European Slope Current

Der European Slope Current vom Golf von Biskaya bis zum Färöer-Shetland-Kanal.
Südlicher Teil des ESC: Golf von Biskaya und französischer Schelfrand bis zum Porcupine-Seebecken.
Meeresströmungen im und rund um den Rockallgraben. EBC, Eastern Boundary Current, ein anderer Begriff für „European Slope Current“.
Strömungen im und um den Färöer-Shetland-Kanal. (1) Atlantikwasser, u. a. ESC
Letzter Teil des ESC, hier genannt: European-Shelf-Edge-Strom (ESEC), und der Fair-Isle-Strom (FIC) als Zufluss zur Nordsee.

Der European Slope Current (ESC), englisch auch: Shelf Edge Current oder nur Slope Current (eine deutsche, allerdings nicht gebräuchliche Übersetzung wäre Europäischer Hangstrom) ist eine überwiegend polwärts gerichtete, meist barotrope, in Teilen barokline Meeresströmung entlang des Kontinentalhangs des Nordostatlantischen Kontinentalrands, die warmes, salzreiches Atlantikwasser von der Iberischen Halbinsel über den Golf von Biskaya, die irische und schottische Westküste bis in den Färöer-Shetland-Kanal und die Nordischen Meere transportiert. Er ist damit ein wesentliches Glied der oberen Warmwasserzufuhr der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation (AMOC) und der wichtigste Pfad für den Transport von Wärme, Salz, Nährstoffen und Kohlenstoff von den mittleren Breiten in die europäischen Schelfmeere, mit einem Beitrag zum Atlantikeinstrom in Richtung Arktis.

Antrieb und Dynamik

Der ESC wird durch den meridionalen Dichtegradienten im angrenzenden tiefen Nordostatlantik angetrieben: Die polwärtige Zunahme der Dichte im östlichen subpolaren Wirbel stützt einen geostrophischen Zustrom zum Kontinentalhang, der an der topographischen Barriere des Hangs polwärts abgelenkt und als isobathenparalleler Hangstrom verstärkt wird. Dieser Mechanismus wird als gemeinsamer Effekt von Baroklinität und Bodenrelief (englisch joint effect of baroclinicity and relief, JEBAR) beschrieben. Der Transport des Stroms ergibt sich aus einem Gleichgewicht zwischen dem meridionalen ozeanischen Dichtegradienten, der Windschubspannung und der Bodenreibung über dem Hang. Der dichtegetriebene Antrieb wird durch Windfelder moduliert, insbesondere durch die Nordatlantische Oszillation (NAO): Extrem negative NAO-Bedingungen verstärken den polwärts gerichteten Hangstrom, während positive NAO-Phasen ihn abschwächen. Darüber hinaus trägt die topographische Gleichrichtung von Gezeitenströmen (tidal rectification) zur Verstärkung des Reststroms entlang des Hangs bei, insbesondere im Bereich der Rockall Bank.

Huthnance (1986) beschrieb den ESC erstmals systematisch als zusammenhängendes Phänomen am gesamten nordostatlantischen Rand und identifizierte die topographische Steuerung durch den Kontinentalhang als Schlüsselmechanismus. Pingree und Le Cann (1990) dokumentierten die Struktur, Stärke und Saisonalität des Hangstroms in der Biskaya und wiesen Geschwindigkeitskerne von 10–20 cm/s am oberen Hang nach; Huthnance (1995) formulierte eine umfassende theoretische Darstellung der Hangstromdynamik und der Austauschprozesse zwischen Schelf und Ozean.

Physikalische Eigenschaften

Der European Slope Current ist über weite Strecken nahezu barotrop und befindet sich annähernd im geostrophischen Gleichgewicht; sein Kern ist typischerweise über der 500-m-Isobathe zentriert. Wo der polwärtige Strom über die bodennahe Reibungsschicht eine abwärts gerichtete Ekman-Querkomponente erzeugt, wird Wasser vom Schelfrand in die Tiefe verlagert.

Verlauf

Der ESC folgt dem Kontinentalhang vom iberischen Rand nordwärts, wo er vor Portugal und im Golf von Biskaya als polwärts gerichtete Strömung mit einem Geschwindigkeitskern in 300–1500 m Tiefe dokumentiert ist. Am iberischen Rand überlagert sich der ESC saisonal mit dem äquatorwärts gerichteten Küstenauftriebsjet, der während der sommerlichen Auftriebssaison den Hangstrom in den oberen Schichten kompensiert, sodass der polwärts gerichtete Strom dort vor allem im Winter an der Oberfläche sichtbar ist. Dieses winterliche Maximum, wegen seines Auftretens um die Weihnachtszeit gelegentlich als Navidad bezeichnet, bringt ungewöhnlich warmes, salzreiches Wasser entlang der iberischen und biskayischen Küste nach Norden.

