Biologische Kohlenstoffpumpe entsorgt Kohlendioxid
Die Ozeane sind die grössten natürlichen Kohlendioxid-Senken der Erde. Vor der Pazifikküste des äquatorialen Südamerikas jedoch geben die Speicher aber auch wieder Kohlendioxid ab. Warum sie dies während der vergangenen Eiszeit weniger als heute taten, zeigt eine neue Studie.
Rund ein Drittel – etwa 120 Milliarden Tonnen – des seit dem Jahr 1800 vom Menschen freigesetzten Kohlendioxids wurde von den Ozeanen aufgenommen. Das CO2 löst und verteilt sich zuerst in den oberen Wasserschichten und gelangt mit der Zeit über die Meereskonvektion in das Tiefenwasser.
Ozeanische CO2-Quellen
In sogenannten Upwelling-Bereichen strömt das Tiefenwasser wieder nach oben. Mit der Strömung gelangt auch das CO2 aus der Tiefe wieder an die Oberfläche und wird dort freigesetzt. Wie viel CO2 freigesetzt wird, ist abhängig vom vorhandenen Plankton in den oberen Wasserschichten, das durch Photosynthese den Kohlenstoff aus dem CO2 aus den Ozeanen an sich bindet.
Bereits vor einiger Zeit stellte man anhand geochemischer Untersuchungen an erbohrten Ozeansedimenten fest, dass das Phytoplankton vor der Westküste Südamerikas nicht immer gleich aktiv und zahlreich war. Vermutlich liess eine «Biologische Kohlenstoffpumpe» während der letzten Eiszeit die Organismen mehr CO2 aufnehmen. Genauere Erkenntnisse lieferte nun ein internationales Forscherteam, dem auch Ben Reynolds, Oberassistent am Institute of Isotope Geochemistry and Mineral Resources der ETH Zürich angehört, in einer Studie, die vergangene Woche in «Nature» erschien.
Damit sich Phytoplankton bilden kann, braucht es unter anderem Eisen und Kieselsäure. Beides ist in der nun von den Wissenschaftlern untersuchten Region vor der Westküste Südamerikas jedoch nur begrenzt verfügbar. Das hat zur Folge, dass weniger photosynthetisierender Plankton vorhanden ist, als eigentlich ernährt werden könnte und somit nur begrenzt CO2 aus der Tiefe durch die Bioproduktivität zurückgehalten wird.
Staub als Dünger
Wissenschaftler vermuten, dass das Phytoplankton während der Kaltzeit besser als heute gedieh und als eine Art «Biologische Kohlenstoffpumpe» fungierte. Dies führen sie darauf zurück, dass durch die von der Kaltzeit verursachte rückläufige Vegetation mit dem Wind vermehrt Staub in die Ozeane gelangte. Der Staub brachte Eisen und Kieselsäure der verwitterten Gesteine mit sich und war quasi Dünger für das Phytoplankton.
Hierfür gab es bisher jedoch widersprüchliche geochemische Anzeichen in den Sedimenten. Reynolds und seinen Kollegen gelang es nun anhand 35'000 Jahre alter Sedimente einer bestimmten Upwelling-Region im östlichen äquatorialen Pazifik, diese widersprüchlichen Signale zu entschlüsseln.
Die Wissenschaftler untersuchten Einzeller, so genannte Diatomeen, die ihre Hartteile aus Opal bauen und die in der Region den Hauptbestandteil des Phytoplanktons ausmachen. Anhand der Frusteln - den Hartteilen der Diatomeen – konnten Reynolds und seine Kollegen aus Grossbritannien und Spanien nun die Theorie belegen, dass der Mineralien-Eintrag durch den Staub, der während der Kaltzeit in die Ozeane verfrachtet wurde, die Bioaktivität belebt.
Dies liessen zwar schon früher in Sedimenten gemessene ansteigende organische Kohlenstoff-Gehalte vermuten. Gegen eine höhere Bioproduktivität sprach aber bis anhin, dass während der Kaltzeiten weniger Opal abgelagert wurde, das amorphe Siliziumdioxid, aus dem Diatomeen ihre Hartteile bilden.
Opal-Paradoxon gelöst
Auch dieses Opal-Paradoxon konnten die Wissenschaftler nun lösen. Im Isotopen-Labor der ETH Zürich massen die Forscher die stabilen Isotopenverhältnisse von Silizium. Es zeigte sich, dass die Diatomeen zu jener Zeit – vermutlich auf Grund des höheren Eisenangebots – mehr Kohlenstoff aufnahmen. Als Folge davon hat sich in den Sedimenten das Verhältnis von Kohlenstoff zu Silizium verschoben und es wurde nur scheinbar weniger Opal sedimentiert. Somit stützt die Studie die bisherige Idee, dass eine verstärkte «Biologische Kohlenstoffpumpe» während der letzten Eiszeit die CO2-Abnahme in der Atmosphäre begünstigte und somit die Abkühlung vermutlich verstärkte.
Literaturhinweis
L. E. Pichevin, B. C. Reynolds, R. S. Ganeshram, I. Cacho, L. Pena, K. Keefe, R. M. Ellam. Enhanced carbon pump inferred from relaxation of nutrient limitation in the glacial ocean. Nature 459, 1114-1117 (25 June 2009) Letter. doi:10.1038/nature0810
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