Die ungewisse Zukunft der Ozeane

Studie analysiert die Reaktion von Planktongemeinschaften auf erhöhtes Kohlendioxid

Marine Nahrungsnetze und biogeochemische Kreisläufe reagieren sehr empfindlich auf die Zunahme von Kohlendioxid (CO₂) – jedoch sind die Auswirkungen weitaus komplexer als bislang gedacht. Das zeigt eine Studie, die ein Forscherteam des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel in der Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlicht hat. Dafür wurden Daten von fünf groß angelegten Feldexperimenten zusammenfasst, die untersucht haben, wie der Kohlenstoffkreislauf innerhalb von Planktongemeinschaften auf die Zunahme von CO₂ reagiert.

Der Ozean spiele eine Schlüsselrolle im gegenwärtigen Klimawandel, da er einen beträchtlichen Teil des von der Menschheit ausgestoßenen atmosphärischen Kohlendioxids aufnehme. Dadurch werde einerseits die Aufheizung des Klimas verlangsamt, andererseits führe die Lösung von CO₂ im Meerwasser zur Versauerung der Ozeane, so die Forscher. Dies habe weitreichende Konsequenzen für viele Meereslebewesen und dadurch auch für den ozeanischen Kohlenstoffkreislauf.

Einer der wichtigsten Mechanismen hierbei sei die biologische Kohlenstoffpumpe: Ein Teil der Biomasse, die pflanzliches Plankton an der Ozeanoberfläche durch Photosynthese bilde, sinke in Form kleiner, kohlenstoffhaltiger Partikel in die Tiefe. Dadurch werde der Kohlenstoff für lange Zeit in der Tiefsee gespeichert. Der Ozean wirke somit als Kohlenstoffsenke im Klimasystem. Wie stark diese biologische Pumpe wirke, sei regional sehr unterschiedlich und hänge von der Artenzusammensetzung des Ökosystems ab.

Die Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlicht wurde, ist eine der bislang umfassendsten Untersuchungen zu den Auswirkungen der Ozeanversauerung auf marine Ökosysteme. Wissenschaftler des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel konnten nun erstmals zeigen, dass Ozeanversauerung den Kohlenstoffgehalt von sinkendem organischem Material, und somit die biologische Pumpe, beeinflusst.

Überraschenderweise seien die beobachteten Änderungen sehr variabel gewesen. Der Kohlenstoffgehalt der sinkenden Partikel habe bei steigendem CO₂ deutlich zu- oder abgenommen, je nachdem was für eine Zusammensetzung von Arten vorgelegen habe und wie das Nahrungsnetz strukturiert gewesen sei, erklären die Forschenden. Da die zugrundeliegenden Daten verschiedenste Ozeanregionen abdeckten, scheine es sich dabei um ein globales Phänomen zu handeln. Diese Erkenntnisse ermöglichten eine völlig neue Einschätzung der Auswirkungen von Ozeanversauerung.

Jan Taucher, Meeresbiologe und Erstautor der Studie, sagt hierzu: „Interessanterweise fanden wir heraus, dass bakterielles und tierisches Plankton, wie zum Beispiel Ruderfußkrebse, eine Schlüsselrolle dabei spielen, wie der Kohlenstoffkreislauf und die biologische Pumpe auf Ozeanversauerung reagieren. Bislang war die Ansicht verbreitet, dass biogeochemische Änderungen hauptsächlich durch Reaktionen des pflanzlichen Planktons getrieben werden. Deshalb berücksichtigen nicht einmal moderne Erdsystemmodelle die von uns beobachteten Wechselwirkungen zwischen dem marinen Nahrungsnetz und dem Kohlenstoffkreislauf. Unsere Erkenntnisse helfen somit, Klimamodelle realistischer zu gestalten und Klimaprojektionen zu verbessern“.

Bislang hätten sich die meisten Erkenntnisse zu diesem Thema auf idealisierte Laborexperimente gestützt, die ökologische Wechselwirkungen und die Dynamik des komplexen marinen Nahrungsnetzes nur stark vereinfacht darstellten. Dadurch könnten solche Ergebnisse nur schwer auf Bedingungen im realen Ozean übertragen und in die Zukunft projiziert werden. Um einen realistischeren Einblick zu erhalten, fasse die Studie mehrere Feldexperimente zusammen, die mit großvolumigen Testanlagen, sogenannten Mesokosmen, in verschiedenen Ozeanregionen, von arktischen bis subtropischen Gewässern, durchgeführt worden seien, erklärt Taucher.

Mesokosmen seien sozusagen überdimensionale Reagenzgläser im Ozean, in denen Veränderungen der Umweltbedingungen in einem abgeschlossenen, aber ansonsten natürlichen Ökosystem untersucht werden könnten. Für die vorliegende Studie seien eine Vielzahl an Daten aus fünf Mesokosmen-Experimenten zusammengetragen worden, um somit ein genaues Bild der Planktongemeinschaften und der biogeochemischen Prozesse innerhalb des Ökosystems zu liefern. Insgesamt seien über zehntausend Datenpunkte in die Analyse eingeflossen.

Die neu gewonnenen Erkenntnisse könnten nun dazu genutzt werden, die komplexen ökologischen Wechselwirkungen in Erdsystemmodelle zu implementieren, um somit zur weiteren Verbesserung von Klimaprojektionen beizutragen, so die Autoren der Studie.

Originalarbeit:

Taucher, J., T. Boxhammer, L.T. Bach, A. J. Paul, M. Schartau, P. Stange and U. Riebesell, 2020: Changing carbon-to-nitrogen ratios of organic-matter export under ocean acidification. Nat. Clim. Change, https://doi.org/10.1038/s41558-020-00915-5

->Quelle:  GEOMAR.de/kohlenstoffkreislauf