtiger Transportweg für das Tiefenwasser der Norwegischen See (Norwegian Sea Deep Water, NSDW), das aus einer Mischung von Tiefenwasser aus der Grönlandsee (Greenland Sea Deep Water, GSDW) und dem Arktischen Ozean gebildet wird. Das NSDW tritt durch ein komplexes Mehrfach-Durchlass-Abflusssystem in das Norwegische Becken ein, zu dem der Jan-Mayen-Kanal als tiefste und direkteste Route gehört.^[3]

Zwei Schlüsselfaktoren wurden klassischerweise bei der Untersuchung der Variabilität im Volumen des NSDW und des Transports durch den Kanal berücksichtigt: (a) die Variabilität der Tiefenkonvektion in der Grönlandsee und (b) die Meereisbedingungen in der Grönlandsee.^[9] Beide Faktoren haben sich in jüngster Zeit drastisch verändert und werden sich voraussichtlich in Zukunft weiter verändern, da die Grönlandsee als Hotspot des Klimawandels gilt.^[10]

Der Jan-Mayen-Strom ist ein integraler Bestandteil des zyklonalen Wirbels im Grönlandbecken (Greenland Sea gyre). Dieser Wirbel wird durch die Interaktion von atlantischem Zufluss und arktischem Abfluss angetrieben und erleichtert den Wärmeaustausch und die Wassermassen-Transformation. Die Wirbelzirkulation zieht Atlantikwasser nordwärts über Zweige aus der Norwegischen See, während kalte, salzarme Gewässer südwärts entlang der westlichen Grenze fließen und ein gegen den Uhrzeigersinn gerichtetes Muster bilden, das den regionalen Wärmetransport und die Tiefenwasserbelüftung beeinflusst.

Die Grönlandsee war historisch ein Gebiet intensiver Tiefenkonvektion, insbesondere in kalten Wintern oder in Perioden mit mehreren aufeinanderfolgenden kalten Wintern. Die 1960er Jahre waren die erste Periode, in der diese Bedingungen seit 1920 wieder auftraten, was durch meteorologische Beobachtungen auf Jan Mayen seit 1921 und in Stykkishólmur, Island, seit 1823 bestätigt wird.^[4]

Durch den Transport von polarem Wasser trägt der JMC zur Verteilung von Süßwasser (aus geschmolzenem Meereis und Arktis-Export) in den Nordischen Meeren bei, was direkte Auswirkungen auf die Schichtung der Wassersäule hat.^[6] Der Einstrom von kühlem Wasser in das Grönlandbecken ist eine Voraussetzung für die dortige Konvektion. Wenn dieses Oberflächenwasser im Winter stark abkühlt, nimmt seine Dichte zu, woraufhin es absinkt und zur Bildung des Nordatlantischen Tiefenwassers beiträgt – ein Motor der globalen thermohalinen Zirkulation.^[5][11]

Der Jan-Mayen-Strom spielt eine wichtige Rolle beim Transport von Meereis aus dem Arktischen Ozean. Das vom Ostgrönlandstrom exportierte Packeis, das etwa 90 Prozent des gesamten arktischen Meereseis-Abflusses ausmacht, wird teilweise durch die Jan-Mayen-Bruchzone ostwärts abgelenkt. Die Interaktion mit wärmerem Atlantikwasser über den Jan-Mayen-Strom fördert das Schmelzen und die Fragmentierung des Meereises in der Randeiszone (Marginal Ice zone).

Die Eisbedeckung in der Grönlandsee variiert erheblich saisonal und zwischenjährlich. Während der maximalen Eisausdehnung (März/April) kann Meereis die gesamte westliche Grönlandsee bedecken, während gegen Ende des Sommers in der östlichen Grönlandsee oft eisfreie Bedingungen vorherrschen. Der Jan-Mayen-Strom beeinflusst diese Verteilung durch den ostwärts gerichteten Transport von kaltem Wasser und Eis.^[12]

Mit seiner Bedeutung für die Wassermassenbildung in der Grönlandsee ist der Jan-Mayen-Strom eine Schlüsselkomponente auch für die atlantische meridionale Umwälzzirkulation (AMOC): Der Strom führt kaltes, salzarmes Wasser in das Grönlandsee-Wirbelgebiet.^[13][5] Hier kommt das leichte Oberflächenwasser in Kontakt mit wärmerem, salzreicherem Atlantikwasser. Durch intensive Abkühlung im Winter erhöht sich die Dichte des Wassers. Dieser Prozess kann, insbesondere wenn der Salzgehalt ausreichend hoch ist, zur Tiefenkonvektion führen, bei der das Oberflächenwasser absinkt und sich mit tieferen Wassermassen vermischt. Auf diese Weise bildet sich das Arktische Zwischenwasser (Arctic Intermediate Water, AIW), das später in den Nordatlantik exportiert wird und dort zum Antrieb der AMOC beiträgt.^[13][8] Der vom Jan-Mayen-Strom herangeführte Süßwassereintrag (durch Eis und salzarmes Wasser) kann die oberflächennahe Dichteschichtung in der Grönlandsee jedoch auch stabilisieren und damit die tiefe Winterkonvektion unterdrücken – ein entscheidender Faktor für die Variabilität der Wassermassenbildung.^[14]

Die Grönlandsee und der Jan-Mayen-Strom unterliegen erheblichen Veränderungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel. Die Tiefenkonvektion in der Grönlandsee hat sich in den letzten Jahrzehnten abgeschwächt, und die Meereisbedingungen haben sich drastisch verändert.^[13][9] Die Grönlandsee wird als Hotspot des Klimawandels betrachtet.^[14]

Diese Veränderungen haben Auswirkungen auf die Bildung und den Transport von Tiefenwasser durch den Jan-Mayen-Strom. In den letzten Jahrzehnten wurde eine fortgesetzte Erwärmung, Versauerung und Sauerstoffanreicherung des Grönlandsee-Wirbels beobachtet.^[9] Diese Trends könnten die Eigenschaften und die Intensität des Wassertransports durch den Jan-Mayen-Kanal erheblich beeinflussen und damit auch die Ventilation des Tiefenwassers der Norwegischen See und die atlantische meridionale Umwälzzirkulation (AMOC).

