Podvodnikov-Becken

Das Podvodnikov-Becken (englisch Podvodnikov Basin) ist ein tiefes ozeanisches Becken im Amerasischen Becken des Arktischen Ozean, das zwischen dem Lomonossow-Rücken im Osten und dem Alpha-Mendelejew-Rückenkomplex im Westen liegt. Es wird im Süden vom Schelfrand der Ostsibirischen See und im Norden vom Makarow-Becken begrenzt. Der Name stammt aus dem russischen Sprachraum, wobei Podvodnikov wohl auf das russische Wort für „Unterwasser“ (подводный podwodny) bzw. „U-Boot-Fahrer“ (экипаж подводной лодки) zurückgeht. Das Becken stellt eine der geologisch komplexesten und am wenigsten verstandenen Strukturen der Arktis dar.^[1]

Das Podvodnikov-Becken hat eine ungefähr dreieckige Form mit einer etwa 600 Kilometer langen Basis, die parallel zum Rand des Schelfs der Ostsibirischen See verläuft, und einem Scheitelpunkt etwa 650 Kilometer weiter nördlich.^[1] Als Teil des versunkenen Kontinentalrandes zeigt das Podvodnikov-Becken typische Merkmale: eine leichte, kaum wahrnehmbare Neigung seines Bodens nach Norden und eine terrassierte Struktur.

Es gibt zwei Terrassen: Die größere südliche Terrasse liegt in 2600 bis 2800 Metern Tiefe und wird im Süden vom inneren Kontinentalhang begrenzt. Die kleinere nördliche Terrasse liegt in 3100 bis 3200 Metern Tiefe und ist durch einen etwa 400 Meter hohen Zwischenhang von der südlichen Terrasse getrennt.^[1] Die terrassierte Struktur des Beckens entstand durch relativ junge tektonische Prozesse, bei denen die Erdkruste gedehnt wurde. Dabei brach die Kruste entlang von Verwerfungen, und einzelne Blöcke sackten stufenweise ab. Das erklärt die beiden Terrassen des Beckens in unterschiedlichen Tiefen.

Das Becken bildet zusammen mit dem Makarow-Becken einen langgestreckten Tiefwasserbereich zwischen dem Lomonossow-Rücken im Osten und dem Alpha-Mendelejew-Rückenkomplex im Westen. Diese beiden Becken sind durch den Rand des Alpha-Rückens voneinander getrennt, wobei das Makarow-Becken die tiefere der beiden Strukturen darstellt, mit Tiefen von 3800 bis 4000 Metern.

Seismische Untersuchungen haben einen komplexen Krustenaufbau des Podvodnikov-Beckens ermittelt. Das etwa 1500 Kilometer lange seismische Refraktions- und Reflexionsprofil der arktischen Forschungsexpedition „TransArctic 1989-1991“, das vom ostsibirischen Schelf nordwärts über das Podvodnikov- und Makarow-Becken verläuft, liefert ein Vier-Schichten-Modell der Kruste:^[2]

Schicht I: Sedimentformationen des späten Mesozoikums und Känozoikums; Schicht II: Ältere Sedimentgesteine auf dem Schelf und möglicherweise auch mafische Vulkanite in den Becken; Schicht III: Kristalline obere Kruste; Schicht IV: Kristalline untere Kruste.

Der ostsibirische Kontinentalrand besitzt eine etwa 40 Kilometer dicke kontinentale Kruste, die hauptsächlich aus den Schichten III und IV besteht, die jeweils etwa 15 Kilometer dick sind. Unter dem Podvodnikov-Becken variiert die Moho-Tiefe von etwa 20 Kilometern unter dem Meeresspiegel an den südlichen und nördlichen Enden bis zu etwa 30 Kilometern im Zentrum unter dem Arlis Gap.^[2]

Integrierte geophysikalische Dateninterpretation und Modellierung klassifizieren die Kruste des Beckens als gedehnte kontinentale Kruste mit einer Dicke der kristallinen Kruste von 10 bis 23 Kilometern.^[1] Etwa 50 Prozent des Podvodnikov-Beckens werden entlang einiger seismischer Profile von gedehnter kontinentaler Kruste des Lomonossow-Rückens unterlagert. Die gedehnte kontinentale Kruste endet westlich des Mendelejew-Rückens, wo sie in dicke magmatische Kruste übergeht.^[3]