Entlang der irischen und schottischen Westküste verstärkt sich der ESC und wird persistenter. Xu et al. (2015) zeigten anhand von 20 Jahren Satellitenaltimetrie, dass der ESC an allen acht untersuchten Sektionen entlang des europäischen Hangs ein konsistentes saisonales Signal aufweist: maximale polwärts gerichtete Strömung im Winter (Dezember–Januar) und Minimum im Sommer. Die saisonale Amplitude der Geschwindigkeit beträgt an den nördlichen Sektionen rund 8–10 cm/s, in der Biskaya nur rund 5 cm/s; typische Maximalgeschwindigkeiten am Hang westlich Schottlands liegen bei 10–20 cm/s.

Im nördlichen Rockallgraben ist der ESC stärker und beständiger als weiter südlich. Houpert et al. (2020) maßen mit Verankerungen und Glidern einen netto-polwärts gerichteten Transport von rund 3,5–4,5 Sverdrup (Sv) durch den nördlichen Rockallgraben, zusammengesetzt aus einem polwärtigen Anteil von rund 6 Sv und einem südwärts gerichteten Anteil von rund 2 Sv auf der westlichen Seite des Troges.

Das nördliche Ende des ESC befindet sich im Färöer-Shetland-Kanal (Faroe-Shetland Channel) nordwestlich von Schottland, wo die Strömung den europäischen Kontinentalhang verlässt und sich aufteilt: Ein Teil des warmen, salzhaltigen Atlantikwassers strömt östlich um die Shetland-Inseln herum und speist über den Fair-Isle-Strom einen bedeutenden Anteil des atlantischen Einstroms in die nördliche Nordsee, während der restliche Hauptstrom weiter nach Nordosten vordringt und den Hauptbeitrag zum Atlantikwasserzufluss in die Nordischen Meere liefert.

Langfristige Variabilität

Clark et al. (2022) dokumentierten anhand von Ozeananalysen, Reanalyseprodukten und der Auswertung (Hindcast) eines wirbelauflösenden Ozeanmodells eine Abschwächung und Erwärmung des ESC seit den späten 1990er Jahren. Die Transportvariabilität wird von abrupten Änderungen des meridionalen Dichtegradienten im östlichen subpolaren Wirbel dominiert: Zwischen 1996 und 1998 verringerten sich diese Gradienten um 25–50 %, was zu einem erheblichen Rückgang des Hangstromtransports führte. Gleichzeitig verschob sich die Zusammensetzung des Zustroms; eine kühle, salzarme Komponente subpolarer Herkunft wurde substanziell reduziert, während eine wärmere, salzreichere Komponente subtropischer Herkunft zunahm. Über den Zeitraum 1993–2012 weist der ESC zudem einen langfristigen Abnahmetrend der Strömungsgeschwindigkeit von rund 1 % pro Jahr auf, während der Nordatlantikstrom keinen signifikanten Trend zeigte.

Depuydt et al. (2024) rekonstruierten die langfristige Geschichte des ESC und seiner glazialen Entsprechung, des Glacial Eastern Boundary Current (GEBC), anhand eines Sedimentkerns aus der südlichen Biskaya und wiesen erhebliche Schwankungen der Hangstromstärke auf glazial-interglazialen Zeitskalen nach, die mit den Dansgaard-Oeschger-Zyklen korrelieren: stärkere Strömung während der Interstadiale, schwächere während der Stadiale. Eine markante Verstärkung erfolgte während der Bølling-Allerød-Erwärmung.

Das Bild der mittleren Zirkulation des ESC und der Variabilität im Rockallgraben ist noch im Entstehen begriffen, da sich die kontinuierliche Beobachtung noch in einem recht frühen Stadium befindet. Insbesondere fehlt es noch an schiffsgestützten Messungen, Verankerungen und Satellitenbeobachtungen der Strömung.

Bedeutung

Die großräumige polwärtige Wärme- und Salzzufuhr nach Nordwesteuropa und in die Nordischen Meere und damit die klimatische Milderung für Westeuropa und Skandinavien wird in erster Linie vom Nordatlantikstrom als oberem Ast der Umwälzzirkulation getragen; der ESC speist sich aus dessen Wasser und führt es als vergleichsweise transportschwacher, hanggebundener Strom weiter nach Norden. Seine besondere Bedeutung liegt darin, dass er den wichtigsten Zustromweg von warmem, salzreichem Atlantikwasser an die Schelfkante und in die angrenzenden europäischen Schelfmeere bildet, insbesondere die nördliche Nordsee, und über den Shetland Current zum Atlantikeinstrom in die Nordischen Meere beiträgt. Marsh et al. (2017) zeigten, dass 10–40 % des Hangstromwassers innerhalb von sechs Monaten nach der Passage westlich von Schottland in die nördliche Nordsee gelangen, was den ESC zu einem dominierenden Faktor für die Hydrographie und Ökologie der Nordsee macht; die zugeführte Wärme schafft dort günstige Bedingungen für die marine Primärproduktion und die Fischerei.

Gleichzeitig steuert der ESC den Austausch zwischen Schelf und offenem Ozean: Die im unteren Reibungsbereich erzeugte hangabwärts gerichtete Querkomponente (gelegentlich als Ekman Drain bezeichnet) transportiert absinkende Partikel und gelöste Stoffe vom Schelfrand in die Tiefe und ist damit für die Kohlenstoffpumpe am Kontinentalrand sowie für die Nahrungsversorgung der benthischen Ökosysteme am Hang wichtig, einschließlich der Kaltwasserkorallenriffe an der Porcupine-Bank und im Rockallgraben.

