Funktioniert der Kohlenstoffkreislauf im Südlichen Ozean anders als gedacht?
Kieselalgen — eine wichtige Komponente im Nahrungsnetz des Südlichen Ozeans — spielen in der biologischen Kohlenstoffpumpe offenbar eine deutlich kleinere Rolle als bislang angenommen.
In einer neuen Studie unter der Leitung des britischen National Oceanography Centre (NOC) macht das internationale Forschungsteam eine Entdeckung, die das Verständnis über die biologische Kohlenstoffpumpe im Südlichen Ozean auf den Kopf stellt.
Seit Jahren geht man davon aus, dass Kieselalgen, die im Südlichen Ozean häufig die Gemeinschaft des pflanzlichen Planktons dominieren, eine entscheidende Rolle spielen beim Transport von Kohlendioxid in die Tiefsee, wo es für sehr lange Zeit gespeichert und der Atmosphäre entzogen wird.
Weil Kieselalgen, auch Diatomeen genannt, eine Schale aus Siliziumdioxid mit relativ hoher Dichte besitzen, dachte man, dass sie deshalb eher absinken und somit ein wichtiges Transportmittel für Kohlenstoff sind.
Doch jetzt entdeckte das Forschungsteam, dem auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Frankreich, Finnland, Spanien und Norwegen angehörten, dass die Schalen der Diatomeen eher in oberflächennahen Wasserschichten verbleiben und der Kohlenstoff über andere Prozesse weiter absinkt.
«Die überraschende Entdeckung, dass die Kieselsäureskelette von Kieselalgen in der Nähe der Oberfläche bleiben, während der Kohlenstoff in die Tiefsee gelangt, zwingt uns, die ökologischen Prozesse in der so genannten biologischen Kohlenstoffpumpe neu zu überdenken», sagt Dr. Sari Giering, Wissenschaftlerin am NOC, in einer Pressemitteilung des Instituts.
Die biologische Kohlenstoffpumpe
Dieses Modell beschreibt verschiedene biologische Prozesse von der Aufnahme von Kohlendioxid durch Mikroalgen bis zum Transport des CO2 in die Tiefsee durch absinkendes organisches Material.
Das aus der Atmosphäre stammende Kohlendioxid im Ozean wird also von den winzigen, einzelligen Algen, dem Phytoplankton, das die Basis des Nahrungsnetzes bildet, bei der Photosynthese im lichtdurchfluteten Oberflächenwasser (bis etwa 100 Meter Tiefe) in Form von Biomasse gebunden. Diese mikroskopischen Pflanzen nehmen jedes Jahr Milliarden Tonnen an Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf.
Das Phytoplankton dient dem tierischen Plankton, oder Zooplankton, als Nahrung. Dieses wiederum, vor allem Krill, nimmt eine zentrale Rolle im Nahrungsnetz des Südlichen Ozeans ein. Unzählige Arten von Fischen, Seevögeln, Pinguinen, Robben und Walen hängen direkt oder indirekt von den kleinen Krebstieren und anderen Planktonorganismen ab.
Bei seinem Transfer durch das Nahrungsnetz wird ein Teil des Kohlenstoffs erneut in Biomasse umgewandelt, ein weiterer Teil wird veratmet und wieder als CO2 ins Meerwasser abgegeben während der Rest des Kohlenstoffs als Ausscheidungen zum Meeresboden sinkt.
Die sinkenden Partikel werden auch als «Meeresschnee» bezeichnet.
Abgestorbene Algen und Meerestiere sinken ebenfalls in Tiefe, wobei sie auf ihrem Weg zum Meeresboden entweder von Bakterien zersetzt oder von Tiefseeorganismen gefressen werden.
Der Teil des Kohlenstoffs, der den Weg bis zum Meeresboden findet, wird im Sediment eingelagert und verbleibt dort für Millionen von Jahren und sorgt so letztlich für die Verringerung der CO2 – Konzentration in der Atmosphäre.
Der weitere Verlauf des Klimawandels hängt maßgeblich davon ab, wie viel Biomasse unter die durch Wind und Wellen durchmischte Oberflächenschicht des Ozeans absinkt. Im darunter liegenden Zwischen- und Tiefenwasser bleibt der in der Biomasse enthaltene Kohlenstoff nämlich für Jahrzehnte bis Jahrhunderte eingeschlossen.
Modelle und Studien zeigen, dass die biologische Kohlenstoffpumpe jedes Jahr ungefähr 10 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in die Tiefsee transportiert. Ohne diese Prozesse würde deutlich mehr CO₂ in der Atmosphäre verbleiben und die Konzentration wäre etwa doppelt so hoch wie die aktuellen Werte von ungefähr 420 ppm (parts per million).
Die biologische Kohlenstoffpumpe ist somit ein zentraler Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs und spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Klimas. Ohne sie würde der Treibhauseffekt verstärkt, was zu drastischeren Auswirkungen des Klimawandels führen würde.
Die Daten für die Studie sammelten die Forschenden während zwei Expeditionen im Südlichen Ozean in der kaum erforschten Dämmerlichtzone zwischen 100 und 1.000 Metern Tiefe, wo sie weniger Diatomeen beobachteten als erwartet.
Kohlenstoffspeicherung kaum abhängig von Diatomeen-Produktivität
Die Ergebnisse, die im November 2024 in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht wurden, deuten dem Autorenteam zufolge daraufhin, dass klimabedingte Veränderungen in der Zusammensetzung der Phytoplanktongemeinschaft somit weniger Einfluss auf die Effizienz der biologischen Kohlenstoffpumpe im Südlichen Ozean haben.
«Der Südliche Ozean ist anfällig für die Erwärmung, die die Verfügbarkeit von Nährstoffen verändern und die Anzahl der Kieselalgen in Zukunft verringern könnte», sagt Jack Williams, Doktorand an der University of Southampton und Hauptautor der Studie, in der Pressemitteilung. «Unsere Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass diese Veränderungen die Kohlenstoffspeicherung im Südlichen Ozean nicht so stark beeinträchtigen, wie bisher angenommen.»
Die tatsächlich für den Kohlenstofftransport in die Tiefe verantwortlichen Prozesse liegen noch im Verborgenen und müssen in weiteren Studien erst erforscht werden.
«Das Verständnis dieser Prozesse und der Art und Weise, wie sie die Kohlenstoffaufnahme in diesem äußerst wichtigen Teil des Ozeans steuern, ist entscheidend für eine genaue Vorhersage, wie die Ozeane in Zukunft Kohlenstoff speichern können», so Williams.
Julia Hager, Polar Journal AG