Die Sedimentbedeckung des Podvodnikov-Beckens ist in sechs seismo-stratigraphische Komplexe unterteilt, die durch Korrelation mit der ACEX-Bohrung (Arctic Coring Expedition) von 2004 auf dem Lomonossow-Rücken und Explorationsbohrungen auf dem Alaska-Schelf vom späten Perm bis zum Holozän datiert wurden.^[1] Die Sedimentdecke erreicht im Podvodnikov-Becken eine maximale Mächtigkeit von bis zu 8 Kilometern in den östlichen Teilen der südlichen Terrasse, wobei die Gesamtmächtigkeit im zentralen Teil des Beckens etwa 6 Kilometer beträgt.^[1][4]

Seismische Daten am südlichen (Laptewsee-)Ende des Lomonossow-Rückens und den angrenzenden Teilen des Amundsen-Beckens und des Podvodnikov-Beckens zeigen, dass die Sedimentbedeckung auf das Aptium bis Känozoikum, also von vor etwa 125 Millionen Jahren bis zur Gegenwart, datiert wird. Der Sedimentabschnitt wird durch zwei Hauptdiskordanzen unterteilt: eine vom Campanium bis Paläozän und eine vom Oligozän bis frühes Miozän.^[5] Die Sedimentbedeckung enthält ein strukturell kompliziertes Grabensystem, das eine Erweiterung des neusibirischen Systems von Horsten und Gräben darstellt, das auf dem Schelf erkannt wurde. Die Sedimentation begann in den Gräben im Apt-Albium (vor etwa 125 bis 100 Millionen Jahren) und endete mit deren vollständiger Kompensation im Paläozän.

Die Entstehung des Podvodnikov-Beckens wird allgemein als Ergebnis der Dehnung kontinentaler Kruste in Längsrichtung während des späten Mesozoikums interpretiert.^[2] Vereinfacht gesagt: Die Erdkruste wurde auseinandergezogen, wodurch das Becken absank. Die Struktur der südlichen Terrasse des Podvodnikov-Beckens deutet auf zwei Rifting-Episoden hin – im Apt-Alb und in der späten Kreidezeit –, die zu einer erheblichen Dehnung und Ausdünnung der kontinentalen Kruste unter dem Becken führten.^[1]

Das Podvodnikov-Becken bildete sich synchron mit dem Alpha-Mendelejew-Rücken. Dessen Bildung begann mit Rifting und Vulkanismus vor etwa 125 Millionen Jahren und endete vor 100 bis 90 Millionen Jahren. Diese Alter werden durch neue Isotopendatierungen magmatischer Gesteine gestützt.^[6] Die Region, die heute das Amerasische Becken umfasst, befand sich während der Apt-Alb-Zeit in einer intraplattentektonischen Situation.

Große sinistrale Seitenverschiebungen – die Alpha-Chukchi- und Alpha-Mendelejew-Bruchzonen sowie eine vermutete dextrale Podvodnikov-Mendelejew-Bruchzone – entwickelten sich während des Aufbruchs der hypothetischen Arctida-Platte. Die Bildung dieser Bruchzonen trug zur Öffnung der Nautilus-, Makarow- und Podvodnikov-Becken im Barrême bis Campanium bei.^[6]

Seismische Untersuchungen zeigen, dass sich zwischen dem Lomonossow-Rücken und dem Geofizikov-Sporn mehrere Halbgräben befinden, die mit Syn-Rift Formationen, vermutlich kretazischen Alters, gefüllt sind. Auch an der Grenze zwischen Podvodnikov-Becken und Mendelejew-Rücken existiert eine ausgeprägte Abschiebungstektonik mit Abwurfrichtung zum Becken hin.^[1]

Das Podvodnikov-Becken steht in enger geologischer Beziehung zum Lomonossow-Rücken. Die südliche Verlängerung des Lomonossow-Rückens im Bereich der Laptewsee und die angrenzenden Teile des Podvodnikov-Beckens zeigen strukturelle Kontinuität. Der Rücken und das angrenzende Becken weisen ein System von Horsten und Gräben auf, das sich vom Schelf der Neusibirischen Inseln in die Tiefsee fortsetzt.

