Beschreibung einer Saizgehaitsfront in der 6stlichen Bransfield- StraBe, dem Ursprungsgebiet der Weddeli-Scotia-Konfluenz

Michael S c h r 6 d e r

UDC 551.465.42:551.465.45; Weddell Sea

Zusammenfassung

Die hier vorgestellten hydrographischen Daten aus der oberflfichennahen Schicht (0 bis 200 m) wurden wfihrend der , ,Meteor"-Reise 56 am 10./11. Dezember 1980 innerhalb eines kleinen Gebietes in der Bransfield-Strage gemessen.

Die Auswertung der Profile sowie zweier Vertikalschnitte zeigt eine scharfe Salzgehaltsfront (AS ~ 0,3), die in nord6stlicher Richtung verlfiuft und eine maxi- male Tiefe von 120 m erreicht.

Die (9-S-Kurven der Stationen zeigen das Zusammentreffen von kaltem, salzrei- chem Weddel lmeer-Wasser aus dem Stiden mit w~rmerem, salzarmem Mischwasser der Bransfield-Stra6e im n6rdlichen Teil der Front. Vergleiche mit historischen Daten deuten an, dab es sich bei dieser Front um eine dauernde Erscheinung dieses Seegebietes handelt und sie deshalb ein m6glicher Ursprung der Weddell-Scotia- Konfluenzzone ist, die sich aus dieser Region bis etwa 30 ~ (9st erstreckt.

Characterization of a salinity front in the eastern Bransfield Strait, the source region of the WeddelI-Scotia-Confluence (Summary)

Hydrographic data of the near-surface layer (0 to 200 m) are presented, which were measured in a small area within the Bransfield Strait during December 1980 by RV "Meteor" as part of cruise No. 56.

Profiles and two vertical sections show a sharp salinity front (AS ~ 0.3), in a Northeast direction, extending down to a maximum depth of 120 m.

From (9-S-diagrams two main water masses are obtained. Cold and saline water of the Weddellsea coming from the South, and warmer, less saline water ~f the Bransfield Strait in the northern part of the front. Comparisons with historical hydrographic stations suggests that this front is a continuous phenomenon, which may be possible the origin of the Weddell-Scotia-Confluence extending out of this area as far as 30 ~ E.

Description d'un front de salinit~ dans ia partie orientale du d~troit de Bransfield, r~gion d'origine de la confluence des mers de WeddeH et de Scotia (R~sum~)

Les donn6es hydrologiques de la couche superficielle (0 ~ 200 m) sont pr6sen- t6es, elles ont 6t6 relev6es dans une peti te zone du d6troit de Bransfield, en d6cembre 1980 par le ~Meteor~ au cours de la mission n ~ 56.

Le d6pouillement des profils et deux sections verticales montrent un front accentu6 de salinit6 (AS ~ 0,3) dans la direction Nord-Est atteignant une profondeur maximum de 120 m.

Deux masses d 'eau principales sont pr6sent6es ~ l 'a ide due diagramme (9 S: l 'eau froide et sal6e de l a m e r de Weddel l venant du Sud, et l 'eau plus chaude et moins sal6e du d6troit de Bransfield dans la partie septentrionale du front. Des comparaisons avec des donn6es hydrologiques historiques sugg6rent que ce front est un ph6nom6ne permanent qui peut &re ~ l 'origine de la confluence des mers de Weddel l et de Scotia, laquelle s '6tend de cette zone jusqu'h 30 ~ Est.

218 Dt.hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront

1 Einleitung

Die ,,Meteor"-Reise 56 (2) in die Antarktis f~ihrte u. a. auch in das Gebiet der Bransfield-Strage zwischen den Stid-Shetland-Inseln und der Antarktischen Halbinsel. Die Bransfield-Stra6e ist in drei groge Becken untergliedert, deren Tiefwasser wegen der gerin- gen Schwellentiefe (um 500 m) von den umliegenden Meeresgebieten getrennt ist und durch lokale Konvektion gebildet wird (C 1 o w e s [1934]; G o r d o n und N o w 1 i n [1978]).

Das Wasser oberhalb von 500 m unterliegt dem Einflu6 sowohl der Bellinghausensee als auch des Weddellmeeres. Wfihrend der ,,Meteor"-Reise 56 wurde tiber einen Zeitraum von 20 Tagen ein starker Salzgehaltssprung an der Oberflfiche an dicht beieinander liegen- den Positionen der 6stlichen Bransfield-Strage festgestellt und am 10./11. Dezember 1980 im Bereich yon 62 ~ 30' S und 56 ~ 40' W genauer untersucht (Z e i t z s c h e 1 und Z e n k [19811).

Eine fihnliche Frontalzone innerhalb der Bransfield-Stra6e beschrieb schon C 1 o w e s [1934]. Er deutete dies auf den Ubergangsbereich yon Weddellmeer-Wasser, das entlang der antarktischen Halbinsel nach Sfidwesten str6mt, und Wasser mit Ursprung in der Bellinghausensee, welches sich im Nordteil der StraBe entlang der Siid-Shetland-Inseln nach Nordosten verlagert. Die Lage der Front im Querschnitt der Stra6e verschiebt sich dabei innerhalb des S/idsommers von S/id nach Nord. Ahnliche l~lberlegungen ffihrten bei S t e i n [1983] zu einer Gliederung der Wassermassen innerhalb der Bransfietd-Stral3e nach ihren Ursprungsgebieten.

