Pazifik-Querung auf der Spur des Planktonwachstums

Phytoplankton, mikroskopisch kleine Pflanzen, die an der Meeresoberfläche leben, benötigen nicht nur Kohlendioxid (CO₂) und Sonnenlicht, um zu gedeihen, sondern sind auch auf Stickstoff und das Spurenelement Eisen angewiesen. Im äquatorialen Pazifik, einer der abgelegensten und am wenigsten erforschten Meeresregionen unseres Planeten, sind diese Elemente eher knapp. Die Produktivität des Phytoplanktons ist jedoch entscheidend für die Fähigkeit des Ozeans, Kohlendioxid aufzunehmen und Auswirkungen des Klimawandels abzumildern. Um die Folgen des Mangels an Spurenelementen auf das Wachstum des Phytoplanktons und die Kohlenstoffaufnahme besser zu verstehen, führt eine Expedition mit dem deutschen Forschungsschiff SONNE entlang des Äquators von Guayaquil (Ecuador) nach Townsville (Australien). Die siebenwöchige Fahrt SO298 wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des GEOTRACES-Programms gefördert. Sie steht unter der Leitung von Professor Dr. Eric Achterberg, mariner Biogeochemiker am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, und vereint nationale und internationale Forschungsgruppen aus vielen verschiedenen Ländern.

„An der Ostseite des äquatorialen Pazifiks, rund um die Galapagos-Inseln, führt ein Angebot an nährstoffreichem Tiefenwasser zu einem Phytoplankton-Wachstum, das durch die verfügbare Menge an Eisen begrenzt wird. Auf der Westseite des Äquatorialpazifiks dürfte der Stickstoff das Phytoplankton-Wachstum begrenzen. Wir erwarten daher eine niedrige Produktivität entlang unseres Transekts, die auf ein geringes Nährstoffangebot zurückzuführen ist. Dies wird wahrscheinlich dazu führen, dass dieser Teil des Ozeans Kohlendioxid in die Atmosphäre freisetzt“, erklärt Professor Dr. Achterberg.

Unterwegs nehmen die Forschenden Wasser- und Partikelproben von der Oberfläche bis zum Meeresboden. Sie verwenden spezielle Geräte für die Sammlung von Spurenmetallen, um eine Kontamination durch Geräte und Schiff zu vermeiden. Außerdem messen sie die Aufnahme und Abgabe von atmosphärischem CO₂ durch den Ozean und führen Wachstumsexperimente mit Phytoplankton durch. „Wir gehen davon aus, dass unsere Ergebnisse von globaler Bedeutung für das Verständnis chemischer Bedingungen für das Funktionieren von Ökosystemen und der Frage sein werden, wie sich die Produktivität und die Aufnahme von Kohlenstoff aus der Atmosphäre in einem zukünftig wärmeren Ozean verändern werden“, betont Professor Dr. Achterberg.

Spurenelemente stammen im äquatorialen Pazifik aus Regen, Flüssen wie dem Guayaquil in Ecuador, Sedimenten auf dem Kontinentalschelf und hydrothermalen Quellen in der Tiefsee. Große Unterwasservulkane und Hydrothermalquellen befinden sich in der Nähe der Galapagos-Inseln und entlang des ostpazifischen Rückens. An diesem untermeerischen Gebirgszug zwischen sich ausbreitenden tektonischen Platten steigt Magma aus dem Erdmantel auf. Dabei strömen heiße Flüssigkeiten mit hohen Konzentrationen von Eisen und anderen Elementen in die Tiefsee in 2000 bis 2500 Metern Wassertiefe. Es wird angenommen, dass die Eisenfahnen in der Tiefe nach Süden transportiert werden und im Südpolarmeer die Oberfläche erreichen – der größten Region des Weltozeans, in der das Wachstum des Phytoplanktons durch Eisen begrenzt wird.

Der Eiseneintrag aus hydrothermalen Schloten, Transport und Vermischung sowie deren Auswirkungen auf die Produktivität des Südpolarmeers untersuchen die Forschenden auf der Grundlage von Messungen, Tracern und Modellierungsansätzen. Während der vorangegangenen GEOTRACES-Expedition SO289 im Februar und März 2022 konnten sie in der Wassersäule auf der Westseite des Südpazifiks deutliche Signale von der Explosion eines Unterwasser-Vulkans bei Tonga im Januar 2022 feststellen.

Die aktuelle Fahrt findet in einer Übergangsphase statt, in der La Niña in El Niño übergeht. El Niño ist die warme Phase der El-Niño/Südlichen Oszillation (El Niño/Southern Oscillation, ENSO). Sie steht in Verbindung mit einer warmen Ozeanströmung, die sich im zentralen und ost-zentralen äquatorialen Pazifik entwickelt, einschließlich des Gebiets vor der Pazifikküste Südamerikas. La Niña ist die kältere „Schwester“ des El Niño. „Wir rechnen mit einer Erwärmung des Oberflächenozeans und einer Abschwächung der Ost-West-Strömungen im äquatorialen Pazifik, weshalb wir auch langsamer nach Australien fahren könnten“, erklärt Professor Dr. Achterberg. „Die Erwärmung des Oberflächenozeans kann zu einer geringeren Versorgung des Oberflächenozeans mit essentiellen Nährstoffen und damit zu einer geringeren Produktivität führen. Die Auswirkungen des Übergangs von La Niña zu El Niño auf die Produktivität des Ozeans werden wir sorgfältig beobachten.“

Expedition SONNE SO298

14. April 2023 – 2. Juni 2023

Guayaquil, Ecuador – Townsville, Australien