• Norwegischer Atlantikstrom
• Grönlandstrom
• Ostislandstrom

1. ↑ ^{a b c d} Robert H. Bourke, Robert G. Paquette, Robert F. Blythe (1992): The Jan Mayen Current of the Greenland Sea. In: Journal of Geophysical Research, Band 97, Ausgabe C5, S. 7241–7250. DOI:10.1029/92JC00150.
2. ↑ ^{a b} Bert Rudels, Hans J. Friedrich, Detlef Quadfasel (1999): The Arctic Circumpolar Boundary Current. In: Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, Band 46 (1999), Ausgaben 6–7, S. 1023–1062. DOI:10.1016/S0967-0645(99)00015-6.
3. ↑ ^{a b} Bogi Hansen, Svein Østerhus (2000): North Atlantic–Nordic Seas exchanges. In: Progress in Oceanography, Band 45, Ausgabe 2, S. 109–208. DOI:10.1016/S0079-6611(99)00052-X.
4. ↑ ^{a b c} J. Blindheim, V. Borovkov, B. Hansen, S.-Aa. Malmberg, W.R. Turrell, S. Østerhus (2000): Upper layer cooling and freshening in the Norwegian Sea in relation to atmospheric forcing. In: Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, Band 47 (2000), Ausgabe 4, S. 655–680. DOI:10.1016/S0967-0637(99)00070-9.
5. ↑ ^{a b c} Svein Østerhus, Tor Gammelsrød (1999): The abyss of the Nordic Seas is warming. In: Journal of Climate, Band 12, Ausgabe 11, S. 3297–3304. DOI:10.1175/1520-0442(1999)012<3297:TAOTNS>2.0.CO;2.
6. ↑ ^{a b c d} V. Pellichero, C. Lique, N. Kolodziejczyk, K. Balem (2023): Structure and Variability of the Jan Mayen Current in the Greenland Sea Gyre From a Yearlong Mooring Array. In: Journal of Geophysical Research: Oceans, Band 128, Ausgabe 11, e2022JC019616. DOI:10.1029/2022JC019616.
7. ↑ Gereon Budéus, Wolfgang Schneider, Gunther Krause (1998): Winter convective events and bottom water warming in the Greenland Sea. In: Journal of Geophysical Research: Oceans, Band 103, Ausgabe C9, S. 18513–18527. DOI:10.1029/98JC01301.
8. ↑ ^{a b} Qiang Wang, Claudia Wekerle, Xuezhu Wang, Sergey Danilov, Nikolay Koldunov, Dmitry Sein, Dmitry Sidorenko, Wilken-Jon von Appen, Thomas Jung (2021): Intensification of the Atlantic Water supply to the Arctic Ocean through Fram Strait induced by Arctic sea ice decline. In: Geophysical Research Letters, Band 47, Ausgabe 3, e2019GL086682. DOI:10.1029/2019GL086682.
9. ↑ ^{a b c} Siv K. Lauvset, Ailin Brakstad, Kjetil Våge, Are Olsen, Emil Jeansson & Kjell Arne Mork (2018): Continued warming, salinification and oxygenation of the Greenland Sea gyre. In: Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography, Band 70, Ausgabe 1, S. 1–9. DOI:10.1080/16000870.2018.1476434.
10. ↑ Camille Lique & Matthew D. Thomas (2018): Latitudinal shift of the Atlantic Meridional Overturning Circulation source regions under a warming climate. In: Nature Climate Change, Band 8, S. 1013–1020. DOI:10.1038/s41558-018-0316-5.
11. ↑ John Marshall, Friedrich Schott (1999): Open-ocean convection: Observations, theory, and models. In: Reviews of Geophysics, Band 37, Ausgabe 1, S. 1–64. DOI:/10.1029/91RG02739.
12. ↑ Josefino C. Comiso, Peter Wadhams, Leif Toudal Pedersen, Robert A. Gersten (2001): Seasonal and interannual variability of the Odden ice tongue and a study of environmental effects. In: Journal of Geophysical Research, Band 106, Ausgabe C5, S. 9093–9116. DOI:10.1029/2000JC000204.
13. ↑ ^{a b c} Ailin Brakstad, Kjetil Våge, Lisbeth Håvik, G. W. K. Moore (2019): Water mass transformation in the Greenland Sea during the period 1986–2016. In: Journal of Physical Oceanography, Band 49, Ausgabe 1, S. 121–140. DOI:10.1175/JPO-D-17-0273.1.
14. ↑ ^{a b} Camille Lique, Marika M. Holland, Yonas B. Dibike, David M. Lawrence, James A. Screen (2015): Modeling the Arctic freshwater system and its integration in the global system: Lessons learned and future challenges. In: Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, Band 121, Ausgabe 3, S. 540–566. DOI:10.1002/2015JG003120.