Bei P a t t e r s o n und S i e v e r s [1980] wird dieses Gebiet als Ausgangspunkt ffir die Weddell-Scotia-Konfluenzzone angesehen, die sich von der 6stlichen Bransfield-Strage bis etwa 30 ~ E entlang des 60 ~ Breitenparallels erstreekt und die Wassermassen der Scotiasee von denen des Weddellmeeres trennt.

Die Auswertung von Oberfl/ichenwerten yon Temperatur und Salzgehalt der ,,Meteor"- Reise 56 bei W i t t s t o c k und Z e n k [1983] zeigt die ungeffihre Lage der Salzfront innerhalb der Box.

Die geographische Lage und die B0dentopographie sowie das Stationsgitter des Unter- suchungsgebietes sind in Abb. 1 dargestellt.

62'

S

63 ~

.1 I [ 9

I X 2

I |

58*

l x11 sX~r a

12 x

~ a n S ~ i e I d i t I

W 56 ~

Abb. 1 a

Dt.hydrogr. Z. 36, 1983. H.6. S c h r 6 d e r, S alzgehaltsfront 219

I 57" 5 6 ~ 0 ' [ 6 2 " ! 8 62o18 �9

62o36 ' 62"36 '

. 1 2 0 0

�9 @

h z ~ iooo

f ",/,l '''-

9 0 0 ~ 123w

0o- , , / ; N , , , 400-- "% / L 12-/ %__

.ao o)~Z ':'~ B

57"

Abb. I b

Abb. 1. a) Obersichtskarte der 6stlichen Bransfield-StraBe mit dem Stationsnetz der ,,Meteor"-Reise 56 in der Box K und Positionen der Vergleichsstationen

(Zahlen beziehen sich auf Numerierung in Tabelle 1)

b) Innerhalb der Box sind augerdem die Lage der Vertikalschnitte (A, B) sowie die Bodentopographie mit der Tiefe in m dargestellt. Die Landkonturen dienen nur zur Orientierung.

Sie sind unvollstfindig

Fig. 1. a) Chart of the eastern Bransfield Strait with stations of "Meteor"-cruise 56 inside box K and distribution of comparative stations (Numbers refer to the specification in Table 1)

b) Beside bottom topography with depth in m, lines of stations to construct vertical section A, B are shown. Land contours are only for orientation; they are'incomplete

2 Datensatz

Der hier ausgewertete Datensatz wurde w~ihrend der ,,Meteor"-Reise 56 am 10./112 De- zember 1980 in der 6stlichen Bransfield-Strage aufgenommen. Me13tr~ger war die Optik- sonde aus dem Institut fOr Angewandte Physik in Kiel, mit der die Verteilung partikulfirer Substanzen im Tiefenbereich 0 bis 200 m im Zusammenhang mit Salzgehalts- und Tempera- turdaten untersucht werden sollte (Haardt und Maagen in Z e i t z s c h e 1 und Z e n k [1981] und H a a r d t , M a a 13 e n [1983]). Zur Verfogung standen Profile der Temperatur und der elektrischen Leitfiitiigkeit von 15 Stationen im Gebiet 62 ~ 20' S bis 62 ~ 36' S und 56 ~ 20' W bis 57 ~ W (Abb. 1). Es wurde bis zu e~ner Wassertiefe von maximal 210 m gemessen. Zus~itzlich wurden an 12 teilweise unterschiedlichen Positionen (Abb. 4) Wasser- proben aus etwa 3,5 m Tiefe gezogen, mit denen die Salzgehaltswerte der Optiksonde korrigiert wurden. Die Salinometrierung der Wasserproben wurde im Institut for Umwelt- physik, Universit~it Heidelberg mit einem Guildline Autosal durchgefohrt. Die Genauigkeit

220 Dt.hydrogr. Z.36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront

wird mit + 0,003 angegeben. Ffir die Wassermassenanalyse wurden zum Vergleich 6 histori- sche Profile aus dem Southern Ocean Atlas (G o r d o n , M o 1 i n e 11 i und B a k e r [1982]) der Monate November bis Januar sowie ein Profil der , ,Walther Herwig" vom 16.03. 1983 (S t e i n [1983]) herangezogen (Tabelle 1).

T a b e l l e 1

Daten der Vergleichsstationen

T a b l e 1

Data of comparative station

Nr. Schiff Stat. Nr. Megtiefe Datum

m

1 ,,Discovery II" D 543 1 500 20.12. 1930

2 ,,Discovery II" D 544 1 000 20.12. 1930

3 ,,Eltanin" 6/71 399 02.01. 1963

9 ,,Discovery II" 1012 600 06.11. 1932

11 ,,Discovery II" D 545 500 20.12. 1930

12 ,,Discovery II" D 546 500 20.12. 1930

5 ,,Walther Herwig" 246 253 16.03. 1983

Im folgenden Text ist mit Salzgehalt S i m m e r der praktische Salzgehalt gemeint (Unesco [1981]).

