Forschung

Foraminifera unter dem Mikroskop © Doc. RNDr. Josef Reischig, CSc. / Wikimedia Commons

Pressemitteilung, 05.12.2023, MARUM

War­um re­gio­na­le Un­ter­schie­de der Erd­er­wär­mung ent­schei­dend sind

Neue Da­ten­ana­ly­se er­mög­licht es, Kli­ma­mo­del­le bes­ser zu be­wer­ten

Win­zi­ge Fos­si­li­en in Mee­res­se­di­men­ten zei­gen, dass Kli­ma­mo­del­le die durch­schnitt­li­che Tem­pe­ra­tur der Ozea­ne im letz­ten Hoch­gla­zi­al vor etwa 20.000 Jah­ren rich­tig be­rech­nen, die si­mu­lier­te räum­li­che Ver­tei­lung aber zu gleich­mä­ßig ist und sie da­her nur be­dingt für künf­ti­ge Kli­ma­aus­sa­gen gilt. Ein neu­er An­satz zeigt nun, wie Kli­ma­mo­dell­rech­nun­gen bes­ser über­prüft wer­den kön­nen. Das Team um Dr. Lu­kas Jon­kers vom MARUM – Zen­trum für Ma­ri­ne Um­welt­wis­sen­schaf­ten und dem Fach­be­reich Geo­wis­sen­schaf­ten der Uni­ver­si­tät Bre­men hat die Er­geb­nis­se jetzt im Fach­jour­nal Nature Geoscience ver­öf­fent­licht.

Mit Kli­ma­mo­del­len bil­den For­schen­de das Kli­ma der Ver­gan­gen­heit nach, um zu ent­schlüs­seln, wie und war­um es sich ver­än­dert hat. Durch den men­schen­ge­mach­ten Kli­ma­wan­del ist es nicht mög­lich, Mo­del­le eins zu eins auf die Zu­kunft zu über­tra­gen, da sich die Rand­be­din­gun­gen ver­än­dert ha­ben. „Wir müs­sen also die Ver­gan­gen­heit si­mu­lie­ren, um die Mo­del­le zu tes­ten. Die Si­mu­la­ti­on des Kli­mas vom so ge­nann­ten Last Gla­ci­al Ma­xi­mum, kurz LGM, ist da­her wich­tig, um Kli­ma­mo­del­le zu be­wer­ten“, sagt Er­st­au­tor Lu­kas Jon­kers, das Hoch­gla­zi­al sei da­bei ein gu­tes Test­sze­na­rio. „Denn wie sich die Erde seit­dem er­wärmt hat, könn­te etwa dem ent­spre­chen, was wir künf­tig er­war­ten kön­nen.“

Bis­he­ri­ge Stu­di­en ha­ben zwar über­ein­stim­mend ge­zeigt, dass die Ge­samt­ver­än­de­rung des glo­ba­len Kli­mas zwi­schen dem LGM und der Ge­gen­wart zwi­schen den Mo­del­len und den Pa­läo­kli­ma-Re­kon­struk­tio­nen kon­sis­tent ist. Nicht aus­rei­chend be­rück­sich­tigt wur­den da­bei aber das räum­li­che Tem­pe­ra­tur­mus­ter, das Öko­sys­te­me und Le­bens­räu­me be­ein­flusst. Dazu ge­hört auch, wie sich Le­bens­räu­me auf den ver­schie­de­nen Brei­ten­ge­ra­den ver­tei­len.

Neuer Ansatz basiert auf einem grundlegenden makroökologischen Prinzip

Um zu prü­fen, ob die Si­mu­la­tio­nen ein ge­nau­es Bild des ver­gan­ge­nen Kli­mas lie­fern, ver­glei­chen die For­schen­den sie mit auf Da­ten ba­sie­ren­den Re­kon­struk­tio­nen. Bei­de Ver­fah­ren ber­gen ei­nen ge­wis­sen Grad an Un­si­cher­heit. Wenn bei­de von­ein­an­der ab­wei­chen – liegt es dann an der Si­mu­la­ti­on oder der Re­kon­struk­ti­on? Da­mit Kli­ma­mo­del­le bes­ser über­prüft und be­wer­tet wer­den kön­nen, ha­ben Dr. Lu­kas Jon­kers vom MARUM und sei­ne Co-Au­tor:in­nen ei­nen neu­en An­satz ver­folgt, den sie jetzt im Fach­jour­nal Nature Geoscience vor­stel­len. Da­für um­ge­hen sie Un­si­cher­hei­ten der tra­di­tio­nel­len Re­kon­struk­ti­ons­me­tho­den und ver­wen­den ein grund­le­gen­des ma­kro­öko­lo­gi­sches Prin­zip. Das be­sagt, dass sich Ar­ten­ge­mein­schaf­ten umso mehr un­ter­schei­den, je wei­ter sie von­ein­an­der ent­fernt sind. Ein Bei­spiel da­für sind etwa die Ve­ge­ta­tio­nen in der Tal­soh­le im Ver­gleich zur Berg­spit­ze.