Einzelnachweise

  1. 1 2 3 4 Wei Xu, Peter I. Miller, Graham D. Quartly, Robin D. Pingree (2015): Seasonality and interannual variability of the European Slope Current from 20 years of altimeter data compared with in situ measurements. In: Remote Sensing of Environment. Band 162 (2015), S. 196–207. DOI:10.1016/j.rse.2015.02.008.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 Robert Marsh, Ivan D. Haigh, Stuart A. Cunningham, Mark E. Inall, Marie Porter, Ben I. Moat (2017): Large-scale forcing of the European Slope Current and associated inflows to the North Sea. In: Ocean Science. Band 13 (2017), S. 315–335. DOI:10.5194/os-13-315-2017.
  3. 1 2 3 4 5 Neil J. Fraser, Mark E. Inall u. a. (2022): North Atlantic Current and European Slope Current Circulation in the Rockall Trough Observed Using Moorings and Gliders. In: Journal of Geophysical Research: Oceans. Band 127 (2022). DOI:10.1029/2022JC019291.
  4. 1 2 John M. Huthnance (1995): Circulation, exchange and water masses at the ocean margin: the role of physical processes at the shelf edge. In: Progress in Oceanography. Band 35 (1995), S. 353–431. DOI:10.1016/0079-6611(95)00012-6.
  5. ↑ John M. Huthnance (1984): Slope currents and „JEBAR“. In: Journal of Physical Oceanography. Band 14 (1984), Ausgabe 4, S. 795–810. doi:10.1175/1520-0485(1984)014<0795:SCAJ>2.0.CO;2.
  6. ↑ John M. Huthnance, Mark E. Inall, Neil J. Fraser (2020): Oceanic density/pressure gradients and slope currents. In: Journal of Physical Oceanography. Band 50 (2020), Ausgabe 6, S. 1643–1654. DOI:10.1175/JPO-D-19-0134.1.
  7. 1 2 Robin D. Pingree, B. Sinha, Colin R. Griffiths (1999): Seasonality of the European slope current (Goban Spur) and ocean margin exchange. In: Continental Shelf Research. Band 19 (1999), S. 929–975.
  8. ↑ John M. Huthnance (1974): On the diurnal tidal currents over Rockall Bank. In: Deep-Sea Research and Oceanographic Abstracts. Band 21 (1974), S. 23–35.
  9. ↑ John M. Huthnance (1986): The Rockall slope current and shelf-edge processes. In: Proceedings of the Royal Society of Edinburgh, Section B. Band 88 (1986), S. 83–101.
  10. 1 2 Robin D. Pingree, B. Le Cann (1990): Structure, strength and seasonality of the slope currents in the Bay of Biscay region. In: Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. Band 70 (1990), S. 857–885. DOI:10.1017/S0025315400059117.
  11. 1 2 3 John M. Huthnance, Joanne Hopkins, Barbara Berx, Andrew Dale, Jason Holt, Phil Hosegood u. a. (2022): Ocean shelf exchange, NW European shelf seas: Measurements, estimates and comparisons. In: Progress in Oceanography. Band 202 (2022), Artikelnummer 102760. DOI:10.1016/j.pocean.2022.102760.
  12. 1 2 3 Alejandro J. Souza, John H. Simpson, M. Harikrishnan, Jonathan Malarkey (2001): Flow structure and seasonality in the Hebridean slope current. In: Oceanologica Acta. Band 24 (2001), S. 63–76.
  13. ↑ Henrique Coelho, Ramiro Neves, Paulo Leitão, Hilário Martins, A. P. Santos (1999): The slope current along the western European margin: A numerical investigation. In: Computational Methods in Water Resources XII. Computational Mechanics Publications, 1999.
  14. ↑ Loïc Houpert, Stuart Cunningham, Neil Fraser, Clare L. Johnson, N. Penny Holliday, Sam Jones, Ben Moat, Darren Rayner (2020): Observed variability of the North Atlantic Current in the Rockall Trough from four years on mooring measurements. In: Journal of Geophysical Research: Oceans. Band 125 (2020), Ausgabe 10, Artikelnummer e2020JC016403. DOI:10.1029/2020JC016403.
  15. ↑ Matthew Clark, Robert Marsh, James Harle (2022): Weakening and warming of the European Slope Current since the late 1990s attributed to basin-scale density changes. In: Ocean Science. Band 18 (2022), Ausgabe 2, S. 549–564. DOI:10.5194/os-18-549-2022.
  16. ↑ Pauline Depuydt, Samuel Toucanne, Christine Barras, Sandrine Le Houedec, Meryem Mojtahid (2024): Last Glacial – Holocene variability of the European Slope Current, NE Atlantic. In: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. Band 633 (2024), Artikelnummer 111884. DOI:10.1016/j.palaeo.2023.111884.