3 Hydrographie der Frontalzone

Die Salzgehaltsprofile der Stationen 119 bis 122 entlang des Schnittes A in Abb. 2 a zeigen einen deutlichen Sprung der Salzgehaltswerte an der Oberflfiche von AS _> 0,2. Diese Differenz verstfirkt sich his 37 m Tiefe auf AS ~ 0,3 und bleibt auf diesem Wert bis etwa 60 m. Von dort nimmt die Salzgehaltsdifferenz nahezu linear ab bis 110 m u n d verschwindet v611ig in tieferen Bereichen.

Die Stationen 127 his 131 des Schnittes B (Abb. 3 a) weisen an der Oberflfiche einen Unterschied von AS = 0,3 im Salzgehalt auf. H ie r nimmt dieser Differenzbetrag jedoch stark bis 35 m Tiefe ab und betr/igt dort AS = 0,1.

In 85 m Tiefe ist kein Salzgehaltsunterschied mehr festzustellen. Eine Ausnahme bildet Station 129, die im gesamten Tiefenbereich von 40 bis 200 m h6here Salzgehalte aufweist.

Die Profile der potentiellen Temperatur des Schnittes A geben den Frontcharakter nicht wieder (Abb. 2 b). Die Oberfl/ ichentemperatur liegt zwischen t~ = - 0 , 7 5 ~ und 0 = -0 ,98 ~ und nimmt bis zu einer Tiefe von 120 m auf Wer te 0 - - 1 , 0 8 ~ Danach steigt die Temperatur der mitt leren Stationen 120, 121 bis 200 m u m A 0 = 0,2 ~ an, w/ihrend die Stationen 119 und 122 weiter fallende Temperaturen zeigen.

Einen deutlichen Temperatursprung von 0 = -0 ,75 ~ nach 0 = - 1 , 3 5 ~ verzeichnen jedoch die Stationen entlang des Schnittes B an der Meeresoberflfiche. Diese Differenz verschwindet allerdings bei 30 m Wassertiefe v611ig. Allgemein nimmt die Temperatur der Profile bis 50 m auf Wer te um t~ = - 1 , 5 ~ und zeigt erst bei Wassertiefen z -> 160 m steigende Tendenz. Ein abweichendes Verhalten von den glatten Profilen der anderen Stationen zeigt die Tempera tur an der Station 131. In mehreren Tiefenbereichen treten hier

0

MPa

P 1,0

2,0

S 34,0 34,5

MPaJ

1,0 -- P

2,0

S 34,0 34,5

I

•)2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0C 0

M P a ~ 0,5

1,0

i 1,8

2,0

Ot " 027,0 27,5 28,0

121 J20

MPa ~

2,0 ~

-2,0 0

MPa

0,5

1,0 P

1,5

2,0

27,0

~ MPa

1,0 ~-- P

;2,o I

r-- om -1,5 ~ -1,0 #~ -0,5 oC ~311 i I I

27,5 ~

Abb. 2 Abb. 3

28,0 I I

oben: Salzgehalt, Mitte: potentielle Temperatur, unten: Dichte (%)

top: salinity, middle: potential temperature, bottom: density (%)

Abb. 2. Profile der Sta'tionen 119 bis 122 entlang des in Abb. 1 gezeigten Schnittes A. Sie zeigen deutlich den Frontbereich zwischen den Stationen 120 und 121 bis 110 m Tiefe.

Fig. 2. Profiles of stations 119 to 122 along section A (Fig. 1). They show the frontal zone between station 120 and 121 up to a depth of 110 m

Abb. 3. Profile der Stationen 127 bis 131 entlang des in Abb. 1 gezeigten Schnittes B. Die Frontalzone zwischen den Stationen 129 und 130 reicht hier nur bis in eine Tiefe von 50 m.

Fig. 3. Profiles of stations 127 to 131 along section B (Fig. 1). Between station 129 and 130 the front is only visible down to 50 m depth

222 Dt.hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront

Temperaturinversionen von 10 bis 20 m Mfichtigkeit auf (Abb. 3 b), die dutch den zungenar- tigen Einschub warmen Wassers aus dem n6rdlichen Bereich der Front entstehen.

Die Dichte-Profile ( a ) (Abb. 2 c, 3 c) beider Schnitte geben die gleichen Strukturen wieder, die schon bei den Salzgehalten beschrieben wurden. Deutlicher tritt hier jedoch die Schicht yon 110 m bis 170 m i m Schnitt A hervor, in der jede Station nur Unterschiede von A a t <-- 0,5 aufweist. Dagegen nehmen die Schwankungen in a t auBerhalb dieses Tiefenberei- ches der Stationen untereinander zu. In Schnitt B gibt es einen dermagen gekennzeichneten Bereich nicht.

Die Abbildungen 4 und 5 geben d~e Lage der Isohalinen und Isothermen an der Oberflfiche an. Insbesondere die Darstellung des Oberflfichensalzgehalts gibt den Frontver- lauf deutlich wieder und hat zwischen den Stationen 120/121, 124/125 und 129/130 seine stfirksten Gradienten. Dies stimmt mit der Auswertung der Daten des Thermosal inographen yon W i t t s t o c k und Z e n k [1983] iiberein. Eine Fortsetzung der Front nach Osten wiirde dem an die Weddell-Scotia-Konfluenz (WSK) gekoppelten Salzgehaltssignal entspre- chen, das P a t t e r s o n und S i e v e r s [1980], ausgehend yon Station DS 1012 (Position 9), ostwfirts fanden.

