#Mikronährstoffe mit Klimawirkung

Grüne „Global Player“ im Visier: Welche Faktoren beeinflussen die wichtige Kohlendioxidspeicherung durch die Meeresalgen im Südpolarmeer? Eine Studie zeigt nun einen intensiven Effekt der Spurenelement-Versorgung auf: Wenn das Phytoplankton gleichzeitig mehr Eisen und Mangan bekommt, verändert sich seine Artenzusammensetzung in wichtiger Weise: Die Gemeinschaft kann dann mehr CO2 binden und viel effektiver klebrige Klumpen bilden, die nach dem Absinken Kohlenstoff auf dem Meeresboden ablagern. Die klimawandelbedingte Eisschmelze könnte nun die Spurenelement-Versorgung im Südpolarmeer erhöhen, sagen die Wissenschaftler. Somit ist dann mit deutlichen Effekten auf die Meeresalgen zu rechnen.

Kohlendioxid wird durch verschiedene Prozesse freigesetzt und durch andere wieder gebunden: Den natürlichen Kohlenstoffkreislauf unseres Planeten hat erst der Mensch durch die enorme Freisetzung von CO2 aus dem Gleichgewicht gebracht. Um einschätzen zu können, wie sich dies weiterentwickeln wird und welche Rückkopplungseffekte durch die Folgen der Klimaerwärmung auftreten könnten, ist es wichtig zu verstehen, wie das System funktioniert. Klar ist, dass den Ozeanen eine zentrale Funktion bei der Aufnahme und langfristigen Speicherung von CO2 zukommt. Konkret sind dabei die winzigen Meeresalgen – das Phytoplankton – die Schlüsselelemente: Sie nehmen im Wasser gelöstes CO2 auf und verwandeln es im Rahmen der Photosynthese in gebundenen Kohlenstoff, der den Großteil ihrer Biomasse bildet. Sie kann dann später absinken und somit zu einer langfristigen Speicherung des Kohlenstoffs führen.

Nicht optimal „gedüngt“

Einem Weltmeer kommt dabei eine besonders große Bedeutung zu: Im Südpolarmeer laufen diese Prozesse durch bestimmte Faktoren besonders intensiv ab. Schätzungen zufolge nimmt dieser Ozean etwa 40 Prozent des Kohlendioxids auf, das wir Menschen freisetzen. Deshalb ist es so wichtig, zu verstehen, welche Aspekte dort eine Rolle spielen. Diesem Forschungsthema widmen sich bereits seit einiger Zeit Forschende des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Bremerhaven. Sie konnten dabei schon genauer aufzeigen, warum das Algenwachstum im Südpolarmeer noch unter den Erwartungen bleibt: Die Organismen werden zwar üppig mit den Hauptnährstoffen Nitrat und Phosphat versorgt. Doch es mangelt an Spurenelementen, die für die Algen ähnlich lebensnotwendig sind wie für uns bestimmte Vitamine oder Mineralien.

Lange stand vor allem der Mangel an dem Mikronährstoff Eisen im Fokus. Doch in einer früheren Studie konnten die Forscher bereits aufzeigen, dass auch ein Mangan-Defizit das Phytoplankton-Wachstum kritisch einschränken kann. Nun hat ein Team aus Forschenden des (AWI) und der Universität Bremen die Mengen beider Elemente in den Gewässern im südlichen Weddellmeer untersucht. Außerdem haben sie genauer ausgelotet, welchen Einfluss beide Spurenmetalle auf die dortigen Algengemeinschaften haben.

Grundsätzlich zeigte sich: „Tatsächlich haben wir überraschend geringe Konzentrationen von Eisen und Mangan gefunden“, berichtet Erst-Autorin Jenna Balaguer vom AWI. Durch Laborexperimente konnten die Forschenden dann belegen, dass sich dies deutlich negativ auf das Wachstum und die Photosyntheseleistung der Algen auswirkt. Doch dabei gab es wichtige Besonderheiten: „Für manche Phytoplankter scheinen beide Substanzen sehr knapp zu sein, während andere nur Eisen benötigen.“

Kritischer Faktor Mangan

Wozu die unterschiedlichen Bedürfnisse führen, zeigte sich dann bei weiteren Experimenten, bei denen die Wissenschaftler Meerwasser aus der Region in Behälter füllten und dann entweder Eisen oder Mangan oder beides dazugaben. „Erst durch die Kombination von Eisen und Mangan konnten wir das Wachstum der Algen so richtig ankurbeln“, sagt Florian Koch. Im Detail zeigte sich dabei allerdings: Da die einzelnen Arten so unterschiedliche Ansprüche an die Versorgung mit den Spurenelementen haben, veränderte sich mit den unterschiedlichen Zugaben auch deutlich die Zusammensetzung der Algengemeinschaft.

Dies war wiederum mit einem erstaunlich bedeutsamen Effekt verbunden, stellte das Team fest: Denn je nach ihren Merkmalen sinken manche Algenarten intensiver auf den Meeresgrund als andere. Konkret führte nun die Zugabe von beiden Spurenelementen zu einem starken Wachstum der Alge Phaeocystis antarctica. Diese Art bildet besonders große und kohlenstoffreiche Kolonien, die dann mit Kieselalgen verklumpen und schließlich besonders gut absacken. Reicherte das Forschungsteam das Wasser nur mit Eisen an, verdoppelte sich dadurch das Export-Potential für Kohlenstoff. Eine Kombination von Eisen und Mangan ließ es hingegen um das Vierfache ansteigen.

Dem Team zufolge können die Studienergebnisse nun eine wichtige Bedeutung für die Einschätzung zukünftiger Entwicklungen haben. Denn im Zuge der zu erwartenden Eisschmelze könnten erhebliche Mengen von Eisen und Mangan ins Meer gelangen und dadurch in einem enormen Ausmaß zu den beobachteten Effekten führen. Deshalb sollten jetzt auch die Einflüsse der veränderten Mikronährstoffversorgung in Modelle der zukünftigen Entwicklung des Kohlenstoffkreislaufes integriert werden. Was dies betrifft, zeichnet sich allerdings auch weiterer Forschungsbedarf ab, um die komplexen Verknüpfungen noch besser zu verstehen.

Quelle: Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Fachartikel: Current Biology, doi: 10.2139/ssrn.4342993

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