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Polynjen - besondere Orte in polaren Gebieten

Unter einer Polynja versteht man eine eisfreie Fläche offenen Wassers inmitten eines eisbedeckten Gewässers, die einerseits durch eine lokal wärmere Anströmung, andererseits durch Fallwinde der Umgebung entstehen. Sie sind besonders für die ozeanische Tiefwasserbildung und für die Ökologie in polaren Gebieten wichtig.

Eine Polynja ist ein von Meereis umgebenes Gebiet mit offenem Wasser. Der Begriff wird heute als geographischer Begriff für ein Gebiet mit nicht gefrorenem Meerwasser innerhalb eines ansonsten zusammenhängenden Packeises oder Festeises verwendet. Es handelt sich um ein Lehnwort aus dem Russischen "polynya", das sich auf ein natürliches Eisloch bezieht. Es wurde im 19. Jahrhundert von Polarforschern übernommen, um befahrbare Abschnitte des Meeres zu beschreiben.

Es gibt zwei Haupttypen von Polynjen: Küsten-Polynjen, die das ganze Jahr über in der Nähe der antarktischen und arktischen Küsten zu finden sind sowie Polynjen auf offener See, die an bestimmten Orten, insbesondere rund um die Antarktis, eher sporadisch inmitten des Eisfeldes auftreten.

Küsten-Polynjen entstehen durch zwei Hauptprozesse: Eine Polynja mit sensibler Wärme wird thermodynamisch angetrieben und tritt typischerweise auf, wenn durch den Aufstieg von warmem Wasser die Oberflächentemperatur auf oder über dem Gefrierpunkt gehalten wird. Dies verringert die Eisbildung und kann sie sogar ganz zum Erliegen bringen.

Eine Polynja mit latenter Wärme entsteht durch die Einwirkung von sogenannten katabatischen Winden. Dies sind Fallwinde, die das Eis von einer festen Grenze wie einer Küstenlinie, festem Eis oder einer Eisbrücke wegtreiben.

Die Polynja entsteht zunächst, wenn einjähriges Packeis von der Küste weggetrieben wird. Dadurch entsteht ein Bereich mit offenem Wasser, in dem sich neues Eis bildet. Dieses neue Eis wird dann ebenfalls in Windrichtung zum einjährigen Packeis getrieben. Wenn es das Packeis erreicht, verbindet sich das neue Eis mit dem Packeis. Dieser Prozess setzt sich im Laufe der Zeit fort. Diese sogenannten Latentwärme-Polynjen sind daher eine wichtige Quelle für die Meereisbildung in der Antarktis.

Latentwärme-Polynjen sind Gebiete mit hoher Eisbildung und daher potentielle Orte der Dichtwasserbildung in beiden Polarregionen. Die hohen Eisbildungsraten innerhalb dieser Polynjen führen dazu, dass große Mengen an Salzlake in die Oberflächengewässer abgegeben werden. Dieses salzige Wasser sinkt dann ab. Damit stellen Latentwärme-Polynjen eine wesentliche Quelle für antarktisches Tiefenwasser dar. Damit ist das dichte Wasser mit hohem Salzgehalt gemeint, das in der Tiefseeschicht des Südlichen Ozeans vorkommt. Es spielt eine wichtige Rolle im globalen Umwälzströmungssystem, welches als thermohaline Zirkulation bekannt ist. Die Ausscheidung von Sole während der Meereisbildung an diesen Polynjen erhöht den Salzgehalt des Meerwassers, das dann als antarktisches Tiefenwasser auf den Meeresboden absinkt.

Küstennahe antarktische Polynjen entstehen, wenn Eismassen von der Küste abdriften und sich in Windrichtung bewegen. Dadurch entsteht ein frei liegender Bereich mit Meerwasser, welcher anschließend unter Ausscheidung von Sole zufriert und eine weitere Eismasse bildet. Im Gegensatz dazu ist die Frage offen, ob die Polynjen der Arktis genug Dichtwasser produzieren können, um einen wesentlichen Teil des dichten Wassers zu bilden, das für den Antrieb der thermohalinen Zirkulation erforderlich ist. Beispiele für küstennahe Polynjen sind die Ellesmere-Polynja aus dem Jahr 2020 (3000 km²). Diese Polynja ist ungewöhnlich, da die Eisdicke dort sonst 5 Meter beträgt. Weitere Beispiele sind die Laptewsee-Polynja, die Kosmonautensee-Polynja, die sich besonders zwischen 1973 und 1986 gebildet hat und 1980 eine maximale Größe von 137.700 km² aufwies) und die Rossmeer-Polynja mit einer Größe von 20.000 km².