Den h6chsten Wer t im Oberfl~chensalzgehalt weist Station 127 im Siidosten der Box mit S = 34,42 auf, wfihrend im gesamten nordwestlichen Teil der Front Salzgehalte yon S = 34,00 bis S = 34,15 vorherrschen. Mit 0 = - 1 , 2 9 ~ ist das Gebie t um Station 127 auch der kfilteste Bereich der gesamten Box.

6 2 ~

1 9 '

6 2 c

3 5 '

X

. . o / l i l - 1~'34,2

"- d 'Y l i . . -

34,3 SS ""~

3 4 , 4 ~ x X

5 6 0 5 5 S W 5 6 ~ '

Abb. 4. Oberflfichensalzgehalt in praktischen Salzgehaltseinheiten innerhalb des Stationsnetzes der in Abb. 1 gezeigten Box K.

�9 bezeichnen die Stationen der Optiksonde x bezeichnen die Positionen der Wasserproben

Fig. 4. Surface salinity in practical salinity units of box K as shown in Fig. 1.

�9 indicate stations of 'Optiksonde' x indicate positions of bottle sampling

Dt. hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Sahgehaltsfront 223

62 ~ 1 9 '

S

62 c

�9

35' 5 6 ~ ' W 56~ '

Abb. 5. Potentielle Oberflfichentemperaturen in ~ innerhalb des Stationsnetzes der in Abb. 1 gezeigten Box K. Die unterschiedliche Schraffur zeigt die Einteilung der Stationen

in die Gruppen Ibis III (Tabelle 3)

Fig. 5. Surface potential temperature in ~ of box K. Different hatching shows classification of stations into groups I to III (Table 3)

Die r~iumliche Vertikalstruktur der Front an den beiden ausgewghlten Schnitten A und B wird aus den Isohalinen (Abb. 6) am deutlichsten. So reicht im Nordosten der Box (Schnitt A) der Einflu6 der Front bis in eine Tiefe yon 120 m hinab, w~ihrend im S~dwesten (Schnitt B) nur der oberflfichennahe Bereich bis 40 m beriihrt wird.

Stat. No. 122 121 120 t l 9 133

0

MPa

p0,5

1,0

1,5

2,0

i i i i I

S 34,0 34,1 34,2 34,2

-- ~ - 34,3

34,4

34;5

Abb. 6a I , , ~ L I E , J , I , 0 5 km 10

224 Dt. hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront

Abb. 6 b

Stat.No. 131 130 129 128 127

o

MPa

0,5

1,0

1,5

2,O

I l I I I

S 34,1 34,2 3/,,3 3/,,4

_ 3 4 , 5 ~ 3 4 ' 5

I i i M i 1 i i i i I i i i L 0 5 km 10

Abb. 6. Vertikalschnitte des Salzgehaltes entlang der in Abb. 1 angegebenen Linien. Sie zeigen die unterschiedliche Tiefenlage der Front innerhalb der Box.

a) Schnitt A, b) Schnitt B. Die L~inge der Profile ist gestrichelt gezeictmet

Fig. 6. Vertical sections of salinity along lines shown in Fig. 1. They illustrate regional variation of the front depth.

a) section A, b) section B. The dashed line shows the depth of the profiles

Stat. No.

0 D

MPa

0,5 P

1,0

1,5

2,0

131 130 129 128 127 I t I I I

om,n

I l I I I I l I I I I I t I w o 5 km lo

Abb. 7. Vertikalschnitt der potentiellen Temperatur in ~ entlang des Schnittes B. Das Temperaturminimum (O~a.) sinkt auf einer Strecke von ~- 11 km um etwa 100 m ab und erreicht

unterhalb der Front (Stat. 129 bis 130) eine Tiefe von 135 bis 165 m

Fig. 7. Vertical section of potential temperature along line B. The temperature minimum l~min increases it's depth about 100 m over a horizontal distance

of ~11 km. At the front (Stat. 129 to 130) l~rnin reaches a depth Of 135 to 165 m

Dt.hydrogr.Z.36, 1983. H.6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront 225

Die Verteilung der potentiellen Tempera tur entlang des Schnittes B zeigt eine kalte Wasserzunge 0 --- - 1 , 5 ~ von 90 bis 130 m M~chtigkeit, deren Kern im Bereich der Front (Stat. 129/130) eine um 80 m tiefere Lage einnimmt als im Stidostteil der Front (Abb. 7). Dieser Einschub kal ten Wassers in der Frontalzone ist bei Schnitt A nicht zu beobachten.

4 Relative Geschwindigkeiten

Die Berechnung der Str6mungsgeschwindigkeiten mug sich wegen fehlender Ankoppe- lungspunkte (Verankerungsdaten, Nullschicht) auf den baroklinen Antei l der relativen Geschwindigkeiten beschrgnken.

