Durch die „Wasserwüste“ von Afrika nach Australien

Der Südindische Ozean mit seinem großen nährstoffarmen Wirbel gilt als oligotrophe Zone – quasi eine „Wasserwüste“ mit extrem geringen Nährstoffkonzentrationen im Oberflächenwasser. Gleichzeitig treten südwestlich von Madagaskar regelmäßig starke Phytoplanktonblüten auf, die eine wichtige Rolle für die Produktivität des Ozeans und den Kohlenstoffkreislauf spielen. Phytoplankton nutzt Spurenelemente wie Eisen und Stickstoff für sein Wachstum und hilft so, CO₂ aus der Atmosphäre zu binden. Auf einer Expedition von Mosambik bis nach Australien wird erstmals im Detail untersucht, wie diese Mikro- und Makronährstoffe hier in den Ozean gelangen, zirkulieren und für das marine Leben verfügbar gemacht werden.

„Die Ergebnisse dieser Expedition werden unser Wissen über den Südindischen Ozean erheblich erweitern und zeigen, wie diese Meeresregion globale Kreisläufe und das Klima beeinflusst“, sagt Fahrtleiter Eric Achterberg, Professor für Chemische Ozeanographie am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.

Verteilung, Herkunft, Transport und Bedeutung von Spurenelementen

Die Expedition verfolgt vier zentrale Forschungsziele. Zum einen soll die Verteilung und chemische Zusammensetzung von Spurenelementen und Isotopen bestimmt werden. Dazu nimmt das Team Proben von der Wasseroberfläche bis in Tiefen von 5.000 Metern, um den exakten Gehalt und die chemischen Bindungsformen von Mikronährstoffen wie Eisen, Mangan und Zink sowie von Isotopen wie Neodym, Thorium und Plutonium zu bestimmen.

Ein weiteres Ziel ist es, die Quellen dieser Spurenelemente zu identifizieren: Durch den Eintrag von Staub aus der Atmosphäre, durch kontinentale Zuflüsse wie den Sambesi, aus Meeressedimenten oder durch hydrothermale Quellen aus der ozeanischen Kruste gelangt eine Vielzahl von Spurenelementen in den Ozean. Die Wissenschaftler:innen wollen untersuchen, welchen Anteil diese verschiedenen Quellen am gesamten Spurenelementevorrat des Ozeans haben.

Ein dritter Schwerpunkt der Expedition liegt auf der Untersuchung des Transports dieser Spurenelemente im Ozean. Mit Hilfe von chemischen Tracern und ozeanographischen Messungen wird analysiert, wie die Zirkulationsströmungen im Südindischen Ozean die Nährstoffe über weite Strecken transportieren, bis sie schließlich das Oberflächenwasser erreichen und dem marinen Nahrungsnetz zur Verfügung stehen.

Schließlich beschäftigt sich das Forscherteam mit der ökologischen und klimatischen Bedeutung der Spurenelemente. Da Phytoplankton als Basis der marinen Nahrungskette auf Mikro- und Makronährstoffe angewiesen ist, wird die Expedition untersuchen, wie Nährstoffflüsse und Planktonaktivität zusammenhängen und welche Rolle der Südindische Ozean als Kohlenstoffsenke spielt.

Route der Forschungsreise: Von Durban nach Fremantle

Die Route führt das Forschungsteam zunächst von der Küste Mosambiks nach Madagaskar und dann auf einer schnurgeraden Ost-West-Strecke von Madagaskar nach Australien. An rund 50 Stationen werden die Nährstoffquellen und Flüsse von Spurenelementen und Isotopen dokumentiert. An insgesamt 15 so genannten Superstationen werden besonders aufwändige Probenahmen durchgeführt. Hier kommen unter anderem In-situ-Pumpen zum Einsatz, die Partikel direkt in verschiedenen Tiefen bis zu 800 Metern filtern. Darüber hinaus werden an jeder Station Sedimentkerne entnommen.

„Der Südindische Ozean ist ein Schlüsselsystem für die globale Tiefenwasserzirkulation und die Versorgung der oberflächennahen Wasserschichten mit Mikronährstoffen,“ erklärt Professor Achterberg. „Dennoch sind die Spurenelemente-Biogeochemie und die chemische Ozeanographie in dieser Region unterrepräsentiert. Unsere Expedition wird entscheidende Daten liefern, um die chemische Struktur und Dynamik des Südindischen Ozeans besser zu verstehen und seinen Beitrag für das Klima und die marine Nahrungskette einzuordnen.“

Expedition auf einen Blick:

Name: SONNE-Expedition SO308 

Fahrtleitung: Prof. Dr. Eric Achterberg 

Zeitraum: 31.10.2024-22.12.2024 

Beginn und Ende: Durban (Südafrika) – Fremantle (Australien) 

Fahrtgebiet: Südindischer Ozean

Wissenschaftliche Crew: 40 Wissenschaftler:innen aus 14 Nationen

Die Ausfahrt ist Teil des international koordinierten GEOTRACES-Programms.

Beteiligte Institutionen: GEOMAR, Constructor University Bremen, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT), Helmholtz-Zentrum Hereon, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Woods Hole Oceanographic Institution, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), International Atomic Energy Agency (IAEA) Monaco, Zhejiang University, Stanford University, University of Chicago, University of Tasmania, Universität Rostock.

Hintergrund Spurenelemente und Isotope

Spurenelemente und Isotope, englisch Trace Elements and Isotopes (TEI), sind Stoffe, die im Meerwasser nur in geringen Konzentrationen vorkommen, aber eine entscheidende Rolle im Ozean spielen: Einige sind wichtige Nährstoffe für mikroskopisch kleine Organismen und beeinflussen biogeochemische Prozesse. So benötigt zum Beispiel Phytoplankton Spurenelemente wie Eisen für das Wachstum, was wiederum Auswirkungen auf die gesamte Nahrungskette und die Fähigkeit des Ozeans hat, Kohlenstoff zu binden. In der Wissenschaft werden Isotope von Elementen wie Thorium oder Neodym als sogenannte Tracer (englisch trace = Spur) verwendet, um die Bewegung von Wassermassen und Stoffkreisläufe im Ozean zu verstehen.