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Strömungen im arktischen Meer lassen Phytoplankton schneller absinken
Unter dem Meereis der Tschuktschensee entstehen dichte Phytoplanktonblüten, deren organisches Material normalerweise langsam absinkt. An einer ausgeprägten Strömungsfront beobachteten Forscher jedoch einen stark beschleunigten Transport bis zum Meeresboden. Die Studie zeigt, dass kleinräumige Ozeandynamik den biologischen Kohlenstofftransport auf dem flachen arktischen Schelf entscheidend mitbestimmen kann.
Stanford (U.S.A.). Phytoplankton bindet bei der Photosynthese Kohlenstoff und bildet zugleich die Grundlage vieler mariner Nahrungsnetze. Wenn eine Algenblüte altert, wird ein Teil ihrer Biomasse gefressen, während ein anderer Teil als organisches Material absinkt. Wie schnell dieser Export verläuft, beeinflusst daher sowohl die Versorgung von Bodentieren als auch den Weg des Kohlenstoffs durch das Meer.
Besonders produktiv ist die flache Tschuktschensee nördlich der Beringstraße, wo unter dem Meereis dichte Phytoplanktonblüten entstehen können. Entscheidend für ihren weiteren Weg ist jedoch nicht nur die Menge der Biomasse, wie neue Messungen zeigen, sondern auch die Bewegung verschiedener Wassermassen an der Eisgrenze.
Forscher der Stanford University um James A. Lauer haben im Juni und Juli 2023 frei driftende und am Eis befestigte Partikelfallen im nordöstlichen Teil der Tschuktschensee eingesetzt. Sie erfassten damit den Export von Chlorophyll a, partikulärem organischem Kohlenstoff und partikulärem Stickstoff. Ergänzend analysierte das Team die Zusammensetzung des Planktons, hydrographische Daten und Sedimente.
Im Norden des Untersuchungsgebiets lag eine dichte Blüte unter dem Eis, während sich südlich davon wärmeres und nährstoffärmeres Wasser befand. Dazwischen verlief während der Messungen eine ausgeprägte Front, außerhalb derer der Partikelexport eng mit der vorhandenen Biomasse zusammenhing. Innerhalb der Front war der Export dagegen besonders hoch, weil kaltes Wasser mit der darin enthaltenen Blüte rasch nach unten gedrückt wurde.
„Diese kalte, salzige Wassermasse taucht ab, während die wärmere, frischere Wassermasse darüber aufsteigt“, erklärt James A. Lauer.
Die Autoren führen diesen zusätzlichen Abwärtstransport auf eine barokline Instabilität an der Front zurück. Dabei erzeugen horizontale Dichteunterschiede zwischen benachbarten Wassermassen Bewegungen, die Wasser seitlich und vertikal verlagern können. In der Stanford-Mitteilung wird der Effekt mit einer etwa vierfach erhöhten Sinkgeschwindigkeit gegenüber den üblichen Raten im Untersuchungsgebiet beschrieben.
Die Messungen zeigen damit zwei gekoppelte Voraussetzungen für einen starken Export, denn zunächst muss genügend Phytoplankton vorhanden sein. Zusätzlich kann die physikalische Zirkulation an einer Front diese Biomasse viel schneller in die Tiefe transportieren, als es durch das reine Absinken von Partikeln geschehen würde. Die höchsten Exportflüsse fanden die Forscher dort, wo dichte Biomasse und das Abtauchen des Wassers zusammenwirkten.
Das könnte erklären, warum Teile des arktischen Meeresbodens trotz der kurzen produktiven Saison große Bestände an Muscheln und Schlangensternen tragen. Solche Bodentiere sind wiederum Nahrung für größere Tiere wie Walrosse. Der beschleunigte Partikeltransport schafft damit eine direkte Verbindung zwischen einer Blüte nahe der Oberfläche und der Versorgung des benthischen, also am Meeresboden lebenden Ökosystems.
„Die Entdeckung, dass diese Front die Sinkraten rasch erhöht, hilft zu erklären, woher die Nahrungsquellen stammen könnten, die diese Biomasse am Meeresboden erhalten“, sagt James A. Lauer.