Unterwasser-Canyons

14.5.2018 Unterwasser-Canyons
www.scinexx.de
Das Wissensmagazin
Bathym etrische Karte des Nazaré-Canyons vor der Küste Portugals
© HERMES
Unterwasser-Canyons
Riesen-Schluchten am Kontinentalrand Europas
Er ist tiefer als der Grand Canyon, unzugänglicher als der Mount Everest und noch
immer kaum erforscht: Der Nazaré-Canyon ist Europas tiefste und längste
Schlucht. Doch er liegt nicht in einem Gebirge, sondern im Ozean: Vor der Küste
Portugals schneidet er eine 210 Kilometer lange und bis in 4.300 Meter Tiefe
reichende Kerbe in den Meeresboden. Er ist aber nur einer von vielen
Unterwasser-Canyons am Sockel unseres Kontinents.
Rund um die Schelfgebiete Europas haben sich Unterwasser-Schluchten tief in die
Ozeanhänge eingegraben, auch entlang der Sockel der anderen Kontinente finden
sie sich. Einige scheinen die Betten großer Flüsse wie des Amazonas oder des Nils ins
Meer hinein zu verlängern, andere schneiden scheinbar aus dem Nichts kommend
den Kontinenthang ein. Wie aber sind diese Unterwasser-Canyons entstanden? Und
welche Rolle spielen sie heute für die Dynamik aber auch Ökologie der
Unterwasserwelt rund um unsere Kontinente? Antworten auf diese Fragen haben
Forscher erst in den letzten Jahren begonnen zusammenzutragen. Die Welt dieser
und anderer Unterwasser-Canyons ist bisher alles andere als gut erforscht.
Giganten unter dem Meer
Was macht die Unterwasser-Canyons so besonders?
Lägen sie an Land, würden sie auch die eindrucksvollsten Landschaften noch an
Dramatik überbieten: Denn die Tiefsee-Canyons gehören mit zu den größten
Einschnitten in der Kruste unseres Planeten. Sie sind hunderte von Kilometern lang
und bis zu 2.600 Meter tief in den Meeresboden eingegraben. In ihnen stürzen
Sediment und Wasser teilweise mit rasender Geschwindigkeit vom flachen
Schelfsockel bis in die Tiefsee hinab. Die Wände der gigantischen Schluchten sind
dabei hochaufragend und steil, oft sogar überhängend.
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14.5.2018 Unterwasser-Canyons
Zerklüftete Landschaft im
Mittelteil des Nazaré-
Canyons vor Portugal
© HERMES
Kontinentalabhänge gezielt zu erkunden.
Obwohl sie mit diesen Dimensionen eigentlich kaum zu
übersehen sein sollten, blieben die Unterwasser-Canyons
dank ihrer Lage unter hunderten von Metern Wasser
lange Zeit unentdeckt und unerforscht. Seeleute hatten
bei Tiefenmessungen mit dem Senkblei zwar erste
Hinweise auf Einschnitte im europäischen und
nordamerikanischen Schelf gefunden. Aber erst das Sonar
und andere moderne Vermessungstechnologien haben
enthüllt, wie zahlreich, vielfältig und vielgestaltig die
Tiefsee-Canyons tatsächlich sind. Ferngesteuerte oder
autonome Tauchroboter ermöglichen es Forschern heute
erstmals, die Unterwasserlandschaften entlang der
Entdeckung vor Mauretanien
Obwohl der Meeresgrund vor allem in Küstennähe
inzwischen eigentlich ausgiebig kartiert sein müsste,
werden auch heute noch immer wieder neue Canyons
entdeckt. So erst im Jahr 2003 vor der Küste
Mauretaniens: Damals waren Wissenschaftler des marum
- Zentrum für marine Umweltwissenschaften in Bremen auf
einer Expedition mit dem Forschungsschiff "Meteor"
unterwegs, um den Meeresboden vor der mauretanischen
Atlantikküste zu vermessen. Vor dem Cap Timiris meldete
ihr Sonar etwas, das auf keiner ihrer Karten verzeichnet
war, eine gewaltige, mäandrierende Schlucht im
Meeresgrund. "Selbst auf neuesten Karten war dort, wo
wir auf den Canyon stießen, bislang nur großflächig
ebener Meeresboden verzeichnet", berichtete
Expeditionsleiter Horst Schulz vom marum.
