Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

20.000 Jahre Sauerstoffgeschichte des Ostpazifiks

13.06.2013
Mit einer neuartigen Kombination von Isotopen-Analysen konnten Wissenschaftler des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel die Geschichte der Sauerstoffminimumzone im Ostpazifik für die vergangenen 20.000 Jahre rekonstruieren. Die Ergebnisse lassen auch Rückschlüsse auf die Entwicklung des El Niño-Phänomens zu. Sie sind jetzt online in der internationalen Fachzeitschrift „Quaternary Science Reviews“ erschienen.

Der Ostpazifik vor der Küste Perus und Nordchiles ist eine überaus faszinierende Region für Meeresforscher. Viele Prozesse, die dort ablaufen, können letztendlich globale Auswirkungen haben. Aufgrund bestimmter Wind- und Strömungsmuster wird nährstoffreiches Wasser aus den Tiefen des Pazifiks an die Oberfläche getrieben (Auftrieb).


Das deutsche Forschungsschiff METEOR
Foto: H.v. Neuhoff, GEOMAR

Dort sorgt es für eine wahre Fülle an Leben. Doch wo viel lebt, stirbt auch viel. Und wenn Bakterien organisches Material abbauen, verbrauchen sie Sauerstoff. Deshalb erstreckt sich vor Peru die größte Sauerstoffminimumzone aller tropischen Ozeane. Zusätzlich ist der Ostpazifik der Schauplatz des sogenannten El Niño Phänomens, der stärksten Klimaschwankung auf Zeitskalen von wenigen Jahren, die sogar globale Auswirkungen haben kann.

Um die steuernden Prozesse dieser Phänomene zu verstehen, muss man wissen, wie sie sich im Laufe der Erdgeschichte entwickelt haben. Zum Glück finden sich Spuren im Meeresboden. Man muss nur wissen, wie man diese Spuren entschlüsseln kann. Forscher des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel haben jetzt im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 754 eine neue Entschlüsselungsmethode entwickelt und damit herausgefunden, dass der Wechsel von (warmen) El Niño- und (kalten) La Niña-Ereignissen, wie wir ihn aus der jüngeren Geschichte kennen, erdgeschichtlich kein kontinuierliches Phänomen ist. Ihre Ergebnisse präsentieren die Forscher jetzt in der internationalen Fachzeitschrift „Quaternary Science Reviews“.
Grundidee der Studie war, auf der Basis heutiger Untersuchungen die Gründe für Änderungen der Ausbreitung und Intensität der Sauerstoffminimumzone während der vergangenen 20.000 Jahre zu verstehen. „Das Problem ist, dass vergangene Sauerstoffkonzentrationen des Wassers nur sehr schwer direkt rekonstruierbar sind“, sagt Dr. Claudia Ehlert, Erstautorin der Studie. Deshalb hat sie gemeinsam mit den anderen Autoren versucht, die externen Faktoren, die die Sauerstoffminimumzone beeinflussen, als Indikatoren zu nutzen. „Dazu gehört die Nutzung der Nährstoffe wie des Silikats und die Menge der biologischen Primärproduktion nahe der Meeresoberfläche und damit die Menge an organischem Material, bei dessen Abbau Bakterien Sauerstoff verbrauchen. Dazu gehört aber auch die Zufuhr von Sauerstoff über die Ozeanzirkulation“, erklärt die Paläozeanographin.

