Wie in der Tiefsee Spurenelemente rezykliert werden

Die Ozeane sind voller Leben. Eine wichtige Rolle spielen dabei mikroskopisch kleine Gr¨¹nalgen, das sogenannte Phytoplankton. Es gedeiht nur in der obersten, lichtdurchfluteten Zone des Meeres. Wie Landpflanzen nutzen die Gr¨¹nalgen das Sonnenlicht als Energiequelle, um mithilfe der Photosynthese aus CO? organische Materie f¨¹r ihr Wachstum aufzubauen.

Damit bindet das Phytoplankton etwa gleich viel Kohlenstoff wie alle Landpflanzen zusammen und ist somit ein relevanter Mitspieler im Klimasystem. Wie die Pflanzen an Land ben?tigt auch das Phytoplankton neben Kohlenstoff weitere lebenswichtige Bausteine, um zu gedeihen: Stickstoff und Phosphor beispielsweise, also die Elemente, die in D¨¹ngemitteln auf landwirtschaftliche Fl?chen ausgebracht werden, sowie verschiedene Spurenmetalle wie Eisen, Zink oder Kupfer. Letztere sind jedoch nur in geringen Mengen in Oberfl?chengew?ssern verf¨¹gbar.

Leben braucht Spurenelemente auf

Die Forschung geht davon aus, dass vor allem ein biologischer Prozess den lichtdurchfluteten Wasserschichten diese wichtigen Metalle entzieht: Sterben die Algen ab, sinken sie mitsamt den aufgenommenen Spurenelementen in tiefere Wasserschichten. Dort werden die Algenzellen von Bakterien zersetzt, die Metalle werden wieder ins Meerwasser freigesetzt. Dadurch fehlen die Spurenelemente, die das Phytoplankton zum Wachsen und Vermehren braucht, in den lichtdurchfluteten Oberfl?chengew?ssern. Um den Kreislauf von Werden und Vergehen wieder in Gang zu setzen, m¨¹ssen die Spurenelemente jedoch erneut an die Oberfl?che gelangen. Wie das geschieht, ist nicht genau bekannt.

In einer neuen Studie zeigen Geochemiker:innen der ETH Z¨¹rich um Derek Vance, dass ein grosser Teil der im Meerwasser gel?sten Metalle rasch und dauerhaft aus dem Meerwasser entfernt werden ¨C allerdings nicht durch den biologischen Prozess, sondern durch einen anderen: Die Spurenmetalle werden in feste Manganoxid-Partikel eingebaut. Diese fallen aus dem Meerwasser aus und sinken durch die gesamte Wassers?ule hinab bis in das Sediment am tiefen Meeresgrund.

Reaktionen im Sediment setzen Metalle frei

Doch verloren sind sie dadurch nicht: Die Forschenden der ETH haben auch entdeckt, dass in mit Meerwasser gef¨¹llten Sedimentporen chemische Reaktionen ablaufen. Diese l?sen die Spurenmetalle aus den festen Manganoxiden wieder heraus. Eisen, Kupfer, Kobalt und andere Elemente diffundieren dann ins Tiefenwasser. Dieses wird samt den Mikron?hrstoffen durch die weltumspannende Ozeanzirkulation in die Oberfl?chengew?sser zur¨¹ckgef¨¹hrt.

?Die Studie ver?ndert unsere Sicht auf die Ozeanchemie und ihre Auswirkungen auf die Meeresbiologie und das Klima?, betont Vance. Sie zeige zum ersten Mal, dass diese Mikron?hrstoffe nicht dauerhaft verloren gehen und beeinflusse damit wesentlich die Forschung ¨¹ber das Meerwasser und zu den vielen Elementen, die f¨¹r das Funktionieren der Meeresbiologie entscheidend sind.

?Phytoplankton ist f¨¹r das Klima wichtig, weil es das im Wasser gel?ste CO? entnimmt, in seine Biomasse einbaut und in die Tiefsee transportiert. Dadurch bleibt der CO?-Gehalt der Atmosph?re niedriger, als er ohne diese winzigen Algen w?re?, gibt der ETH-Professor zu bedenken. Bereits seit L?ngerem wird dar¨¹ber diskutiert, das Phytoplankton durch D¨¹ngung mit Eisen oder anderen N?hrstoffen zum Wachstum anzuregen. Dies soll der Atmosph?re mehr CO? entziehen und somit das Klima entlasten.

Klima besser verstehen

Tats?chlich h?ngt die Wachstumsrate des pflanzlichen Planktons massgeblich von der Verf¨¹gbarkeit der gel?sten N?hrstoffe und Spurenelemente im Meerwasser ab, die im oberen, lichtdurchfluteten Ozean sehr knapp sind. ?Nur wenn wir verstehen, wie diese Elemente aus dem oberen Ozean entfernt und aus der Tiefe dorthin zur¨¹ckgef¨¹hrt werden, k?nnen wir sinnvolle Aussagen ¨¹ber das vergangene, gegenw?rtige und zuk¨¹nftige Klima der Erde treffen?, sagt Vance.