Der Cap Tim iris Canyon
besitzt Uferwälle und
Altarm e
© marum - Zentrum für
marine
Umweltwissenschaften
In unzähligen Windungen schlängelte sich der Canyon von der flachen Küste aus 200
Kilometer weit hinaus in Richtung atlantische Tiefsee. Noch in Wassertiefen von mehr
als 3.000 Metern konnten die Wissenschaftler die tiefe Schlucht im Meeresboden
verfolgen. "Der Cap Timiris Canyon erinnert in vieler Beziehung an den Rhein", sagt
Schulz. Ähnlich wie ein Fluss beginne der Canyon im Oberlauf schmal und tief
eingeschnitten und weite sich nach unten hin immer mehr. Am Fuß des
Kontinentalhangs sei der Canyon etwa zwei bis drei Kilometer breit und schneide
sich noch immer etwa 300 Meter tief in seine Umgebung ein.
Mäander wie der Rhein
zeichnen den Cap Tim iris
Canyon vor Mauretanien
aus
© marum - Zentrum für
marine
Umweltwissenschaften
Mäander, Altarme und Uferwälle
Und auch in anderen Aspekten gleicht die unterseeische
Schlucht verblüffend den Formationen, die man von
Flüssen her kennt: Neben den Mäandern fanden die
Forscher auch abgeschnittene Altarme, vielfältige
Verzweigungen, einen Wechsel von steileren zu flacheren
Canyonbereichen, aber auch Uferwälle am Canyonrand.
Auch die gesamte Länge ist durchaus mit dem Rhein
vergleichbar, denn zu den bisher kartierten untersuchten
gut 200 Kilometern kommen noch mindestens 500 bis 600
noch nicht erforschte Kilometer auf dem Weg bis in die
Tiefsee hinzu, wie die Forscher berichten.
"Eigentlich ist es kaum zu glauben, dass auf unserem
Planeten noch so große, bislang unentdeckte Objekte zu
finden sind", resümiert Schulz. Doch genau dies ist
offensichtlich der Fall. Und von den Canyons, die bereits
auf Karten verzeichnet sind, kennt man heute oft nur wenig mehr als ihre Lage und
Form.
Killerwellen an der Unterwasser-Schlucht
Das Geheimnis des Nazaré-Canyons
Der bisher größte bekannte Unterwasser-Canyon Europas ist ein echter Geheimtipp -
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14.5.2018 Unterwasser-Canyons
für Wellenreiter. Denn die besondere Topografie des Nazaré-Canyons produziert,
wenn Wind und See günstig sind, echte "Killerwellen". Knapp 30 Meter hoch türmt
sich das Wasser vor der Küste von Praia do Norte dann auf. Wie diese Giganten
zustande kommen, hat der Wellenreiter Garrett McNamara gemeinsam mit Forschern
des portugiesischen Hydrografischen Instituts erst in den letzten Jahren genauer
untersucht.
Der Nazaré-Canyon zieht
sich wie ein Trichter vom
Schelf in die Tiefsee
© Instituto Hidrografico
Trichter im Schelf
Der Nazaré-Canyon beginnt weniger als einen Kilometer
vom Strand entfernt, in einer Bucht nahe dem kleinen Ort
Nazaré, und läuft dann 210 Kilometer weit ins Meer
hinaus. Dort, in der Tiefsee, am unteren Ende des
Kontinentalhangs, liegt er unter 4.300 Metern Wasser und
schneidet noch einmal bis in 5.000 Meter Tiefe in den
Untergrund. Im oberen, auf dem Schelf liegenden Bereich
ist die Schlucht V-förmig eingekerbt und weniger als 100
Meter breit. Weiter unten ändert sich dies jedoch: Ihr
Querschnitt wird jetzt u-förmig und weiter sich bis auf 7,5
Kilometer Breite. Damit gleicht der Nazaré-Canyon einer
Art Trichter, von der Tiefsee bis fast unmittelbar an die
Küste führt.
Und genau diese Form ist auch der Schlüssel für die
"Killerwellen", wie die Ozeanografen mit Hilfe von
Radaranalysen der Wellenfronten feststellten: Wird das
Wasser von Wind und Gezeiten vom Meer in Richtung
Land gedrückt, prallen die Wassermassen in der Nähe der
Küste an den nördlichen Rand der Unterwasserschlucht.
