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In den letzten 30.000 Jahren war der Antarktische Ozean zeitweilig stärker durchmischt als bisher angenommen. So standen Kleinstalgen erhebliche Mengen an Nährstoffen zur Verfügung, die ihrerseits zur Speicherung des Treibhausgases CO2 während der letzten Kaltzeit (Glazial) beigetragen haben. Diese neuen Erkenntnisse stellen Forscher des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in einer aktuellen Studie in der Fachzeitschrift Nature Communications vor.

Mikroskopische Aufnahme einer Radiolarie, also eines einzelligen Lebewesens, das ein Siliziumdiodix (Opal) hat. Foto: Deutsches Museum / Klaus Macknapp
Mikroskopische Aufnahme einer Radiolarie, also eines einzelligen Lebewesens, das ein Siliziumdiodix (Opal) hat. Foto: Deutsches Museum / Klaus Macknapp

«Wir können nachweisen, dass die Wassersäule im Bereich der jahreszeitlich meereisbedeckten Zone während des letzten Glazials im Herbst und im Winter tiefer durchmischt war als bisher angenommen», sagt Dr. Andrea Abelmann vom Alfred-Wegener-Institut. Die Meeresgeologin und Erstautorin der Studie ergänzt: «Nur im kurzen Südfrühling und Südsommer, also nur wenige Monate im Jahr, gab es eine ausgeprägte Schichtung an der Oberfläche des Ozeans.» Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass während der letzten Eiszeit eine Süsswasserschicht – entstanden aus abschmelzenden Eisbergen - wie ein Deckel ganzjährig auf dem Ozean lag.

Ein Eisberg treibt im Weddellmeer durch Pfannkucheneis. So wird junges Eis genannt, das aufgrund der Wellenbewegung diese auffallend runde Form angenommen hat. Foto: IceCam / Stefan Hendricks, AWI
Ein Eisberg treibt im Weddellmeer durch Pfannkucheneis. So wird junges Eis genannt, das aufgrund der Wellenbewegung diese auffallend runde Form angenommen hat. Foto: IceCam / Stefan Hendricks, AWI

Ein solcher Deckel hätte die Zufuhr von Nährstoffen aus grösseren Tiefen an die Meeresoberfläche deutlich reduziert und damit zu einer sehr geringen biologischen Produktion geführt. Die neuen Erkenntnisse zeigen jedoch, dass im letzten Glazial in der jahreszeitlich mit Meereis bedeckten Zone, die doppelt so gross war wie heute, das Wasser bis in Tiefen von einigen hundert Metern gut durchmischt war. So gelangten Nährstoffe aus grösseren Tiefen an die Ozeanoberfläche. Zusätzlich gab das schmelzende Meereis im Frühling das mit Staub aus Südamerika eingetragene Spurenelement Eisen frei. Damit herrschten beste Voraussetzungen für mikroskopisch kleine, skeletttragende Kieselalgen (Diatomeen): Sie konnten die Nährstoffe effektiv nutzen, um über Photosynthese Kohlenstoff zu binden und so CO2 zu speichern. Nach dem Absterben sank dieses Phytoplankton bis auf den Meeresgrund in mehreren tausend Metern Tiefe. Dieser Prozess wird auch als biologische Pumpe bezeichnet, über die CO2 aus der Atmosphäre über geologische Zeiträume im Sediment gespeichert wird. In den Eiszeiten hat die Abspeicherung des Treibhausgases CO2 im Antarktischen Ozean wesentlich zur weltweiten Abkühlung beigetragen.

Antarktis, Juni 2013: Pfannkucheneis bei Abendlicht im Südpolarmeer, fotografiert während des Polarstern-Winterexperimentes 2013. Foto: Stefan Hendricks, AWI
Antarktis, Juni 2013: Pfannkucheneis bei Abendlicht im Südpolarmeer, fotografiert während des Polarstern-Winterexperimentes 2013. Foto: Stefan Hendricks, AWI

Für die jetzt publizierten Erkenntnisse setzten die Wissenschaftler neu entwickelte Methoden ein, um Sedimentablagerungen aus dem atlantischen Sektor des Antarktischen Ozeans zu rekonstruieren. Sie verglichen Isotopenmessungen an kieseligen Skeletten von Diatomeen, die Umweltsignale von der Meeresoberfläche speichern, mit Isotopensignalen aus Radiolarien, die in tieferen Wasserschichten leben. Die damit gewonnenen Erkenntnisse aus verschiedenen Wassertiefen verglichen sie dann mit Ergebnissen aus der numerischen Klimamodellierung, um jahreszeitliche Änderungen zu entschlüsseln. So konnte das Forscherteam erstmalig ein detailliertes Bild der Umweltbedingungen an der Meeresoberfläche und in tieferen Wasserschichten für den Zeitraum der letzten 30.000 Jahre zeichnen.

«Unsere Ergebnisse zeigen, dass Ökosystemänderungen im Bereich des saisonal meereisbedeckten Gebietes im Südozean zur CO2 Abspeicherung beigetragen haben», fasst Abelmann die Ergebnisse der Geologen und Modellierer zusammen. Die Studie belegt, dass die Kombination moderner Rekonstruktionsmethoden und Modellierung neue Erkenntnisse zu saisonalen Prozessen liefern kann. «Für zukünftige Prognosen müssen wir Prozesse aus der Vergangenheit und heutige Veränderungen noch stärker gemeinsam betrachten», so die AWI-Wissenschaftlerin.

Quelle: AWI, Bremerhaven