Küstenferne Polynjen auf offener See entstehen, wenn bestimmte atmosphärische Bedingungen über vorbestimmten ozeanographischen Gebieten auftreten. Solche atmosphärischen Bedingungen sollten die Eisdrift in entgegengesetzte Richtungen begünstigen, um das Eisfeld aufzubrechen. Polare Tiefdruckgebiete sind ein typischer atmosphärischer Auslöser für das Auftreten von küstenfernen Polynjen auf offener See, da die zyklonalen Winde das Eis in entgegengesetzte Richtungen vom Zentrum des Tiefs wegdrücken. Auch Kaltfronten, an denen zwei Strömungen mit entgegengesetzter Richtung aufeinandertreffen, sind ideal für die Entstehung einer Polynja auf offener See. Eine andere Entstehungstheorie ist, dass wärmeres Tiefenwasser durch Erhebungen des Meeresbodens, beispielsweise eines submarinen Plateaus, zur Oberfläche abgelenkt wird und damit eine Meereisfläche von unten beginnt, anzuschmelzen. Eine solche bekannte küstenferne Polynjen ist die Weddell-Polynja aus den Jahren 1975 bis 1977 (Größe 350.000 km²) und 2017, die nahe des untermeerischen Maud Rise-Plateaus entstand, sowie Beaufortsee-Polynja aus dem Jahr 2006.

Einige Polynjen, wie beispielsweise die North-Water-Polynja zwischen Kanada und Grönland, treten jedes Jahr zur gleichen Zeit und am gleichen Ort auf. Da Tiere ihre Lebensstrategien an diese Regelmäßigkeit anpassen können, sind diese Arten von Polynjen für die ökologische Forschung von besonderer Bedeutung. Im Winter bleiben Meeressäugetiere wie Walrosse, Narwale und Belugas, die nicht nach Süden wandern, dort. Es ist bekannt, dass Eisbären bis zu 65 Kilometer durch das offene Wasser einer Polynja schwimmen können. Polynjen haben im Laufe der Geschichte auch menschliche Gemeinschaften unterstützt. So dient beispielsweise die North Water-Polynja, die größte und biologisch produktivste Polynja der Arktis, als wichtige Nahrungsquelle in einer ansonsten kargen Region und ermöglicht seit Jahrtausenden die Existenz menschlicher Gemeinschaften in den hohen Breitengraden dieser Region. Sie könnte den ersten Siedlern Grönlands als Sprungbrett gedient haben, als diese vor 4500 Jahren das heutige Nordkanada durchquerten. Es gibt auch Hinweise darauf, dass die North Water-Polynja im Laufe der Geschichte den Thule, Inuit, Nordmännern und westlichen Entdeckern geholfen hat. Heute ermöglicht die North Water-Polynja die Existenz der nördlichsten Siedlungen Grönlands wie Qaanaaq, Qeqertat und Siorapaluk.

Das Vorhandensein von offenem Wasser in einem ansonsten eisbedeckten Gebiet kann zu einer lokal begrenzten Blüte von Meeresalgen führen, die auch als Polynja-Blüte bezeichnet wird. Zwar kommen Algengemeinschaften häufig unter Meereis vor, wie Eisalgen zeigen, doch ist die Wachstumsrate des Phytoplanktons im offenen Wasser einer Polynja wesentlich höher. Die Hauptursachen für Polynja-Blüten sind Sonnenlicht und Nährstoffe. Insbesondere ermöglicht das Fehlen von Meereis, dass Licht, eine notwendige Komponente für die Photosynthese, tiefer in das Wasser eindringen kann und so ein verstärktes Phytoplanktonwachstum im Vergleich zu den umgebenden, eisbedeckten Gewässern ermöglicht. Darüber hinaus ist die Bildung von Polynjen typischerweise mit Auftrieb verbunden. Dieser Prozess transportiert nährstoffreiches Wasser vom Meeresboden an die Oberfläche. Der Zufluss an Nährstoffen in Verbindung mit erhöhter Lichteinstrahlung führt häufig zu Polynja-Blüten.

Dipl.-Met. Markus Eifried

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Offenbach, den 31.03.2026

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