"Die sich plötzlich veränderte Topografie in der Kopfregion
des Canyons bewirkt eine Verformung der Wellenfront
und bricht sie", erklärt Louis Quaresma vom
Hydrografischen Institut. Die Wellen werden gebrochen
und dabei fokussiert und türmen sich so höher auf als
zuvor. Der Canyon wirkt quasi wie ein gewaltiger
Verstärker.
Die steilen Wände des
oberen Canyonteils
brechen die Wellen
© HERMES
Topografie im untern
Bereich des Nazaré-
Canyons
© HERMES
Absturz in die Tiefe
Aber nicht nur an der Wasseroberfläche, auch weit
darunter setzt die besondere Topografie des Canyons
gewaltige Energien frei. Denn die in den Unterwasser-
Schluchten bergab stürzenden Sedimente können
Geschwindigkeiten von bis zu 100 Stundenkilometern
erreichen, wie Forscher errechneten. Wie eine Art großer
Staubsauger reißen diese Ströme alle Hindernisse und
jede Menge Material mit sich in die Tiefe. Im Nazaré-
Canyon zeugen große Gesteinsbrocken in dessen
Mittellauf von der Kraft des stürzenden Wassers. Selbst
120 Kilometer von der Küste entfernt, im flacher
auslaufenden Teil des Canyons finde man noch Brocken von bis zu einem Meter
Größe, berichten Wissenschaftler des HERMES-Projekts (Hot Ecosystem Research on
the Margins of the European Seas), die im Jahr 2007 den Canyon mittels
Tauchrobotern näher erforschten.
Aber wie ist diese gewaltige Unterwasser-Schlucht entstanden?
Eiszeit, Flüsse, Kontinentsprünge
Wie entstanden die Unterwasser-Canyons?
Beim Grand Canyon und anderen Schluchten an Land ist klar, was sie schuf: Die
erodierende Kraft des Wassers, das über Tausende oder sogar Millionen von Jahren
ein Flussbett immer tiefer in den Untergrund einkerbte. Aber wie ist das mit den
Canyons unter Wasser?
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Der Canyon vor der
Mündung des Congo setzt
das Bett des Flusses fort
© NASA, Mikenorton/ccby-sa
3.0
War die Eiszeit schuld?
Zumindest einige von ihnen scheinen tatsächlich dem Lauf
großer Flüsse bis ins Meer hinein fortzusetzen. So gibt es
vor der Mündung von Amazonas, Kongo, Ganges oder
Hudson jeweils eine Unterwasserschlucht, die sich bis
weit ins Meer hinaus erstreckt. Unter anderem wegen
dieser Beobachtung sahen Geoforscher in den 1930er
Jahren hier einen ursächlichen Zusammenhang. Damals
wusste man bereits, dass die Meeresspiegel während der
letzten Eiszeit vor rund 15.000 Jahren mehr als 100 Meter
niedriger lagen als heute. Als Folge lagen weite Bereiche
der heute überfluteten Kontinentalschelfe trocken. Um das
Meer zu erreichen, mussten daher auch die Flüsse einen
weiteren Weg zurücklegen, naheliegend also, dass ihr
damals verlängertes Bett Spuren im Schelfuntergrund hinterlassen hatte.
Allerdings hatte diese Theorie einen Haken: Zum einen kannte man auch damals
schon einige Unterwasser-Canyons, die nicht in der Nähe einer Flussmündung lagen.
An einigen Stellen bildeten die Schluchten gleich mehrere parallele, senkrecht zum
Kontinenthang verlaufende Schnitte im Untergrund. Zum anderen aber reichten die
Canyons teilweise bis in mehrere tausend Meter Tiefe - und damit in einen Bereich,
der auch bei der stärksten Eiszeit noch überschwemmt gewesen muss. Wie also
waren die Schluchten dahin gekommen?