Es wurde zunfichst das Integral der Anomal ie des Geopotentials yon 0 bis 2 MPa an jeder Station berechnet und daraus die relative Topographie der Anomal ien des Geopo- tentials an der Meeresoberfl~iche bezfiglich der 2-MPa-Flfiche gezeichnet (Abb. 8). Die

2 S-2 Angaben erfolgen in 10 I m .

62 ~ 19' �9 /

�9 s~,

9 , 5 . ~ � 9 ["

' _ - - - " ~ / s " - 0 - " - . ~ �9 8,0 0 / s s ' ~ .

s

7,5

7,O , / - - 620 6,5 �9 3 5 '

56055 ' W 56~ '

Abb. 8. Anomalie des Geopotentials der Wasseroberflfiche in 10 ~ m: �9 s 2 bezfiglich der 2-MPa-Fl~iche innerhalb des Stationsnetzes der in Abb. 1 gezeigten Box K

Fig. 8. Topography of geopotential anomaly at the sea surface relative to the �9 - 1 2 - 2 , ,

2 MPa-surface m 10 m �9 s reside box K (Fig. 1)

Die Isolinien teilen die Box in drei Unterbereiche K 1 bis K3, deren Trennungslinie in etwa zwischen den Stationen 120 - 125 - 130 sowie 132 - 124 - 130 verl~iuft. N6rdlich dieser Linie befinden sieh die starksten Gradienten zwischen den Stationen 120 und 121. Im Siidteil sind die Gradienten schwficher ausgepr~igt und gleichm~ifSiger verteilt. Es wurden die relativen Str6mungskomponenten senkrecht zu den Seiten der Gebie te yon 0 bis 2 MPa mit der dynamischen Methode berechnet und aus den Vektoren des jeweiligen Gebietes der Summenvektor fiir K 1 und K 2 ermittelt (Abb. 9). Wegen der sehr geringen Geschwindigkei-

226 Dt. hydrogr. Z.36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront

6 2 o

1 9 '

6 2 ~ 3 5 '

5 6 ~ ' W 5 6 0 2 5 ,

Abb. 9. Stromkomponenten in cm �9 s -1 der relativen Str6mung durch die Seitenflfichen der Teilgebiete K 1 bis K 3 von 0 bis 200 dbar.

AuBerdem sind die Summenvektoren Va und V 2 dargestellt. Sie beschreiben das Mittel des baroklinen Stromanteils fiber das jeweilige Polyeder

Fig. 9. Velocity components in cm �9 s - 1 of the relative current through the sides of areas K 1 t o K 3 from 0 to 2 MPa.

Additionally the vectors V 1 and V 2 are drawn, which represent the mean baroctinic part of current velocity in each polyhedron

ten durch die Begrenzungsf l f ichen von K 3 wird ffir dieses Geb ie t kein S u m m e n v e k t o r berechnet . Die V e k t o r e n v 1 und v 2 geben damit das Mit tel ffir die be iden Vie lecke K1, K 2 bis zur Wasser t iefe 200 m der re la t iven Stromgeschwindigkei t an. Vek to r v 2 ist mit 7,8 cm �9 s

�9 - 1 . .

etwa 1,3real gr613er als Vek to r v 1 mlt 5,8 cm �9 s . Die mlt t lere S t romrich tung ffir K 1 betrfigt 63 ~ f/Jr K z 75 ~ rechtweisend Nord . A u c h ffir den mi t t le ren Vek to r der gesamten Box (Kp K 2

- 1 .

und K3) ergeben sich fihnliche Wer te VI, 2 = 7,9 cm �9 s in 67 ~ wobe i die stark mit Feh le rn behaf te ten S t romberechnungen zwischen den Stat ionen 130 und 131 und des Stagnations- gebietes K 3 ve rmieden werden.

Bei der Berechnung der Vo lumen t ranspor t e durch die seit l ichen Begrenzungsf l f ichen der Geb ie t e K 1 bis K 3 e rgeben sich ffir E ins t rom und Auss t rom annfihernd gleiche Wer te , was auf geringe Ver t ika lkonvek t ion im Bere ich des mi t t le ren Frontbere ichs schl iegen 1N3t (Tabel le 2). U m die Tiefenabh~ingigkeit der re la t iven barokl inen S t r6mung zu untersuchen , wurden die Geschwind igke i t skomponen ten normal zu den Fl~chen der Box K sowie der Trennflf iche zwischen K 2 und K 3 in 20-m-Interval len fiber die Tiefe aufget ragen (Abb. 10 a, b).

Dt.hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront 227

Entlang des Schnittes A steigen ab 20 m Tiefe die Geschwindigkeitsgradienten st/irker an als bei Schnitt B und gehen bereits in 120 m Tiefe auf Null zurfick. In Schnitt B bleibt der

-1 Gradient jedoch ab 50 m Tiefe konstant mit 3,5 cm �9 s pro 100 m bis zum Ende der Profile in 200 m . Eine Festlegung der NuUinie in Abb . 10 a, b ist nicht m6glich, weil ein Punkt mit bekanntem Geschwindigkeitsbetrag fehlt.

T a b e l l e 2

Volumentransporte dureh die Seitenfliichen der in Abb. 9 dargestellten Teilgebiete K1 bis K3 yon 0 bis 200 m Tiefe

T a b l e 2

Volume transport from 0 to 200 m depth through the sides of area K1 to 1(,3, shown in fig. 9

Einstrom Ausstrom E /A

m 3 . s-1 m 3 . s-1

K1 2,57- 105 2,62.105 0,98

Ke 3,36- 105 3,30- 105 1,02

K3 1,55" 104 1,38" 104 1,12

Die St romkomponente durch die Trennfliiche zwischen K 2 und K 3 (Abb. 10 b) zeigt sehr geringe Wer te fiber den gesamten Tiefenbereich, was auf den nahezu frontparallelen Verlauf der Str6mung zurfickzufiihren ist. AuBerdem wird dadurch die Tatsache der Einffih- rung einer Trennflgche an dieser Position gestfitzt. Die relativen Stromkomponenten der beiden langen Seiten der Box zeigen einen fihnlichen Verlauf wie in Abb. 10 a nur mit geringeren Strombetr/igen zwischen Oberflfiche und Referenzniveau. Die Stromkompo- nente durch die Trennfl/iche zwischen K 1 und K 3 ist wegen zu geringer Geschwindigkeiten ( [ V[ < < 0 , 5 cm �9 s -1) nicht dargesteUt.