Die tektonische Struktur des Rückens kann nicht getrennt von den angrenzenden kontinentalen Strukturensembles betrachtet werden.^[5] Es wurde eine klare genetische Beziehung zwischen dem Lomonossow-Rücken und den Strukturen der Schelfregionen festgestellt, was darauf hindeutet, dass der Rücken ein abgetrenntes Fragment des eurasischen Kontinentalrandes darstellt.

Der Rand des Alpha-Mendelejew-Rückens, der das Podvodnikov-Becken vom Makarow-Becken trennt, weist eine Krustendicke von etwa 25 Kilometern auf, die hauptsächlich aus den Schichten III und IV besteht. Das tiefe Makarow-Becken besteht wahrscheinlich aus ozeanischer Kruste von 8 bis 12 Kilometern Dicke, enthält aber auch Ausläufer kontinentaler Kruste, die vom Lomonossow-Rücken abgebrochen wurden.^[2]

Das Podvodnikov-Becken war Gegenstand intensiver russischer geophysikalischer Forschung. Die Daten wurden hauptsächlich von driftenden Eisstationen aus gesammelt, insbesondere von der Station North Pole-28 (NP-28), die 1987–1989 das Becken überquerte.^[7] Diese Station begann ihre Überquerung des Arktischen Ozeans über dem Podvodnikov-Becken bei etwa 81° N, passierte den Nordpol und wurde schließlich über dem Jermak-Plateau nördlich von Spitzbergen aufgegeben.

Im Rahmen des russischen „Arctic Ocean Mega Project“ (AOMP) wurden zwischen 2012 und 2016 umfangreiche seismische Daten gesammelt. Dieses Projekt, das wahrscheinlich das kostenintensivste geowissenschaftliche Projekt in Russland war, konnte nur mit Unterstützung nuklearer Eisbrecher und eines nuklearen Forschungs-U-Boots durchgeführt werden. Mehr als 23.000 Kilometer 2D-Mehrkanal-Seismik und über 4.000 Kilometer Weitwinkel-Refraktions-/Reflexionsseismik wurden erhoben.^[6][8]

Die Natur der Kruste unter dem Podvodnikov-Becken – ob gedehnte kontinentale Kruste oder ozeanische Kruste – bleibt ein Thema wissenschaftlicher Debatten mit weitreichenden geopolitischen Implikationen. Nach Artikel 76 des Seerechtsübereinkommens der Vereinten Nationen (UNCLOS) von 1982 können Küstenstaaten ihre Hoheitsrechte über den Festlandsockel hinaus bis zu 350 Seemeilen von der Basislinie oder bis zu 100 Seemeilen jenseits der 2500-Meter-Isobathe ausdehnen, sofern sie nachweisen können, dass submarine Strukturen eine natürliche Verlängerung ihres Festlandsockels darstellen.^[9]

Russland hat 2001 und in revidierter Form 2015 Anträge bei der UN-Kommission zur Begrenzung des Festlandsockels eingereicht, der unter anderem Ansprüche auf das Podvodnikov-Becken, den Lomonossow-Rücken und den Mendelejew-Rücken umfasst. Die wissenschaftliche Argumentation stützt sich dabei wesentlich auf den Versuch eines Nachweises, dass diese Strukturen auf kontinentaler Kruste ruhen und eine geologische Fortsetzung des sibirischen Kontinentalschelfs darstellen.^[1]

Der Nachweis kontinentaler Kruste im Podvodnikov-Becken ist daher nicht nur von akademischem Interesse, sondern hat konkrete rechtliche und wirtschaftliche Konsequenzen: Er würde Russland souveräne Rechte auf potenzielle Erdöl-, Erdgas- und Mineralressourcen in diesem Gebiet einräumen. Die intensive geophysikalische Erforschung des Beckens seit den 1990er Jahren muss auch vor diesem geopolitischen Hintergrund verstanden werden. Auch andere arktische Anrainerstaaten – Kanada, Dänemark (über Grönland), Norwegen und die USA – haben Anträge auf erweiterte Festlandsockel in der Arktis vorbereitet oder bereiten sie vor, die sich teilweise überschneiden.^[10]

