Forschungsschiff „Meteor“ löst Meeresrätsel

Das Rätsel um fehlendes Eisen in Sauerstoffminimumzonen ist gelöst.

Ein Team auf dem deutschen Forschungsschiff „Meteor“ hatte auf einer Expedition in der tropischen Sauerstoffminimumzone vor Peru ausgiebig Proben aus dem Meeresboden, aus der Grenzschicht zwischen Meeresboden und Meerwasser genommen, dazu aus verschiedenen Schichten des Meerwassers. Diese Proben wurden anschließend umfassend auf chemische, physikalische und biologische Faktoren hin untersucht. Die Ergebnisse liegen jetzt vor.

Eisen ist ein grundlegender Nährstoff in den Ozeanen. Allerdings verbindet sich gelöstes Eisen schnell mit Sauerstoff und ist dann von Organismen nicht mehr nutzbar. Ein Rätsel war lange, warum selbst in tropischen Sauerstoffminimumzonen die gelösten Eisenkonzentrationen relativ gering sind. Das internationale Forschungsteam unter Leitung des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel entdeckte, dass das Eisen dort durch Reaktion mit Nitrat anstelle von Sauerstoff aus dem Meerwasser ausgefällt wird. Dieser Prozess hat auch Auswirkungen auf den Stickstoff- und den Kohlenstoffkreislauf und damit letztendlich auf das Klima.

Eigentlich herrscht kein Mangel an Eisen auf der Erde. Das Metall gehört zu den häufigsten Elementen in der Erdkruste. Doch ausgerechnet im Meer ist gelöstes Eisen sehr selten, denn es reagiert schnell mit Sauerstoff zu schlecht löslichen und daher für Organismen nicht verfügbaren Eisenmineralen. Dabei ist gelöstes Eisen ein grundlegender Nährstoff für das Leben. Ohne Eisen kein Planktonwachstum, keine Nahrungskette, keine Photosynthese und keine Kohlenstofffixierung in den Ozeanen. Die Quelle des Nährstoffs ist für die Meeresforschung also eine zen trale Frage. Eigentlich müsste in sauerstoffarmen Gebieten viel gelöstes Eisen vorkommen, denn dort fehlt der Reaktionspartner. Doch Messungen zeigen, dass dies selbst in den großen Sauerstoffminimumzonen der tropischen Ozeane nicht der Fall ist.

„Die Ergebnisse können auch dazu beitragen, so fundamentale Vorgänge wie den Stickstoff- und den Kohlenstoffkreislauf besser zu verstehen“, sagte Dr. Florian Scholz vom Geomar. Das Rätsel um die relative „Eisenarmut“ in den tropischen Sauerstoffminimumzonen war bisher umso größer, weil frühere Studien gezeigt hatten, dass der Meeresboden in diesen Regionen sehr viel Eisen an das Meerwasser abgibt. „Doch nur ein geringer Teil dieses Eisens kommt offensichtlich in den Wasserschichten nahe der Oberfläche und im offenen Ozean an. Genau dort wird es für die biologische Produktion benötigt“, so Scholz.

Die Auswertung zeigt, dass das Eisen nicht mit Sauerstoff, sondern mit Nitrat reagiert. Dafür sorgen bestimmte Mikroorganismen, die auch für den Stickstoffabbau verantwortlich sind. „Diese Prozesse sind in Sauerstoffminimumzonen bisher nicht nachgewiesen worden“, sagte Scholz, „sie sind aber wichtig, um das Gesamtsystem zu verstehen. Nur wenn wir wissen, wann, warum und wo bestimmte Nährstoffe für Planktonwachstum zu Verfügung stehen, können wir auch abschätzen, wie viel Kohlenstoff das Plankton durch Photosynthese binden und damit der Atmosphäre entziehen kann.“

Als Leiter einer neuen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Emmy-Noether-Nachwuchsforschergruppe will sich Scholz in den kommenden Jahren noch weiter mit den Stoffflüssen am Meeresboden von Sauerstoffminimumzonen beschäftigen. „Derzeit entwickeln wir bestehende, autonome Tiefseelabore so weiter, dass sie auch sehr geringe Konzentrationen bestimmter Spurenelemente wie Eisen aufspüren können. Denn wir wissen noch lange nicht alles darüber, welche Stoffe zwischen Meeresboden und Meerwasser wie ausgetauscht werden“, betonte der Biogeochemiker. fab