Erst hoch dann runter
Die Geoforscher der 1930er Jahre suchten verzweifelt
nach einer Erklärung. Einige von ihnen fanden auch eine -
wenngleich reichlich weit hergeholt, wie auch der Geologe
Reginald Daily 1936 in einer Veröffentlichung
kommentierte: "Die vorherrschende Lehrmeinung
erfordert es, dass die Schelfgebiete in allen drei großen
Meeren gegen Ende ihrer Entstehung um fast 3.000 Meter
angehoben wurden, dann für eine kurze Zeit stabil
bleiben, um dann erneut fast 3.000 Meter auf den
heutigen Stand abzusinken. Wie unwahrscheinlich eine
solche alle fünf Kontinente und ihre umgebenden
Meeresböden umfassende Oszillation ist, wird auf den
ersten Blick deutlich."
Um die Canyons durch
Schwankungen des
Meeresspiegels zu
erklären, m üssten sich die
Schelfgebiete m ehrere
tausend Meter gehoben
haben.
© ORNL
Denn eine so gewaltige Hebung hätte, so argumentiert der Geologe, auch in anderen
Stellen der Erdkruste deutliche Spuren hinterlassen müssen. Was aber schuf dann
die Schluchten, wenn weder Flüsse noch Hebung die Ursache waren?
Schlamm als Schlüssel
Die Rolle des Sediments bei der Canyonbildung
Auf der Suche nach einer Erklärung für die Unterwasser-Canyons ist Reginald Daily
seinen Zeitgenossen weit voraus: Während diese noch tausende Meter umfassende
Hebungen der Kontinente als Entstehungsursache postulieren, sucht Daily nach
naheliegenderen Mechanismen.
Fündig wird er in der Dynamik des Wassers. Daily
vermutet, dass vom Kontinentalhang herabströmendes
Wasser die gewaltigen Kerben ins Gestein gegraben hat.
Und dazu, wie solche Abwärtsströme entstehen, hat der
Geologe auch bereits eine Theorie: Wenn turbulente
Strömungen besonders viel Sediment aufwühlen, kann
sich eine Art dichter, aber noch sehr flüssiger Schlamm
bilden. "Solange das Sediment in der Schwebe bleibt, ist
das solcherart getrübte Wasser dichter als das saubere
Wasser im offenen Meer, aber auch unterhalb dieser
Durchmischungszone", erklärt Daily. Daher müsse dieses
schwerere Wasser eine Tendenz besitzen, nach unten zu
sinken.
Rutschungen und
Sedim entström e gruben
diese Furchen in den
Kontinentrand vor der US-
Ostküste
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14.5.2018 Unterwasser-Canyons
© Duke University /EOS
Schlammiges Wasser gräbt Furchen in den Hang
An den Kontinentalhängen bedeutet dies, dass das mit Sediment beladene Wasser
unmittelbar über dem Meeresboden den Hang hinuntergleitet. Je steiler der Hang,
desto schneller strömt dabei auch diese Wasser-Schlamm-Mischung. Und je schneller
das Wasser über einen festen Untergrund strömt, desto stärker ist auch seine
erodierende Kraft. "Könnte dies nicht der Mechanismus sein, der die unterseeischen
Schluchten schuf?", fragt Daily in seinem 1936 erschienen Artikel.
Heute weiß man, dass Daily damals goldrichtig lag. Tatsächlich gelten solche
sogenannten Turbidit-Ströme neben Rutschungen am Kontinenthang heute als
Hauptursache für Unterwasser-Canyons. Am Nazaré-Canyon vor Portugal fanden
Forscher des HERMES-Projekts heraus, dass auch die lokalen Windverhältnisse dabei
eine wichtige Rolle spielen. "Unter ruhigen Bedingungen enthält das Wasser im
Canyon nur wenig Sediment, aber nach einem Sturm verändert sich die
Wassertemperatur und damit auch Strömung und Sedimentfracht", erklären die
Forscher. Das Wasser enthalte dann sehr viel mehr Sediment und ströme schneller
den Canyon hinab.
Bathym etrische Karte des
Cap de Creus Canyon im
Mittelm eer
© University of Barcelona
/ AOA Geophysics
Kaskaden bei kaltem Nordwind
Einen anderen Canyon, den Cap de Creus Canyon im Golf
von Lyon vor der französischen Mittelmeerküste, könnten
sogar Unterschiede der Wassertemperaturen allein
geschaffen haben - ohne große Mithilfe von Sedimenten.
