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Urzeitliche Extremwärme hat vor 56 Millionen Jahren die Fischproduktion stark erhöht
Wenn die Meere wärmer werden, sinkt vielerorts die biologische Produktion, weil weniger Nährstoffe an die Oberfläche gelangen. Vor rund 56 Millionen Jahren verlief die Entwicklung offenbar anders. Fossile Fischzähne und chemische Spuren im Meeresboden deuten für die damalige Extremwärme auf mehr Fischproduktion und einen stärkeren Kohlenstoffexport in mehreren Ozeanregionen hin.
Shenzhen (China). Die Meere reagieren auf steigende Temperaturen nicht nur mit einer Erwärmung ihrer Oberfläche. In vielen Regionen verstärkt sich auch die Schichtung des Wassers, wodurch nährstoffreiches Tiefenwasser seltener in lichtdurchflutete Schichten gelangt. Das kann die Produktion von Plankton und damit die Nahrungsgrundlage vieler Meeresbewohner verringern.
Wie sich ein solcher Wandel über Zehntausende Jahre entwickelt, lässt sich aus heutigen Messreihen kaum ableiten. Hinweise liefern Sedimente aus dem Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum vor rund 56 Millionen Jahren, als große Mengen Kohlenstoff freigesetzt wurden und sich die Ozeane stark erwärmten. Bisher ergaben Rekonstruktionen der damaligen Meeresproduktion allerdings kein einheitliches Bild.
Forscher der Southern University of Science and Technology (SUSTech) um Weiqi Yao haben nun Sedimentkerne aus fünf Meeresregionen untersucht und mit älteren Daten aus dem Ostpazifik kombiniert. Im Mittelpunkt standen sogenannte Ichthyolithe, winzige fossile Fischzähne und andere Hartteile, deren Anhäufung im Sediment als indirekter Hinweis auf die damalige Fischproduktion dient. Mit diesem Ansatz lässt sich nicht die genaue Zahl der Fische bestimmen, wohl aber eine langfristige Veränderung der Produktion rekonstruieren.
Im Pazifik und Nordatlantik stiegen die Anreicherungsraten während der Warmphase deutlich an. An einigen Fundstellen lagen die Spitzenwerte fünf- bis elfmal über dem Ausgangsniveau, während die Veränderungen im Südatlantik und im südöstlichen Indischen Ozean kleiner ausfielen. Die Zusammensetzung der fossilen Zahntypen blieb weitgehend ähnlich, sodass der Befund eher auf eine erhöhte Fischproduktion als auf eine umfassende Veränderung der Fischgemeinschaften hindeutet.
Für einen möglichen Zusammenhang mit der Nahrungsversorgung verglich das Team die Fischfossilien mit einem zweiten Sedimentsignal. Die Anreicherung von marinem Baryt, einem Bariumsulfat-Mineral, dient als Indikator dafür, wie viel organischer Kohlenstoff aus oberflächennahen Wasserschichten in die Tiefe gelangte. Dieser Export ist eng mit der Produktion und dem anschließenden Abbau von Plankton verknüpft.
In mehreren Ozeanregionen stiegen beide Indikatoren zur selben Zeit an, besonders deutlich im äquatorialen Pazifik und im Nordatlantik. Über alle untersuchten Standorte hinweg zeigte sich ein positiver Zusammenhang zwischen Kohlenstoffexport und Fischproduktion. Das spricht dafür, dass eine reichere Nahrungsgrundlage zur erhöhten Fischproduktion beitrug, beweist aber keine einfache Ursache-Wirkungs-Beziehung für jeden einzelnen Standort.
Regional blieben Abweichungen. Im Nordpazifik hielten sich erhöhte Raten fossiler Fischzähne beispielsweise auch dann, als der rekonstruierte Kohlenstoffexport bereits wieder gering war. Neben dem Nahrungsangebot könnten deshalb die Weitergabe von Energie innerhalb der Nahrungskette und andere ökologische Faktoren eine Rolle gespielt haben.
Um den möglichen Antrieb zu untersuchen, nutzten die Wissenschaftler zusätzlich ein Erdsystemmodell. Darin ließ eine Verdopplung des Kohlendioxidgehalts allein den globalen Export organischen Kohlenstoffs nur geringfügig wachsen. Ein verstärkter Eintrag von Phosphor durch die Verwitterung von Gestein an Land erhöhte den simulierten Export dagegen von etwa 0,7 auf 1,2 bis 1,6 Mol Kohlenstoff pro Quadratmeter und Jahr.
Die Modellrechnungen legen somit nahe, dass langfristig zusätzliche Nährstoffe die hemmende Wirkung stärker geschichteter Meere teilweise ausgleichen oder übertreffen können. Das ist kein Beleg dafür, dass die heutige Erwärmung