228 Dt.hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront

O -

m

2O

1 0 0 -

2 0 0

Vre l ~

0 1 2 c m s -1 5 I I L I t I

~.. ~o

\ \

\ \ 131-12"/

SCHNITT B

\

i i

1 2 2 - 1 1 9 SCH N1TT A

Abb. 10 a

Dt.hydrogr.Z.36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront 229

O -

re

2O

Z

100 -

2 0 0 -

i I

@

/ f i r r 139-120

Vre I

0 1 2 cm s -1 5 I I I I I

\ \ . \ \

\

1 1 9 - 1 2 7 122-131

Abb. 10 b

Abb. 10. Vertikalstruktur der Normalkomponente des baroklinen Stromanteiles zwischen a) den Endpunkten der Schnitte A und B,

b) den Endpunkten der parallel zur Front verlaufenden Gebietsgrenzen von 1( 2 und K 3 (Abb. 9) fiber dem Tiefenbereich 0 bis 200 m.

Die Numerierung der Kurven entspricht den in Abb. 1 angegebenen Stationen der Box K

Fig. 10. Vertical structure of the normal component of baroclinic current velocity in the range of 0 to 200 m between a) endpoints of sections A and B,

b) endpoints of the boundary of I( 2 and 1<3, which runs nearly parallel to the front (Fig. 9). Numbers at the curves indicate the stations listet in box K in Fig. 1

230 Dt . hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront

5 Wassermassenanalyse

Die untersuchte Box zeigt das Vorhandensein zweier unterschiedlicher Wassermassen, deren Grenzlinie durch die scharf ausgepdigte Salzgehaltsfront gebildet wird. Zur Charakte- risierung dieser Wasserk6rper wurden die 15 Stationen in 3 Gruppen unterteilt , deren O-S-Diagramme deutlich verschiedene Strukturen aufweisen. Die riiumliche Einteilung ist in Abb. 5 dutch unterschiedliche Schraffur gekennzeichnet. Tabelle 3 dient zusiitzlich als Ubersicht.

T a b e l l e 3

Gruppeneinteilung der ,,Meteor"-Stationen nach Besonderheiten in den O-S-Kurven

T a b l e 3

Classification of "Meteor"-stations on O-S-curve characteristics

Gruppe I Gruppe II Gruppe II I

Stat. 123 Stat. 119 Stat. 121

127 120 122

128 124 125

129 130 126

132 131

133

Aus den Einzelprofilen jeder Station innerhalb einer Gruppe wurden jetzt horizontal gemittelte Profile M I bis M III errechnet (Abb. 11). Sie geben den Dichtesprung von 0,3 at-Einheiten an der Oberfl/iche wieder und bestfitigen die mittlere Tiefe der Frontalzone von z ~ 100 m.

27,0 27,5 28,0

M

MPa

1,0

i -

2,0

Abb. 11. Mittlere Dichteprofile (at) der jeweiligen Stationen eines der in Abb. 5 gezeigten Gebiete I bis III

Fig. 11. Mean density profiles (at) of stations in groups I to III as shown in Fig. 5

Dt. hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront 231

Die O-S-Diagramme der mittleren Profile zeigen die unterschiedlichen Strukturen, die durch den verschieden starken EinfluB der beteiligten Wassermassen hervorgerufen werden (Abb. 12).

Die Stationen der Region I (M I) liegen, abgesehen von den obersten 30 Metern, im Bereich kalten, salzreichen Weddellmeer-Wassers mit potentiellen Temperaturen yon t~ = - 1 , 4 ~ bis v a = - 1 , 6 ~ und Salzgehalten von S = 34,37 bis S = 34,53. Diese Wassermassen identifizierten F o s t e r und C a r m a c k [1976] als Winterwasser der Wed- dellsee (0 = - 1 , 6 ~ bis 0 = - 1 , 8 ~ Auch die Auswertung der FIBEX-Daten von Januar-M/irz 1981 (BIOMASS [1982]) ergab Weddellmeer-Wasser am 6stlichen Ausgang der Bransfield-Strage.