"In den Wintermonaten bläst oft ein extrem kalter Mistral
das Rhonetal hinab", erklären die HERMES-Forscher.
Dieser kalte Nordwind kühle das Wasser über den flachen
Meeresgebieten des Golf von Lyon stark ab. Kaltes
Wasser aber ist dichter als wärmeres und sinkt daher
nach unten - es fließt über den flachen Schelfboden und
fällt dann in Kaskaden den Hang zur Tiefsee hinunter.
Dieser auch als Dense Shelf
Water Cascading bezeichnete
Prozess kann mehrere Wochen anhalten und dabei große
Mengen Sediment und Material vom Meeresgrund der
Schelfgebiete in die Tiefsee hinabreißen. Wie ein
Hochdruckreiniger schiebt das Wasser dabei auch jede
Menge Müll und Schmutz von Schelf bis in die Tiefsee. So
fanden Forscher im Cap de Creus Canyon, aber auch in
andere durch solche Kaskaden gebildeten Schluchten an
der Nordseite des Mittelmeeres, Plastiktüten, Flaschen,
Reste von Fischernetzen und andere Zeugnisse der
menschlichen Zivilisation noch in mehr als tausend Metern
Wassertiefe.
Urzeit-Krise im Mittelmeer
Ein ausgetrockneter Ozean als Schluchtenbauer
Dense Shelf Water
Cascading im Cap de
Creus Canyon
© HERMES / UB/CEFREM
Einen Sonderfall stellen einige Canyons im Mittelmeer dar, die vor den Mündungen
großer Flüsse wie dem Nil oder der Rhone liegen. Denn bei ihnen könnte tatsächlich
die alte Theorie der "Hebung" und des trockenfallenden Schelfs zumindest teilweise
zutreffen.
Abgeschnitten vom Wassernachschub
Vor rund 5,6 Millionen Jahren führten Bewegungen der
Kontinentplatten und im Erdmantel dazu, dass die
Meeresverbindung zwischen Atlantik und Mittelmeer
verschlossen wurde. Als Folge strömte kein frisches
Meerwasser mehr in das Becken nach. Weil der
Wassernachschub über die Flüsse nicht ausreichte, um die
Verdunstung auszugleichen, sank der Wasserspiegel des
Mittelmeeres immer mehr. Das trockene, heiße Klima
sorgte dafür, dass das Mittelmeerbecken innerhalb
Das nahezu
ausgetrocknete Mittelm eer
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weniger tausend Jahre nahezu vollkommen austrocknete.
während der m essinischen
Salinitätskrise
Anstelle des Meeres fand sich hier nun eine weite, an © Paubahi/CC-by-sa 3.0
einigen bis zu 5.000 Meter unter dem Meeresspiegel
liegende Senke, in der nur noch einige extrem salzige Tümpel vom einstigen
Wasserreichtum zeugten. Erst vor 5,33 Millionen Jahren endete diese auch als
messinische Salinitätskrise bezeichnete Epoche und die Straße von Gibraltar öffnete
sich wieder.
Bis sich Gibraltar wieder
öffnete, hatte sich der
Untergrund der
Mittelm eer-Ränder
gehoben.
© Roger Pibernat / CC-bysa
3.0
Weiter Weg in die Tiefe
Spuren dieser Trockenphase finden sich noch heute in
gewaltigen Salzablagerungen, aber auch in den tief
eingekerbten Flusscanyons rund um das Mittelmeer. Denn
die großen Ströme, die von Europa und Afrika aus in das
urzeitliche Mittelmeerbecken flossen, mussten mit
zunehmender Austrocknung einen immer weiteren Weg
bis zu ihrer Mündung zurücklegen. Gleichzeitig hob sich -
vom gewaltigen Gewicht des Wassers entlastet - der
Untergrund vor allem in den Randgebieten des
Mittelmeeres. Das verstärkte das Gefälle der Flüsse noch,
die von den relativ steilen Schelfhänge bis in die heutigen
Tiefseegebiete hinabstürzten. Im Laufe der Jahrtausende
gruben sie sich so tief in den Untergrund ein.
