Südpolarmeer: Durch Eisendüngung könnte weniger Kohlendioxid in der Tiefsee gespeichert werden

Wie ein internationales Forscherteam um Dr. Ian Salter vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) herausfand, bedingt die Eisendüngung, dass sich neben Phytoplankton auch Kalkschalen bildende Meeresbewohner vermehren, welche sich von den Algen ernähren. Diese Tiere setzen Kohlendioxid frei, wenn sie ihre Kalkschalen bauen.

Wachsen und sterben diese Lebewesen in einem Meeresgebiet mit einem hohen natürlichen Eiseneintrag, werden dort bis zu 30 Prozent weniger Kohlendioxid in die Tiefsee verfrachtet als bisher angenommen. Ein wichtiger Effekt: Wird er ignoriert, hieße das, man überschätzt, wie viel Kohlendioxid der Ozean bei Eisendüngung speichern kann. Die Studie erscheint heute im Fachmagazin nature geoscience.

Zwischen dem Ozean und der Atmosphäre herrscht ein reger Austausch des Treibhausgases Kohlendioxid. Eine wichtige Rolle spielt hierbei das Phytoplankton, denn die Algen entziehen den oberen Wasserschichten Kohlendioxid. Stirbt das Phytoplankton, kann es bis auf den Meeresgrund sinken und dort einen Teil des Treibhausgases ablagern, den es zuvor durch Photosynthese gebunden hatte. Diesen Prozess nennen Wissenschaftler die biologische Kohlenstoffpumpe.

Obwohl die Wassermassen des Südpolarmeeres gemeinhin als nährstoffreich gelten, gedeiht das Phytoplankton in großen Bereichen des Südlichen Ozeans nur spärlich. Der Grund: Das Wasser enthält zu wenig Eisen, als dass Algen großflächig wachsen könnten.

Im Zuge des Klimawandels wird deshalb häufig die Idee diskutiert, das Südpolarmeer mit Eisen zu düngen. Mit diesem Vorschlag verbindet sich zum einen die Hoffnung, dass dadurch mehr Phytoplankton wächst und somit die biologische Kohlenstoffpumpe angeregt wird. Zum anderen glauben einige Wissenschaftler, damit erklären zu können, wie sich der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre in der Vergangenheit verändert hat.

Zwei Studien aus den zurückliegenden fünf Jahren haben diese Annahme untermauert. Forscher konnten darin nachweisen, dass infolge einer Düngung des Südpolarmeeres mit Eisen mehr Kohlendioxid zum Meeresgrund gesunken ist.

Aber: „Die bisher gemachten Untersuchungen reichen nicht aus, um zu verstehen, welche Mengen Kohlenstoff unter dem Strich wirklich gebunden werden. Der vom Phytoplankton verfrachtete organische Kohlenstoff stellt nämlich nur ein Kapitel einer ausgesprochen komplexen Geschichte dar“, sagt der AWI-Forscher Dr. Ian Salter.

„Das Phytoplankton dient auch als Nahrungsquelle für bestimmte Zooplanktonarten wie Foraminiferen und Flügelschnecken, die Kalkschalen bauen – ein Prozess, bei dem die Tiere Kohlendioxid freisetzen.“

Der AWI-Wissenschaftler und seine Kollegen waren die ersten Wissenschaftler, die den Tiefsee-Export der Kalkschalen in einem natürlich gedüngten Gebiet erforscht haben. Dazu führten sie Untersuchungen im Meer vor der Küste der Crozetinseln durch. An dieser südöstlich von Afrika gelegenen vulkanischen Inselgruppe gelangt auf natürliche Art und Weise Eisen in den Ozean – und das mit überraschenden Folgen: Die natürliche Eisendüngung bewirkt, dass am Ende mehr Kalkschalen in die Tiefsee gelangen als abgestorbenes Phytoplankton. Ein Prozess, der tiefgreifende Auswirkungen darauf hat, wie viel Kohlendioxid der Ozean bei verstärktem Algenwachstum speichern kann.

„Wenn diese Kalkschalen entstehen und zum Meeresgrund sinken, beeinflussen sie den Kohlendioxid-Haushalt der obersten Wasserschichten für Hunderte bis Tausende von Jahren. Unsere Untersuchungen lassen vermuten, dass der durch das Eisen angeregte Export der Kalkschalen dazu führt, dass in einer natürlich gedüngten Meeresregion zehn bis 30 Prozent weniger Kohlendioxid gespeichert wird als bisher angenommen. Wir wissen allerdings nicht, ob dies auch der Fall wäre, wenn ein Gebiet künstlich mit Eisen gedüngt wird“, erklärt Dr. Ian Salter.

Interessanterweise stellten die Forscher bei ihren Untersuchungen außerdem fest, dass der gestiegene Export von Kalkschalen nicht nur auf die größere Anzahl kalkbildender Organismen zurückzuführen ist. „In unseren Proben aus den Sedimentfallen haben wir vermehrt Arten gefunden, die größere Kalkschalen bauen und somit jeweils auch mehr Kohlendioxid freisetzen“, erklärt der Biogeochemiker. Eisendüngung wirkt sich somit auch auf die Artenzusammensetzung eines Lebensraumes aus. Damit löst sie eine Kettenreaktion aus, die schließlich das Klima beeinflussen kann. „Es ist allerdings wichtig zu beachten, dass sich unsere Ergebnisse nur auf eine bestimmte Region im Südpolarmeer beziehen. Die Effekte der kalkbildenden Organismen können sehr unterschiedlich sein, je nachdem um welche Art es sich handelt und wo im Ozean sie leben“, sagt Dr. Ian Salter.

In Folgeprojekten will Dr. Ian Salter nun den Transport von Phytoplankton und Kalkschalen bildenden Organismen in weiteren, natürlich gedüngten Meeresgebieten untersuchen – zum Beispiel rund um die Inselgruppen der Kerguelen und Südgeorgien sowie im Arktischen Ozean, wo sich das zurückgehende Meereis zusätzlich auf die biologische Kohlenstoffpumpe auswirken könnte.

Hinweise für Redaktionen: Das Paper erscheint am 10. November 2014 mit dem Originaltitel „Carbonate counter pump stimulated by natural iron fertilization in the Polar Frontal Zone“ im Fachmagazin nature geoscience. DOI: 10.1038/ngeo2285. Bitte nennen Sie nature geoscience als Quelle.

Bildmaterial zur Pressemitteilung finden Sie hier: http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/pressemitteilungen/

Ihr Ansprechpartner für die Studie am Alfred-Wegener-Institut ist Dr. Ian Salter (Tel.: +49 471 4831-2386; E-Mail: Ian.Salter(at)awi.de). Bitte beachten Sie, dass Herr Salter ausschließlich Englisch spricht.

Ihre Ansprechpartnerin in der AWI-Pressestelle ist Kristina Bär (Tel.: 0471 4831-2139; E-Mail: medien(at)awi.de).

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Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.