Um an diese Daten heranzukommen, haben die Wissenschaftler während einer Expedition mit dem deutschen Forschungsschiff METEOR in den Jahren 2008/2009, aber auch schon während einer früherer Expeditionen mit dem Forschungsschiff SONNE (SO-147) unter Leitung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Wasserproben und Sedimentkerne vom Meeresboden des Ostpazifiks genommen. Wieder zuhause haben sie die Proben in den Laboren des GEOMAR zwei Analyse-Methoden unterzogen: Zum einen bestimmten sie die Verhältnisse bestimmter Silizium-Isotope in den Überresten von mikroskopisch kleinen Kieselalgen. Parallel haben sie die Verhältnisse verschiedener Isotope des Elements Neodym in den gleichen Proben gemessen. Silizium-Isotope sind Gradmesser für Nährstoffnutzung der Kieselalgen. Die Neodym-Isotope sagen dagegen etwas über die Veränderungen der Meeresströmungen in der Region aus, weil sie Rückschlüsse auf die Herkunft der Sedimente zulassen. „Die Kombination dieser beiden Isotopen-Analyse-Methoden ist bisher einmalig“, erklärt Professor Martin Frank vom GEOMAR, Co-Autor der Studie.

Dank ihrer Ergebnisse konnten die Forscher erkennen, dass die Produktion von Biomasse, die Nutzung der Nährstoffe und der Auftrieb der Wassermassen vor Peru während den letzten 20.000 Jahre sehr stark geschwankt haben. Damit muss sich auch die Ausdehnung und Intensität der Sauerstoffminimumzone in dieser Zeit geändert haben. Zum Höhepunkt der letzten Eiszeit vor rund 20.000 Jahren und direkt im Anschluss war demnach die Produktivität und Nährstoffnutzung extrem gering. „Die Ursache ist vermutlich, dass weniger Nährstoffe in den Wassermassen im Pazifik vorhanden waren, die den Auftrieb fütterten“, erklärt Ehlert. Vor etwa 12.000 Jahren stiegen Produktivität und Nährstoffnutzung langsam an, beschleunigten sich deutlich vor ca. 5.000 Jahren und erreichten danach schnell heutige Ausmaße.

Ursache für diese Veränderungen waren höchstwahrscheinlich Schwankungen in der Häufigkeit und Intensität von El Niño- und La Niña-Ereignissen. Diese beeinflussen den Auftrieb von Wassermassen vor Peru, die Nährstoffzufuhr, die Produktivität, aber auch die Menge an Niederschlägen auf dem Festland. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass das heutige System von abwechselnden El Niño- und La Niña-Ereignissen erst seit maximal 5.000 Jahren so abläuft, wie wir es aus der direkten Beobachtung kennen“, sagt Ehlert, die mittlerweile in der Max-Planck Forschungsgruppe für Marine Isotopengeochemie am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg arbeitet.

„Mit der dargestellten Methode können wir jetzt auch versuchen, die Geschichte und steuernden Prozesse anderer tropischer Sauerstoffminimumzonen zu rekonstruieren, um sie hoffentlich etwas besser zu verstehen“, erklärt Professor Frank. „Eines ist aber schon jetzt deutlich geworden: Das System der Auftriebsgebiete und deren Wechselwirkungen mit dem globalen Klimageschehen ist äußerst komplex und bis wir das Zusammenspiel aller Faktoren verstanden haben, wird es wohl noch sehr lange dauern“.

Originalarbeit:
Ehlert, C, P. Grasse, and M. Frank, 2013: Changes in silicate utilisation and upwelling intensity off Peru since the Last Glacial Maximum – insights from silicon and neodymium isotopes. Quaternary Science Reviews, 72, 18-35, http://dx.doi.org/10.1016/j.quascirev.2013.04.013

Weitere Informationen:

http://www.geomar.de
Das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
http://www.sfb754.de
Der Sonderforschungsbereich 754 „Klima – Biogeochemische Wechselwirkungen im tropischen Ozean“
http://www.mpi-bremen.de/AG_Marine_Isotopengeochemie.html
Die AG Marine Isotopengeochemie am MPI Bremen und am ICMB der Universität Oldenburg

Andreas Villwock | idw
Weitere Informationen:
http://www.geomar.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Wichtiger Prozess für Wolkenbildung aus Gasen entschlüsselt
05.12.2016 | Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.

nachricht Expedition ans Ende der Welt
29.11.2016 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flüssiger Wasserstoff im freien Fall

05.12.2016 | Maschinenbau

Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungsnachrichten