Verwendung der Fluoreszenz gefärbter gelöster organischer Substanz zur Verfolgung pazifikischer Wassermassen im östlichen kanadischen Arktisraum

Warum die Farbe des arktischen Wassers wichtig ist

Weit vor der Küste und verborgen unter Meereis verändert der Arktische Ozean stillschweigend das Verhältnis von Süß- und Salzwasser, das das Klima der Erde mitregelt. Diese Studie zeigt, dass das schwache natürliche Leuchten gelöster organischer Substanzen im Meerwasser wie ein unsichtbarer Farbstoff wirken kann und offenlegt, wie gewaltige Mengen relativ frischen Wassers aus dem Pazifik ihren Weg durch das kanadische Arktische Archipel in die Baffin Bay und schließlich in den Nordatlantik finden. Das Verständnis dieser Wege ist wichtig, weil sie marine Ökosysteme, Meereis und sogar die Stärke von Meeresströmungen beeinflussen, die Wärme rund um den Globus umverteilen.

Süßwasser-Autobahnen durch die Arktis

Das Canada Basin nördlich von Alaska und Kanada weist eine geschichtete Wassersäule auf: kaltes, relativ frisches Wasser an der Oberfläche, eine mittlere Schicht pazifischen Ursprungs und darunter tieferes, salzigeres Atlantikwasser. Pazifisches Wasser gelangt durch die schmale Beringstraße in die Arktis und folgt dann zwei Hauptwegen: einem Transpolarzweig, der quer durch das zentrale Arktisbecken in Richtung Framstraße zieht, und einem Alaska-Zweig entlang des Schelfrands der Beaufortsee. Ein Teil dieses Pazikwassers schwenkt in Richtung des kanadischen Arktischen Archipels und tritt durch ein Labyrinth von Fahrwassern und Sundungen aus der Arktis aus — darunter Nansen und Eureka Sounds, die Nares Strait sowie Jones und Lancaster Sounds — bevor es in die Baffin Bay gelangt. Unterwegs mischt es sich mit Flusszuläufen, schmelzendem Meereis und atlantikbeeinflussten Wassern, die durch den Westgrönlandstrom hereingetragen werden.

Natürliche Leuchterscheinung als Tracer

Um dieses wandernde Süßwasser zu verfolgen, nutzten die Forschenden eine Eigenschaft namens Fluoreszenz gefärbter gelöster organischer Substanz (FCDOM). Dieses Material, größtenteils aus abgebauten organischen Verbindungen von arktischen Schelfen und Flusszuflüssen stammend, nimmt Licht auf und emittiert ein schwaches Leuchten, das mit optischen Sensoren messbar ist. Das pazifische Winterwasser im Canada Basin weist bekanntlich ein deutliches subsurfaces FCDOM-Maximum auf, das entsteht, wenn dieses Wasser mit organisch-reichen Sedimenten der flachen Chukchi- und nördlichen Bering-Schelfe in Kontakt kommt. Durch die Kombination von Messungen zu Temperatur, Salzgehalt und FCDOM, die im Sommer 2024 von zwei kanadischen Forschungseisbrechern gewonnen wurden, und deren Vergleich mit früheren Daten eines treibenden, eisverankerten Profilers nutzte das Team dieses FCDOM-Maximum als „Fingerabdruck“, um pazifisch-stämmiges Wasser vom zentralen Arktisbecken in den östlichen kanadischen Arktisraum zu verfolgen.

Was auf den nördlichen Routen passiert

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten zwei Hauptzugänge zur Arktis. Entlang der nordwestlichen Route, durch Nansen und Eureka Sounds und weiter nach Jones Sound, ist der pazifische Fingerabdruck zunächst stark: eine kühle, relativ frische Schicht in etwa 50–180 Metern Tiefe mit einem klaren FCDOM-Maximum. Wenn der Strom jedoch flache Sills und unebenes Meeresbodenprofil überquert, löst starke Gezeitenmischung die Wassersäule auf. Diese vertikale Durchmischung schwächt und verbreitert das FCDOM-Maximum, besonders stromabwärts enger Passagen wie Cardigan Strait und Fram Sound. In Jones Sound und dem nahegelegenen nördlichen Baffin Bay verwischen wirbelnde Wirbel und das Eintreffen von Wasser, das vom Westgrönlandstrom beeinflusst ist, das ursprüngliche pazifische Signal weiter, sodass pazifisches Wasser mithilfe von Temperatur und Salzgehalt allein nur schwer zu identifizieren ist.

Die östliche Route und Vermischung in der Baffin Bay

Entlang der nordöstlichen Route durch die Nares Strait — vom Robeson Channel über das Kane Basin bis zum Smith Sound — bleibt das pazifische Signal länger klarer erhalten. Hier bleibt das subsurface FCDOM-Maximum während des südlichen Flusses erhalten, obwohl eine allmähliche Auffrischung und zusätzliches FCDOM einen zunehmenden Kontakt mit Wasser anzeigen, das durch den Westgrönlandstrom transportiert wird. Wenn das Wasser die nördliche Baffin Bay erreicht, trägt die obere Schicht weiterhin erhöhte FCDOM-Werte, die mit einem pazifischen Abfluss verknüpft werden können; die tieferen Schichten zeigen jedoch einen allmählichen FCDOM-Anstieg mit der Tiefe, wie er typisch ist für Wasser, das lange in der Baffin Bay zirkuliert und sich mit atlantikstammigen Zuflüssen vermischt hat. Messungen quer durch den Lancaster Sound zeigen anschließend, wie diese gemischten Wassermassen teilweise rezirkulieren und sowohl pazifische als auch atlantische Einflüsse zurück in die Baffin Bay tragen.

Was das für die Zukunft bedeutet

Insgesamt zeigt die Studie, dass die natürliche Fluoreszenz gelöster organischer Substanz ein wirkungsvolles Werkzeug ist, um nachzuverfolgen, wie pazifisches Wasser durch die komplexen Fahrwasser der Arktis strömt und wo es sich mit atlantik- und grönlandbeeinflussten Wassern vermischt. Selbst wenn traditionelle Kennzeichen wie Temperatur und Salzgehalt vermischt sind, bleibt der FCDOM-Fingerabdruck oft sichtbar, bis er durch starke Durchmischung über rauem Meeresboden oder durch Interaktion mit dem Westgrönlandstrom aufgezehrt wird. Mit der zunehmenden Verbreitung optischer Sensoren an Bojen, Profilen und Schiffen erlaubt dieser Ansatz den Forschenden, sich ändernde Süßwasserwege in einer sich erwärmenden Arktis zu überwachen und deren Auswirkungen auf Meereis, marine Lebensgemeinschaften und die großskalige Ozeanzirkulation, die das Klima der Erde mitregelt, besser zu verstehen.

Zitation: Dmitrenko, I.A., Stedmon, C.A., Babb, D.G. et al. Using colored dissolved organic matter fluorescence to trace Pacific-derived water in the Eastern Canadian Arctic. Sci Rep 16, 7757 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38848-2

Schlüsselwörter: Umströmung des Arktischen Ozeans, pazifisches Süßwasser, gelöste organische Substanz, Baffin Bay, Kanadisches Arktischen Archipel