Das Mischwasser der Region II (M II) zeigt in Tiefen z --> 90 m deutlich den EinfluB des Weddellmeeres. Im oberen Bereich 0 bis 90 m ist das Wasser um etwa 0,3 ~ erw/irmt und deutlich salzfirmer. Dies deutet auf eine Vermischung mit Resten von Bellinghausensee-

0,00 27,20 27,30 27,40 27,50 27,60 27,70 27,80 27,90

o 0

-0,40

O

-0,80

-i ,20

-1 ,60

-2 ,S0 3 3 , 7 S 3 4 , 0 0 3 4 , 2 S 34 ,SO 3 4 , 7 5

$ P

Abb. 12. Mittlere | der in Abb. 5 gezeigten Gebiete Ibis IIi. Sie zeigen die unterschiedfiche Struktur der Kurven im Oberfl~ichenbereich, w~ihrend ab etwa

100 m Tiefe eine Hfiufung der Punkte im Bereich des Weddellmeer-Wassers auftritt

Fig. 12. Mean O-S-diagrams of the stations in groups I to III. They show different structures near the surface and a cumulation of points

below 100 m depth in the region of Weddellsea water

232 Dt. hydrogr. Z. 36, 1983. H.6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfrout

Wasser hin, dessen Kern Werte zwischen # _ 0,0 ~ bis # = - 0 , 5 ~ S = 33,70 bis S = 33,95 aufweist (S t e i n [1983]). Zus~tzlich modifiziert wird dieses Wasser durch lokale Prozesse auf dem Schelf in der westlichen Bransfield-Stra6e. Auch diese Wassermasse findet sich im BIOMASS Report [1982] unter der Klassifizierung Brw (Wasser der Brans- field-Stra6e unter Weddellmeer Einflu6) wieder.

Die Region III (MII I ) zeigt auch in Tiefen z --> 100 m eine Erwfirmung des sahreichen Wassers um 0,2 ~ und l~i6t dabei noch gerade seinen Herkunftsbereich aus dem Weddell- meer erkennen. Oberhalb einer Tiefe von 100 m knickt die Kurve stark zu salzarmen Werten S -< 34,3 ab, wobei der Bereich u m 5 0 m im Obergang von Region II zu III etwas kfilter wird.

27~I0

0,40

oC

l O,O0

t

- 0 , 4 0

-0,80

- I ,20

-I ,60

27,20 27,30 27,40 27,50 27,60 27,70 27,80

- 2 , 0 0 3 3 , 7 5 3 4 , 0 0 3 4 , 2 5 3 4 , 5 0 3 4 , 7 g

S ,.

Abb. 13. T-S-Diagramme der in Abb. 1 gezeigten Vergleichsstationen. Weitere Angaben zu den Positionen werden in Tabelle 1 dargestellt

Fig. 13. T-S-curves of comparative stations as shown in Fig. 1. Additional information on each station is given in Table 1

27,90

Dt. hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r, Salzgehaltsffont 233

Im Vergleich der Kurven M I, M II und M HI in Abb~ 13 deutet sich ein Trend derart an, dab 1. die 100-m-Linie bezfiglich des Salzgehaltes eine Trennlinie darstellt, 2. Wasser aus der Tiefe z ----- 100 m sich im Ubergang von Sfid nach Nord st~irker erw~irmt

(A0 ----- 0,3 ~ als den Salzgehalt ~indert (AS -< 0,02) 3. Wasser im Bereich z ----- 100 m stfirker den Salzgehalt/indert (AS -< 0,3) als die Tempera-

tur (A0 --< 0,15 ~ Diese Vermutungen werden durch das T-S-Diagramm der Station 246 der ,,Walther

Herwig" (S t e i n [1983]) bestfitigt, das 3 Monate sp/iter an einer Position nut etwa 10 km vonder Box enffernt gemessen wurde. Dieses extreme Aussehen der Kurve ist in Abb. 13 unter Nr. 5 dargestellt. Der Tiefenbereich umfal3t die oberen 250 m der Wassers~iule und zeigt deutlich w~irmeres Tiefenwasser als Oberfl/~chenwasser. Ffir die Erw~irmung des Tie- fenwassers ist vermutlich das zeitweilige Vordringen des Warm Deep Waters (WDW) von Westen her in die Bransfield-StraBe in Tiefen von 200 bis 500 m von Bedeutung (C 1 o w e s [1934]).

Die anderen Vergleichsdaten des Southern Ocean Atlas (G o r d o n e t al. [1982]) sind bis auf Position 9 (Tabelle 1) ~ihnlich strukturiert wie die vorliegenden Meteor-Daten, jedoch zeigt sich bei allen eine Temperaturabweichung von 0,4 ~ bis 0,8 ~ zu h6heren Temperaturen. Die Kalibrierung der Optiksonde ergibt ffir den Temperatursensor eine Genauigkeit von ---0,05 ~ was auch Vergleiche mit Profilen der Multisonde im gleichen Seegebiet zeigen. AuBerdem ist in den T-S-Kurven kein Abknicken der Daten zu niedrigen Salzgehaltswerten in den oberen 100 m der Wassers~iule erkennbar. Dies ist insbesondere wegen des etwa gleichen Zeitpunktes im Jahr erstaunlich. Allerdings hat die weiter sfidlich bei 62,767 ~ S und 57,184 ~ W liegende Station D546 der Discovery II aus dem Jahre 1930 entsprechende Oberfl/ichentemperaturen ( -0 ,6 ~ (Tabelle 1, Position 12), was-mit einer ebenfalls vorhandenen Wassermassengrenze weiter siidlich zusammenh/ingen kOnnte. (Wegen der Obersichtlichkeit ist D546 in Abb. 13 nicht dargestellt.)

DaB es sich bei beiden Erscheinungsformen (1930 und 1980) um die gleiche Grenzlinie zwischen nach Westen vordringendem Weddellmeer-Wasser und nach Osten ausfliel3endem Wasser der Bransfield-StrafSe handelt, ist sehr wahrscheinlich.

6 Fehlerbetrachtung

Bei der Beurteilung der Daten ist ein erh6htes Mag an Fehlerm6glichkeiten zu beriick- sichtigen. Bedingt durch zeitweilige Ungenauigkeiten bei der Satellitennavigation muB der Fehler in den Positionen der Boxstationen mit --> + 500 m angesetzt werden, Dies schlfigt sich natfirlich bei der Bestimmung der relativen Geschwindigkeiten mit der dynamischen Methode nieder, insbesondere weft die Entfernungen zwischen den Stationen mit 3 bis 16 km bereits sehr gefing sind.

Da der absolute Fehler in der Berechnung der relativen Stromgeschwindigkeiten abh/in- gig vom Fehler in der Berechnung der Anomalien zweier Stationen sowie vom Mel3fehler der Entfernung zwischen ihnen ist, geben die in Abb. 9 dargestellten Stromkomponenten nur eine Vorstellung fiber die Gr6Benordnung der herrschenden Str6mungen. Will man jedoch die Zuverlfissigkeit eines hofizontalen Str6mungsbildes beschreiben, ist die Einffih, rung eines relativen Fehlers notwendig. Dieser ergibt sich nach F o m i n [1964] zu

d c _ 2 H d v t

c A D

dabei sind c relative Stromgeschwindigkeit

dc Fehler in der Bestimmung der relativen Stromgeschwindigkeit H Abstand der isobaren F1/ichen

dv t Fehler in der Bestimmung des spezifischen Volumens AD Differenz der Anomalien zweier Stationen.

234 Dt.hydrogr. Z. 36, 1983. H.6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront

Der Fehler in der Bestimmung des spezifischen Volumens dv t wird dabei mit + 0,02 at-Ein- heiten angenommen.

Innerhalb der Box ergeben sich damit mit t lere Fehler von 44% bis 57 % auf den langen Seiten sowie 400% zwischen direkt benachbarten Stationen in der Bestimmung der relativen Geschwindigkeiten im Bereich 0 bis 2 MPa. Ftir die mitt leren Vektoren ipl, ~'2 ist damit ein Fehler yon 57% bzw. 50 % verbunden. D as durch diese Vektoren dargestell te Geschwindig- keitsfeld erscheint deshalb noch als realistisch.

Die durch interne Gezeitenwellen entstehenden Ver~inderungen der Schichtung k6nnen wegen fehlender Daten nicht untersucht werden, jedoch erscheint ihr Einflul3 in diesem Gebiet gemischter, t iberwiegend eintfigiger Gezeiten, insbesondere wegen der sich stark ~indernden Bodentopographie, als nicht vernachlfissigbar.

7 SchluBfolgerungen

Die Auswertungen der O-S-Daten eines relativ kleinen Gebietes der Bransfield-Strage zeigen eine deutliche Frontalzone mit ausgepr/igtem horizontalen Salzgehaltsgradienten von A S = 0,3 auf etwa 3km. Sie trennt salzreiches, kaltes Wasser des Weddel lmeeres von salzarmem, wfirmeren Mischwasser der Bransfield-Strage. Die Stromrichtung der retativen baroklinen Antei le ist nordostw/irts gerichtet und parallel zur Front.

In Ubereinst immung mit historischen Daten (C 1 o w e s [1934]) und Untersuchungen im 6stlich anschliel3enden Seegebiet des Stid-Scotia Bogens (P a t t e r s o n und S i e v e r s [1980]) sowie neueren Daten aus der Bransfield-Stral3e (S t e i n [1983] und W i t t s t o c k und Z e n k [1983]) ist es wahrscheinlich, dab dieses Gebiet Ausgangspunkt ftir die Weddell- Scotia-Konfluenz-Zone ist, und mehr noch, die gefundene Front ein st/indig vorhandenes Merkmal dieses Seegebietes ist. Erste biologische Auswertungen zeigen, dab Unterschiede in den Kril l-Konzentrationen (BIOMASS [1982]) sowie der Artenzusammenstel lung des Planktons und der St/irke der Prim/irproduktion (Z e i t z s c h e 1 und Z e n k [1981]) diesen Bereich zu einem sehr komplexen und f/Jr Biologen besonders interessanten Untersuchungs- gebiet machen.

Danksagung

Diese Arbei t wurde v o n d e r Deutschen Forschungsgemeinschaft, Bonn, untersttitzt. Ftir die Bereitstellung der Rohdaten der Optiksonde danke ich Dr . Haardt und Dr. Maagen aus dem Institut ftir Angewandte Physik, Kiel. Herrn Dr. Zenk bin ich for die Zusatzinfor- mationen tiber den Fahrtverlauf und die Diskussionen tiber Fragestellung und Auswertung der Daten sehr dankbar.

Dt.hydrogr. Z. 36, 1983. H. 6. S c h r 6 d e r , Salzgehaltsfront 235

References

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Eingegangen am 12. Dezember 1983

Angenommen am 17. Februar 1984

Anschrift des Verfassers: Michael Schr6der Institut fiir Meereskunde an der Universitgt Kiel, Diisternbrooker Weg 20, 2300 Kiel 1 z.Z. GKSS Forschungszentrum Geesthacht, Max-Planck-Strage, 2054 Geesthacht