• Kanadabecken
• Makarow-Becken

1. ↑ ^{a b c d e f g h i} Oleg E. Smirnov, Victor V. Butsenko, Yury G. Firsov, Vladimir Yu. Glebovsky, Evgeny A. Gusev, Valery D. Kaminsky, Gennady S. Kazanin, Alexey L. Piskarev, and Victor A. Poselov (2019): Podvodnikov Basin. In: Alexey Piskarev, Victor Poselov, Valery Kaminsky (Hrsg.): Geologic Structures of the Arctic Basin. Springer, Cham. ISBN 978-3-319-77741-2, S. 143–163. DOI:10.1007/978-3-319-77742-9_5.
2. ↑ ^{a b c d} Nina N. Lebedeva-Ivanova, D. G. Gee, M. B. Sergeyev (2011): Crustal structure of the East Siberian continental margin, Podvodnikov and Makarov basins, based on refraction seismic data (TransArctic 1989–1991). In: Geological Society, London, Memoirs, Band 35, S. 395–411. DOI:10.1144/M35.26. ISBN 978-1-86239-328-8.
3. ↑ Wilfried Jokat, Michele Ickrath (2015): Structure of ridges and basins off East Siberia along 81°N, Arctic Ocean. In: Marine and Petroleum Geology, Band 64, S. 222–232. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2015.02.047.
4. ↑ Nina N. Lebedeva-Ivanova, Yury Ya. Zamansky, Aldona E. Langinen, Michael Yu. Sorokin (2006): Seismic profiling across the Mendeleev Ridge at 82°N: evidence of continental crust. In: Geophysical Journal International, Band 165, Ausgabe 2, S. 527–544. DOI:10.1111/j.1365-246X.2006.02859.x.
5. ↑ ^{a b} P. V. Rekant, E. A. Gusev (2012): Seismic geologic structure model for the sedimentary cover of the Laptev Sea part of the Lomonosov Ridge and adjacent parts of the Amundsen Plain and Podvodnikov Basin. In: Russian Geology and Geophysics, Band 53, S. 1150–1162. DOI:10.1016/j.rgg.2012.09.003.
6. ↑ ^{a b c} Anatoly M. Nikishin, Eugene I. Petrov, Sierd Cloetingh, Andrey V. Korniychuk, Andrey F. Morozov, Oleg V. Petrov, Viktor A. Poselov, Alexey V. Beziazykov, Sergey G. Skolotnev, Nikolay A. Malyshev, Vladimir E. Verzhbitsky, Henry W. Posamentier, Sergey I. Freiman, Elizaveta A. Rodina, Ksenia F. Startseva, Nikolay N. Zhukov (2021): Arctic Ocean Mega Project: Paper 1 - Data collection. In: Earth-Science Reviews, Band 217 (2021), 103559. DOI:10.1016/j.earscirev.2021.103559.
7. ↑ A. E. Langinen, N. N. Lebedeva-Ivanova, D. G. Gee, Yu. Ya. Zamansky (2009): Correlations between the Lomonosov Ridge, Marvin Spur and adjacent basins of the Arctic Ocean based on seismic data. In: Tectonophysics, Band 472, S. 309–322. DOI:10.1016/j.tecto.2008.05.029.
8. ↑ Anatoly Nikishin, EugenePetrov, Sierd Cloetingh, Nikolai Malyshev, Andrey Morozov, Henry Posamentier, Vladimir Verzhbitsky, Sergei Freiman, Elizaveta Rodina, K. Aleshina, Nikolay Zhukov (2021): Arctic ocean mega project: Paper 2 – Arctic stratigraphy and regional tectonic structure. In: Earth-Science Reviews. Band 217, 103581. DOI:10.1016/j.earscirev.2021.103581.
9. ↑ UN (United Nations) (1982): United Nations Convention on the Law of the Sea (UNCLOS). Montego Bay. PDF.
10. ↑ Michael Byers (2013): International Law and the Arctic. Cambridge University Press. 2013. ISBN 978-1-107-33744-2. DOI:10.1017/CBO9781107337442.