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Chemische Ozeanografie: Schneefall nur in höheren Lagen?

Die Tiefen unserer Ozeane sollen, so eine verbreitete Hoffnung, als Endlagerstätte für Kohlenstoff dienen, der im künftigen Treibhaus Erde Algen zum Blühen bringen und dann in Form abgestorbener Substanz als "mariner Schnee" zu Boden sinken wird. Mutter Natur führt vor, dass sie dieses Kunststück weitaus besser beherrscht als bislang jeder menschliche Versuch. Doch ein tiefer gehender Blick macht voreilige Freude wieder zunichte.
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Es klingt ganz einfach: Algen brauchen – neben Licht natürlich – Nährstoffe zum Wachsen und Gedeihen. In vielen Meeresregionen aber, wo der Nährstoffcocktail gar nicht schlecht gemischt ist, fehlt das Spurenelement Eisen. Dementsprechend mager präsentiert sich dort die Phytoplanktonbesiedlung. Die winzigen Fotosynthetiker wiederum genießen großes Interesse bei Forschern, die nach Wegen suchen, dem Klimawandel entgegenzuwirken: Die Organismen sollen, angekurbelt durch die höheren Kohlendioxid-Gehalte, stärker wachsen, damit mehr Biomasse bilden und so das CO2 binden. Wenn sie dann nach ihrem Tod in Form organischer Partikel zu Boden sinken – möglichst tief –, entziehen sie dem System das ungeliebte Element und wirken letztendlich den steigenden Treibhausgas-Konzentrationen entgegen. Gibt Mensch nun noch eine Prise Eisen in die Suppe, sollte sich das ganze zu einem wahren Kohlenstoff-Entzug mit globaler Wirkung ausbauen lassen.

Die Befürworter der Methode argumentieren gern damit, dass eine solche Düngung des Ozeans mit Eisen durch Staub von trockenen Festlandsgebieten die Temperaturen in Kaltzeiten drückte. Und erste Experimente mit gezielter Eisen-Ausbringung in verschiedenen Meeresregionen hatten durchaus Ergebnisse geliefert, welche die Hoffnung zu nähren schienen. Allerdings, so stellten erst kürzlich Philip Boyd von der Universität von Otago in Neuseeland und Kollegen fest, waren die Versuchszeiträume bislang viel zu kurz, um wirklich Prognosen für die Zukunft wagen zu können [1].

Eisen-Düngung in flagranti

Und nun sehen Forscher, dass Mutter Natur die CO2-Entsorgung sogar noch besser beherrscht, als die bisherigen Experimente vermuten ließen. Stéphane Blain von der Universität Marseille und seine Kollegen verfolgten die Entwicklung einer natürlichen Planktonblüte vor den Kerguelen. Als sie Ende Januar dort eintrafen, erwischten sie gerade den Höhepunkt, bis die Blüte schließlich Ende Februar zusammenbrach. Da sich die Blüte über etliche tausend Quadratkilometer erstreckte, bot sich den Forschern die Chance, die Verhältnisse an verschiedenen Orten zu untersuchen – und zwar einmal über dem Kerguelen-Plateau mit wenigen hundert Metern Wassertiefe und zum zweiten über tieferen Regionen.

So offenbarte sich ein interessanter Unterschied: Im Plateaubereich beobachteten die Wissenschaftler mit der Tiefe steigende Eisen-Konzentrationen im Gegensatz zum anderen Standort, wo die Werte abnahmen. Offensichtlich lieferte der "nahe" Boden beständig Eisen und auch andere Nährstoffe nach. Als die Forscher über den Partialdruck von Kohlendioxid im Meerwasser, den Kohlenstoff-Anteil in Sinkstofffallen und die Eisen-Gehalten feststellten, wie viel Kohlendioxid in der Algenblüte gebunden wurde, waren sie überrascht: Sie ermittelten das Zehn- bis Hundertfache der Resultate von bisherigen Düngungsexperimenten [2].

Also Daumen hoch für die Eisen-Behandlung? Immer langsam, mahnen die Forscher. Zum einen sei das herausragende Ergebnis Folge der langen Blühdauer – mehrere Monate sind eher die Ausnahme. Zum anderen beruhe der Erfolg des natürlichen Systems ganz besonders auf der stetigen Freisetzung und der Mischung mit anderen wichtigen Nährstoffe für die Phytoplankter. Das aber lasse sich mit den technischen Methoden, die in einem sehr kurzen Zeitraum dem Meer einen regelrechten Eisen-Schub verpassen, eben gerade nicht erreichen. So könnten die Algen bei einer solchen Massenoperation nur wenig von der Nahrungsergänzung profitieren – das meiste driftete ungenutzt davon oder sank zu schnell in die Tiefe. "Die Effizienz der Natur lässt sich einfach nicht erreichen", kommentiert denn auch Ulf Riebesell vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften in Kiel.

