03. Mai. 2018

Die Hopewell Rocks in der Bay of Fundy bei Niedrig- und bei Hochwasser.

Der Wechsel von Ebbe und Flut ist zumindest an den Küsten des Atlantischen Ozeans und seiner Randmeere ein Phänomen, das den Tag strukturiert. Der starke Unterschied zwischen Hoch- und Niedrigwasser ist in der Erdgeschichte allerdings nicht die Regel, sondern eine kurzfristige Ausnahme. Eine Arbeitsgruppe aus Großbritannien und Portugal hat die Gezeiten im Lauf der Erdgeschichte verfolgt und sieht einen Zusammenhang mit dem sogenannten Superkontinent-Zyklus.

Die Gezeiten sind auf der Erde nirgends stärker als im Atlantik und seinen Nebenmeeren. Mit zwei bis vier Metern Unterschied zwischen Ebbe und Flut ist die deutsche Nordseeküste noch ein geradezu kleiner Fisch. Auf zwölf Meter kommt man im französischen Saint-Malo und im westenglischen Bristol Channel, 15 Meter beträgt der Tidenhub in der kanadischen Bay of Fundy, einer Ausbuchtung im Norden des Golf von Maine an der nordamerikanischen Ostküste.

Flut in Fenella Beach auf der Isle of Man.

Flut in Fenella Beach auf der Isle of Man.

Bild: geograph.org.uk, Kevin Rothwell (CC-BY-SA-2.0)
Gezeiten als in den Weltmeeren umlaufende Wellen. Die Amplitude der Pegelschwankungen ist farbkodiert.

Gezeiten als in den Weltmeeren umlaufende Wellen. Die Amplitude der Pegelschwankungen ist farbkodiert.

Bild: NASA
Die Entwicklung der Kontinente seit Bildung von Pangaea.

Die Entwicklung der Kontinente seit Bildung von Pangaea.

Bild: USGS
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Flut in Fenella Beach auf der Isle of Man.

Bild: geograph.org.uk, Kevin Rothwell (CC-BY-SA-2.0)

Gezeiten als in den Weltmeeren umlaufende Wellen. Die Amplitude der Pegelschwankungen ist farbkodiert.

Bild: NASA

Die Entwicklung der Kontinente seit Bildung von Pangaea.

Bild: USGS

Die Rekorde kommen nicht von ungefähr. "Der Atlantik hat im Moment die richtige Größe", erklärt Mattias Green, Professor für physikalische Ozeanographie an der walisischen Universität von Bangor. Dabei spielt das physikalische Prinzip der Resonanz eine Rolle. Der Rhythmus, in dem der Mond mit seiner Schwerkraft die Wassermassen der Ozeane emporzieht, stimmt mit dem Rhythmus überein, in dem die Wellen im atlantischen Meeresbecken laufen, und verstärkt dadurch ihre Energie. "Ich vergleiche das gern mit einem Kind auf der Schaukel, das immer höher fliegt, wenn man es zum richtigen Zeitpunkt anschubst", so Green.

Tidenhub derzeit fast auf Maximum

Der Ozeanograph beschäftigt sich seit zehn Jahren mit den Gezeiten und hat sich in jüngster Zeit das Auf und Ab von Ebbe und Flut im Lauf der Erdgeschichte vorgenommen. Die jüngsten Ergebnisse haben er und seine Kooperationspartner von der Universität Lissabon soeben auf der Jahrestagung der Europäischen Geowissenschaftlichen Union vorgestellt und parallel im Fachblatt Geophysical Research Letters der US-amerikanischen AGU publiziert. "Wir haben derzeit sehr starke Gezeiten, die fast am Maximum liegen", bilanziert Green, "in der Vergangenheit waren sie über weite Zeiträume wesentlich geringer." Den Grund sieht die Arbeitsgruppe in der Plattentektonik. Wenn sie Kontinente über die Erdoberfläche zieht, verändert sie schließlich ebenfalls Größe und Geometrie der Ozeanbecken. "Der Superkontinentzyklus diktiert eindeutig den Supertidenzyklus", betonte Hannah Davies, in Wien, die bei Mattias Green promovierte und ihre Studien jetzt in Lissabon vertieft.

Der Superkontinent- oder Wilson-Zyklus ist ein Konzept der Tektoniker, dem zufolge sich alle 400 bis 500 Millionen Jahre alle Landmassen zu einem Superkontinent zusammenballen. Diese Riesenkontinent bleibt für etliche Dutzend Millionen Jahre stabil, bricht dann aber auseinander, um einen einen Kreislauf zu starten. Der bekannteste und am besten erforschte Superkontinent ist Pangäa, der sich zu Beginn des Perm vor 300 Millionen Jahren bildete und im Jura vor rund 150 Millionen Jahren wieder auseinanderzubrechen begann. Auch sein Vorgänger Rodinia, der vor 1100 bis 750 Millionen Jahren bestand, gilt als gesichert. Die Superkontinente vor Rodinia wie Kenorland oder Ur sind dagegen mehr oder weniger hypothetisch, weil die Spuren aus Proterozoikum und Archaikum zu gering sind.