Der Geologe Julien Gargani von der Universität Paris ermittelte für den Nil
Erosionsraten, nach denen der Fluss damals 2,5 Meter pro Jahr von seinem Bett
abtrug. Als Folge lag sein Flussbett damals in Assuan noch mehrere hundert Meter
unter dem heutigen Meeresspiegel, seine Mündung sogar 2,400 Meter tief. Als sich
vor 5,33 Millionen Jahren das Mittelmeer wieder füllte, versank ein Teil dieser
ehemaligen Flussbetten in den Fluten und wurde zu Unterwasser-Canyons.
Viele kleine Nischen
Unterwasser-Canyons als Lebensraum
Die Unterwasser-Canyons sind nicht nur geologisch eine Besonderheit, auch für die
Lebenswelt der Ozeane spielen diese Kerben im Schelf eine wichtige Rolle. Denn in
den Canyons fließt mit Nährstoffen und Sediment angereichertes Wasser in die eher
karge Umgebung der Tiefsee. Zudem bieten die vielfältigen, verwinkelten und stark
unterschiedlichen Canyonbereiche den Organismen viele verschiedene Lebensräume.
Neben der Meerestiefe entscheidet dabei vor allem die Beschaffenheit des
Untergrunds, welche und wie viele Organismen dort leben.
Der Untergrund entscheidet
So leben auf den Sediment-beladenen Terrassen und am
flachen Grund des unteren und mittleren Nazaré-Canyons
zahlreiche Wurmarten, aber auch Seegurken und andere
Tiere, die organisches Material aus dem Schlick
herausfressen. An solchen Stellen haben Forscher des
HERMES-Projekts auch Riesen-Einzeller entdeckt. Die
sogenannten Xenophyophoren werden bis zu 25
Zentimeter groß und umgeben sich mit einer Hülle aus
Aufnahm e eines
angeklebten Sandkörnchen und Steinchen. Wie kleine
Xenophyophoren im
Korallen sitzen sie auf dem Untergrund und bieten
Atlantik
ihrerseits wieder zahlreichen kleineren Lebewesen
© NOAA/ Ocean Explorer
Schutz. Auch sie zehren von den Resten organischen
Materials, die mit Sediment und Wasser vom Schelf in die Tiefsee gespült werden.
An den steinernen Wänden und an den vom herabströmenden Wasser freigefegten
Flächen im oberen Canyonbereich siedeln vor allem festsitzende Tiere wie
Seeanemonen, Armfüßer und Kaltwasserkorallen. "Aber auch die Ausrichtung und
Neigung des Untergrund spielt hier eine wichtige Rolle", erklären die HERMES-
Forscher. An Stellen mit Überhängen bilde sich oft eine wieder andere, typische
Gemeinschaft von Filtrierern, darunter Muscheln, Seelilien, Haarsterne und Armfüßer.
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"Zwar mag die Artenvielfalt an einer einzelnen Stelle nicht
sehr hoch erscheinen, aber die Heterogenität des
Habitats sorgt dafür, dass in verschiedenen Bereichen des
Canyons ganz unterschiedliche Tiere siedeln", erklären
Forscher des HERMES-Projekts. Dadurch sei die
Artenvielfalt des Unterwasser-Canyons als Ganzem sehr
hoch. "Die Unterwasserschluchten entlang der
europäischen Kontinentränder tragen daher zur
Biodiversität dieser Ozeangebiete bei."
Plastiktüten und PCBs in der Tiefsee
Allerdings ist selbst dieser unter hunderten und
tausenden Metern Wasser liegende Lebensraum
inzwischen nicht mehr unberührt. Während des HERMES-
An Überhängen bilden sich
typische Filtrierer-
Gem einschaften
© NOCS /ROV Isis
Projekts fanden die Forscher Hinweise auf erhöhte Blei, Zink, und Kupfergehalte im
Sediment einiger Canyons. Sowohl vor Portugal als auch im nordwestlichen
Mittelmeer sind die Canyonböden zudem mit organischen Schadstoffen wie
polychlorierten Biphenylen (PCB) verseucht. Das vom Schelf durch die Canyons
herabströmende Wasser transportiert diese Schadstoffe von den verschmutzten
Küstengebieten bis weit in die Tiefsee. Sogar Plastiktüten, Kunststoffflaschen und
Fischernetze habe man schon in den unteren Canyonbereichen gefunden, berichten
die Forscher.
(Nadja Podbregar,20.09.2012)
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