Begrenzter Schneefall

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Zwischen Feinden | Die mit einem Zehntel Millimeter gar nicht mal kleine marine Kiesealge Corethron aus den Oberflächenregionen nahe der Probenahmestelle im Nord, zwischen zwei Copepoden. Corethron bildet eine wichtige Nahrungsquelle für Zooplankton in diesem subarktischen Gebiet.
Weitere, sogar grundlegende Zweifel an der Methode wecken zudem Ken Buesseler von der Woods Hole Oceanographic Institution und seine Kollegen. Die Forscher waren unzufrieden mit der bisherigen Kontrolle, wie viel partikulärer Kohlenstoff als mariner Schnee denn überhaupt die erwünschten tiefen Regionen erreicht. Die dafür eingesetzten Sinkstofffallen sind normalerweise an schwimmenden Bojen montiert und hängen in definierter Tiefe, wo sie wie ein Trichter alles einsammeln, was oben hinein fällt. Das allerdings wird den Bedingungen nur selten gerecht: Die Sinkbewegung der Partikel ist weitaus langsamer als ihr horizontaler Transport mit Meeresströmungen. Eine Falle in tausend Metern Tiefe gibt also noch nicht unbedingt das Geschehen in der Wassersäule darüber wieder.

Die Forscher entwickelten daher frei schwimmende Partikelsammler, die sich in einer definierten Tiefe mit der Strömung bewegen, über einen gewissen Zeitraum sammeln, das Röhrchen dann verschließen und wieder auftauchen. Bleibt nur das Kunststück, die Gerätschaften in bewegter See wieder aufzuspüren – das Buesseler und seinen Mitarbeitern gelang: Von sieben ausgesetzten Sammlern fanden sie alle wieder.

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Ruderfußkrebs | Auch der Copepode Neocalanus ist verbreitet im Nordwest-Pazifik. Tagsüber lassen sich die Organismen in die Tiefe sinken, um dem Räuberdruck zu entgehen. Nachts steigen sie auf und legen beim Fressen mehrere hundert Meter zurück.
Und auch sie erlebten eine Überraschung: Die Restlichtzone zwischen hundert und tausend Metern Wassertiefe wirkte wie eine Schleuse. Während im Untersuchungsgebiet vor Hawaii nur ein Fünftel des partikulären Kohlenstoffs von der Oberfläche in den tieferen Schichten ankam, war es im subarktischen Nordwest-Pazifik immerhin noch die Hälfte – aber der Rest war bereits oberhalb in irgendeiner Weise recycelt worden und damit keineswegs dem System entzogen wie erhofft [3].

Reine Gewichtsfrage

Bisher wird der Verlust im marinen Schnee mit der Tiefe über Standardkurven berechnet, die auf Daten von sechs Messstationen beruhen. Im Vergleich dazu hätten die Wissenschaftler vor Hawaii die doppelte Menge an Material erwartet als nachgewiesen, während die Werte im Nordwest-Pazifik hingegen um die Hälfte zu niedrig lagen. In den tropischen Gewässern wäre der Kohlenstoff-Entzug also weniger effizient als im Modell, in den kühleren Breiten dagegen wirkungsvoller.

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Stachliger Selbstschutz | Die Kieselalge Chaetoceros atlanticum: Ihre langen Anhängsel sollen sie vor Räubern schützen, so eine verbreitete Vermutung. Allerdings tauchte Überreste von ihr derart häufig in den Fallen auf, dass sie wohl einem erheblichen Fraßdruck unterliegt.
Verantwortlich dafür, so entdeckten die Forscher, dürfte die Zusammensetzung und das Gewicht der Partikel gewesen sein: In der subarktischen Region fanden sie vor allem Fäkalreste von größeren Zooplanktern, Kieselalgen-Überreste und Karbonate, die allesamt schneller sinken. Auch könnten die niedrigeren Wassertemperaturen dazu beigetragen haben, dass die Partikel langsamer zersetzt wurden und so tiefer gelangten.

Damit geraten nun aber die Berechnungen durcheinander, mit der Forscher den Erfolg einer Eisen-Düngung abzuschätzen versuchen. Denn mit der Erwärmung droht eine stärkere Schichtung der Ozeane, die das Absinken erschwert, ein fallender pH-Wert, der für Karbonatproduzenten problematisch wird, sowie Nährstoffmangel, der kleinere Phytoplankton-Arten fördert statt Kieselalgen – alles Faktoren, die dem Kohlenstoff-Transport ins Endlager Tiefsee im Wege stehen. Wenn auch Mutter Natur mancherorts dem Menschen vormacht, wie es funktionieren könnte – ganz so einfach, wie es klingt, ist es eben nicht.
28.04.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 28.04.2007

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