Jan-Mayen-Strom

Überblick und Verlauf

Der Jan-Mayen-Strom (englisch Jan Mayen Current, JMC) ist eine ostwärts gerichtete Meeresströmung in der Grönlandsee. Er bildet einen wichtigen Zweig des südwärts fließenden Ostgrönlandstroms und transportiert kaltes, salzarmes arktisches Wasser sowie Meereis in Richtung der Insel Jan Mayen und weiter in die Norwegische See. Dadurch ist er ein wesentlicher Bestandteil der Zirkulation der Nordischen Meere und wichtig für den Austausch von Wasser, Wärme und Süßwasser zwischen Grönlandsee und Norwegischer See.

Der Strom zweigt in der Nähe der nördlich von Jan Mayen gelegenen Jan-Mayen-Bruchzone vom Ostgrönlandstrom ab. Diese Bruchzone durchquert den Mittelozeanischen Rücken und bildet eine bathymetrische, also durch die Form und Tiefe des Meeresbodens bestimmte, Barriere zwischen Grönlandsee und Norwegischer See. Westlich von Jan Mayen grenzt sie Islandsee und Grönlandsee voneinander ab; östlich des Mittelozeanischen Rückens liegt sie an der Grenze zwischen Norwegischem Becken und Lofoten-Becken. Die Topographie der Jan-Mayen-Schwelle lenkt einen Teil der Strömung nach Osten.

Nördlich der Insel liegt der bis zu 2200 Meter tiefe Jan-Mayen-Kanal. Er ist die tiefste Passage zwischen Grönlandsee und Norwegischer See und dient als direkter Transportweg für Zwischen- und Tiefenwasser. Der Jan-Mayen-Strom fließt außerdem in einen zyklonalen, also auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn rotierenden, Wirbel im Grönlandbecken ein.

Aufbau und Wassermassen

Der Jan-Mayen-Strom besitzt ein komplexes vertikales Profil. In den oberen etwa 0–100 Metern verhält sich ungefähr die Hälfte der Strömung wie ein breiter Mäander, also eine große Schleife, des Ostgrönlandstroms. Die andere Hälfte strömt ostwärts und schließt im Süden den Wirbel der Grönlandsee. Unterhalb von 100 Metern löst sich der Mäander auf; dort ist die Strömung überwiegend nach Osten gerichtet. Driftbojen in 500 Metern Tiefe zeigten, dass sie relativ unbeeinflusst ostwärts fließt und schließlich mit dem nordwärts gerichteten Norwegischen Atlantikstrom verschmilzt.

Messungen am Eingang des Jan-Mayen-Kanals von August 2017 bis August 2018 erfassten als wichtigstes Zirkulationsmerkmal einen intensiven, dauerhaften und jetartigen Strom nach Südosten. Sein Zentrum lag in 150 Metern Tiefe am 400-Meter-Tiefenhang. Die maximale mittlere Geschwindigkeit betrug etwa 7 cm/s.

Die Eigenschaften des Wassers entstehen durch die Vermischung polarer und atlantischer Wassermassen. Hauptsächlich befördert der Strom modifiziertes polares Wasser (Modified Polar Water, MPW), das deutlich kühler und salzärmer ist als das warme, salzreiche Wasser des Norwegischen Atlantikstroms. An der Süd- und Ostseite liegt die Jan-Mayen-Front, eine scharfe Grenze zwischen dem kalten, weniger salzhaltigen Wasser der Grönlandsee und dem wärmeren, salzhaltigeren Atlantikwasser des Norwegischen Beckens. Diese Grenzzone ist biologisch häufig sehr produktiv.

Messungen vom November 1994 ergaben südwestlich von Jan Mayen in 150 Metern Tiefe bei etwa 70,5° N einen Salzgehalt von bis zu 34,93; dieses Wasser kam aus der Norwegischen See. Nahe dem Meeresboden wurden bis zu 34,912 gemessen. In den oberen 0–100 Metern lagen die Temperaturen zwischen 0 °C und 3 °C und die Salzgehalte unter 34,8; bis in 500 Meter Tiefe werden Werte bis 34,9 genannt. Vor dem isländischen Kontinentalhang wurde das Gebiet durch arktisches Wasser des Ostisländischen Stroms geprägt.

Transport und Schwankungen

Der Volumentransport des Jan-Mayen-Stroms wird auf etwa 0,5 bis 1,6 Sverdrup geschätzt. Ein Sverdrup (Sv) entspricht 10⁶ m³/s. Damit ist sein Transport deutlich geringer als der des Hauptzweigs des Ostgrönlandstroms, für den Austausch zwischen Grönlandsee und Norwegischer See aber dennoch wichtig.

Stärke und räumliche Ausdehnung verändern sich stark im Jahresverlauf und von Jahr zu Jahr. Entscheidend sind die örtlichen Windverhältnisse, insbesondere die Nordatlantische Oszillation (NAO), eine großräumige Schwankung der atmosphärischen Druckverhältnisse über dem Nordatlantik. Während positiver NAO-Phasen treten über der Grönlandsee tendenziell stärkere Ostwinde auf, die den südwärts gerichteten Transport kalten Wassers verstärken können.