Gezeiten eher schwach im Verlauf der Erdgeschichte

In einer ersten Studienphase haben sich Green und seine Kollegen den Superkontinentzyklus von Pangäa angesehen und mit einem ozeanographischen Modell die Gezeiten berechnet, wie sie während Zusammenballung, Bestand und Zersplitterung des mesozoischen Superkontinents herrschten. "Wir sehen grundsätzlich einen Trend zu schwachen Tiden, während sich ein Superkontinent formt", berichtet Hannah Davies. Schwache Gezeiten prägen auch die beiden anderen Phasen des Zyklus, wenn der Superkontinent stabil ist und wenn er auseinanderbricht. Allerdings ist dieser Trend nicht gleichmäßig, sondern wird von Episoden besonders starker Gezeiten unterbrochen. "Es gibt wahrscheinlich mindestens zwei solcher Extremperioden pro Superkontinentzyklus, die zusammen aber nicht mehr als 40 Millionen Jahre bei einer Gesamtdauer von 400 oder 500 Millionen Jahre ausmachen", so Mattias Green.

Die moderne Menschheit lebt mitten in einer dieser Supertiden-Perioden. "Wir sind nicht ganz sicher, wann sie begonnen hat, aber es dürfte bereits geraume Zeit vor dem Höhepunkt der jüngsten Kaltzeit begonnen haben", so Hannah Davies. Dieses jüngste Kaltzeitmaximum begann vor ungefähr 24.000 Jahren, und in dieser Periode finden sich Indizien für die bislang stärksten Gezeiten, die im Atlantischen Becken bekannt sind. Die starken Tiden werden noch einige Millionen Jahre, vielleicht 20, vielleicht 30 Millionen, fortsetzen, und sich damit länger hinziehen als die voraussichtliche Lebensspanne der Art Mensch.

Weitere Supertiden auf dem Weg nach Eurika

Der Blick in die Zukunft ist der zweite Schwerpunkt der Arbeitsgruppe um Mattias Green. Sie modellieren mit einem frisch entwickelten Tektonikmodell der Universität Lissabon die Entstehung des nächsten Superkontinents, der Eurika genannt wird, und untersuchen dann mit ihrem ozeanographischen Modell, wie sich die Gezeiten unter diesen Umständen verhalten. Danach wird der Tidenhub im Atlantik drastisch schwinden, wenn dieser weiter wächst und in etwa 20 Millionen Jahren den Resonanzbereich der Mondgravitition verlässt. "Der Hub wird dann nur noch etwa die Hälfte der derzeitigen Werte betragen", betont Green.

Das tektonische Modell, das zur Bildung von Eurika führt, sieht allerdings vor, dass der Atlantische ebenso wie der Pazifische Ozean im Zuge der weiteren Zusammenballung der Landmassen schrumpfen und verschwinden werden, während sich stattdessen in Mittelasien der nächste globale Riesenozean öffnet. "In 150 Jahren wird der Pazifische Ozean klein genug für starke Tiden geworden sein", prognostiziert Mattias Green. Und auch der Atlantik wird irgendwann noch einmal ein kurzes Stadium mit starken Gezeiten durchlaufen. Diese mehrfachen Supertiden während eines Superkontinentzyklus sind nach Greens Angaben unabhängig vom verwendeten tektonischen Modell. Das ist nicht ganz selbstverständlich, denn die Prognosen über den kommenden Superkontinent variieren erheblich. Sowohl in punkto Zeitpunkt als auch in Bezug auf die geographische Konstellation der kommenden Super-Landmasse gibt es keine Übereinstimmung. "Unabhängig von den Modellen sehen wir allerdings zwei Supertiden pro Superkontinentzyklus", erklärt Mattias Green.

Er will sich mit Kollegen in Bangor einige der alternativen Modelle vornehmen und die Gezeiten unter ihren Bedingungen modellieren. Hannah Davies dagegen wird in Lissabon den Blick in die Vergangenheit schärfen. Besonders interessiert sie dabei das Devon, diejenige Periode im späten Erdaltertum, in der die Kontinente zum letzten Mal so gleichmäßig verteilt waren wie heutzutage. "Es ist noch hochspekulativ, aber es scheint damals auch eine Supertide wie derzeit gegeben zu haben", sagt die junge Ozeanographin. Eine Arbeitsgruppe an der Universität Oxford vermutet, dass die starken Gezeiten eine Rolle beim Landgang der Wirbeltiere spielten, der sich im Devon ereignete. Hannah Davies ist bereits sehr gespannt, ob sich diese Hypothese durch ihre Forschungen stützen lässt.