Grönlandsee und Tiefenwasser

Der Jan-Mayen-Strom gehört zum zyklonalen Wirbel des Grönlandbeckens. Dieser entsteht durch das Zusammenspiel von atlantischem Zufluss und arktischem Abfluss und unterstützt den Wärmeaustausch sowie die Umwandlung von Wassermassen. Atlantikwasser wird über Zweige aus der Norwegischen See nach Norden geführt, während kaltes, salzarmes Wasser an der westlichen Grenze nach Süden fließt. Die daraus entstehende Zirkulation gegen den Uhrzeigersinn beeinflusst den regionalen Wärmetransport und die Belüftung des Tiefenwassers.

Die Grönlandsee war historisch ein Gebiet intensiver Tiefenkonvektion. Dabei wird Oberflächenwasser im Winter stark abgekühlt, dichter und sinkt in größere Tiefen. Solche Bedingungen traten besonders in einzelnen sehr kalten Wintern oder mehreren aufeinanderfolgenden kalten Wintern auf. Die 1960er Jahre waren die erste entsprechende Periode seit 1920; Grundlage dieser Einordnung sind meteorologische Beobachtungen auf Jan Mayen seit 1921 und in Stykkishólmur auf Island seit 1823.

Der Strom verteilt zudem Süßwasser aus geschmolzenem Meereis und dem arktischen Export. Dies verändert die Schichtung, also die vertikale Anordnung unterschiedlich dichter Wassermassen. Der Zustrom kühlen Wassers in das Grönlandbecken ist eine Voraussetzung für die dortige Konvektion. Stark abgekühltes und dadurch dichter gewordenes Wasser kann absinken und zur Bildung des Nordatlantischen Tiefenwassers beitragen, das ein Motor der globalen thermohalinen Zirkulation ist.

Der Jan-Mayen-Kanal ist zugleich die tiefste und direkteste Route eines komplexen Systems, durch das Tiefenwasser der Norwegischen See (Norwegian Sea Deep Water, NSDW) in das Norwegische Becken gelangt. NSDW entsteht aus einer Mischung von Tiefenwasser der Grönlandsee (Greenland Sea Deep Water, GSDW) und Wasser aus dem Arktischen Ozean. Als wichtigste Einflussgrößen auf NSDW-Volumen und Kanaltransport gelten die Tiefenkonvektion und die Meereisbedingungen in der Grönlandsee.

Meereis und Umwälzzirkulation

Der Jan-Mayen-Strom transportiert einen Teil des arktischen Meereises. Der Ostgrönlandstrom führt Packeis ab, das etwa 90 Prozent des gesamten arktischen Meereis-Abflusses ausmacht. An der Jan-Mayen-Bruchzone wird ein Teil davon nach Osten gelenkt. Wo das Eis über den Jan-Mayen-Strom mit wärmerem Atlantikwasser zusammentrifft, werden Schmelzen und Zerbrechen des Eises in der Randeiszone gefördert.

Die Eisbedeckung schwankt stark zwischen den Jahreszeiten und einzelnen Jahren. Bei der größten Ausdehnung im März oder April kann Meereis die gesamte westliche Grönlandsee bedecken. Gegen Ende des Sommers ist die östliche Grönlandsee dagegen häufig eisfrei. Der ostwärts gerichtete Transport von Eis und kaltem Wasser beeinflusst diese Verteilung.

Über die Wassermassenbildung ist der Strom auch mit der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation (AMOC) verbunden. Im Grönlandsee-Wirbel trifft das herangeführte kalte, salzarme Oberflächenwasser auf wärmeres, salzreicheres Atlantikwasser. Intensive winterliche Abkühlung erhöht die Wasserdichte. Ist der Salzgehalt ausreichend hoch, kann Tiefenkonvektion einsetzen: Oberflächenwasser sinkt ab und vermischt sich mit tieferen Wassermassen. So entsteht Arktisches Zwischenwasser (Arctic Intermediate Water, AIW), das später in den Nordatlantik gelangt und dort zum Antrieb der AMOC beiträgt.

Der Strom kann die Tiefenkonvektion jedoch auch abschwächen. Sein Süßwassereintrag durch Meereis und salzarmes Wasser stabilisiert unter Umständen die oberflächennahe Dichteschichtung und verhindert dadurch, dass Wasser im Winter tief absinkt. Dieses gegensätzliche Zusammenspiel ist ein wichtiger Grund für die schwankende Wassermassenbildung.

Veränderungen durch den Klimawandel

Die Grönlandsee gilt als Hotspot des Klimawandels. In den vergangenen Jahrzehnten hat sich ihre Tiefenkonvektion abgeschwächt, und auch die Meereisbedingungen haben sich drastisch verändert. Weil beide Faktoren den Tiefenwassertransport bestimmen, wirken sich ihre Veränderungen auf den Jan-Mayen-Strom und den Durchfluss durch den Jan-Mayen-Kanal aus.

Im Wirbel der Grönlandsee wurden in den letzten Jahrzehnten eine fortgesetzte Erwärmung, Versauerung und Sauerstoffanreicherung beobachtet. Diese Entwicklungen könnten sowohl die Eigenschaften als auch die Stärke des Wassertransports durch den Kanal erheblich verändern. Mögliche Folgen betreffen die Belüftung des Tiefenwassers der Norwegischen See und die AMOC. Da sich Tiefenkonvektion und Meereis bereits stark verändert haben und voraussichtlich weiter verändern werden, kann sich damit auch die Rolle des Jan-Mayen-Stroms im Zirkulationssystem der Nordischen Meere wandeln.