„Im ma­ri­nen Be­reich se­hen wir ei­nen grö­ße­ren Rah­men des­sen, näm­lich wenn wir Spe­zi­es vom Äqua­tor an­schau­en. Je wei­ter wir dann in Rich­tung Pol ge­hen, umso mehr ver­än­dern sich die Ar­ten“, sagt Jon­kers. „Im Oze­an hängt die­se ab­neh­men­de Ähn­lich­keit stark mit der Tem­pe­ra­tur zu­sam­men. Wür­den die Kli­ma­mo­del­le also die Tem­pe­ra­tu­ren der Ver­gan­gen­heit kor­rekt si­mu­lie­ren, müss­ten wir beim Ver­gleich der si­mu­lier­ten Tem­pe­ra­tu­ren mit den fos­si­len Ar­ten­ge­mein­schaf­ten das­sel­be Mus­ter fest­stel­len.“ For­schen­de kön­nen also Da­ten zu Ar­ten­ge­mein­schaf­ten im Hoch­gla­zi­al nut­zen, um zu be­ur­tei­len, ob die si­mu­lier­te Tem­pe­ra­tur aus dem LGM das glei­che Mus­ter ab­neh­men­der Ähn­lich­keit der Ge­mein­schaf­ten re­pro­du­zie­ren kann, wie wir es heu­te se­hen.

Für ihre Stu­die hat das in­ter­na­tio­na­le Team über 2.000 Ar­ten­ge­mein­schaf­ten plank­to­ni­scher Fo­ra­mi­ni­fe­ren von 647 Stand­or­ten un­ter­sucht. Plank­to­ni­sche Fo­ra­mi­ni­fe­ren le­ben in den obers­ten Was­ser­schich­ten al­ler Ozea­ne. Ster­ben sie, sin­ken ihre klei­nen Kalk­ge­häu­se auf den Mee­res­grund und blei­ben dort als Mi­kro­fos­si­li­en im Se­di­ment er­hal­ten.

Bei der Ana­ly­se der Da­ten für das LGM ist das Team auf sich un­ter­schei­den­de Mus­ter bei der Ar­ten­zu­sam­men­stel­lung ge­sto­ßen. Das wer­te­ten sie als Hin­weis dar­auf, dass die si­mu­lier­ten Tem­pe­ra­tu­ren nicht mit den tat­säch­li­chen Eis­zeit-Tem­pe­ra­tu­ren über­ein­stim­men.

„Un­se­re Ana­ly­se deu­tet dar­auf hin, dass die si­mu­lier­ten Tem­pe­ra­tu­ren im Nord­at­lan­tik zu warm und glo­bal zu gleich­mä­ßig wa­ren. Neue Si­mu­la­tio­nen mit schwä­che­rer Oze­an­zir­ku­la­ti­on, die we­ni­ger Wär­me in den Nor­den trans­por­tiert, und dar­aus re­sul­tie­rend ei­nem küh­le­ren Nord­at­lan­tik pass­te bes­ser in das Mus­ter“, er­klärt Lu­kas Jon­kers. Hin­ter­grund da­für ist die Stär­ke der at­lan­ti­schen me­r­idio­na­len Um­wälz­zir­ku­la­ti­on und Eis-Oze­an-Wech­sel­wir­kun­gen. Die For­schen­den kom­men zu dem Er­geb­nis, dass die neue Me­tho­de Mo­dell­ver­glei­che si­che­rer macht. Die neu­en Si­mu­la­tio­nen zei­gen, dass die Mo­del­le das Tem­pe­ra­tur­mus­ter wäh­rend des letz­ten Hoch­gla­zi­als kor­rekt be­rech­nen kön­nen. Laut Au­tor:in­nen­team deu­te das dar­auf hin, dass eine kor­rek­te Vor­her­sa­ge des räum­li­chen Tem­pe­ra­tur­mus­ters – wenn die rich­ti­gen Pro­zes­se be­rück­sich­tigt wer­den – auch für die Zu­kunft mög­lich ist.

Mehr Gewicht für räumliche Auswirkungen des Klimawandels

„Der glo­ba­le Kli­ma­wan­del wird auch re­gio­nal un­ter­schied­li­che Aus­wir­kun­gen ha­ben. Un­se­re Ge­sell­schaft und die Öko­sys­te­me hän­gen letzt­lich da­von ab, was auf klei­ne­ren räum­li­chen Ska­len, näm­lich um uns her­um ge­schieht“, schluss­fol­gert Jon­kers. „Un­se­re Stu­die un­ter­streicht die Not­wen­dig­keit, die räum­li­chen Aus­wir­kun­gen des Kli­ma­wan­dels zu un­ter­su­chen. Dies ist wich­tig, wenn wir über die Be­gren­zung der glo­ba­len Er­wär­mung auf 1,5 Grad spre­chen, denn die­ser Wert be­zieht sich le­dig­lich auf ein glo­ba­les Mit­tel.“

Die Pu­bli­ka­ti­on er­scheint im Rah­men der vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) fi­nan­zier­ten Kli­ma­mo­del­lie­rungs­in­itia­ti­ve Pal­Mod. Hier ar­bei­ten For­schen­de dar­an, das Kli­ma der ver­gan­ge­nen 130.000 Jah­re auf klei­ne­ren Zeits­ka­len zu ent­schlüs­seln, um Aus­sa­gen für ein Kli­ma der Zu­kunft tref­fen zu kön­nen. Ihr Ziel ist es, die Spann­brei­te der Mo­del­le und der ih­nen zu­grun­de­lie­gen­den Pa­ra­me­ter zu ver­ste­hen und bes­se­re Aus­sa­gen für die Zu­kunft zu tref­fen.

Die Stu­die ist das Er­geb­nis ei­ner Zu­sam­men­ar­beit zwi­schen For­schen­den der Uni­ver­si­tät Bre­men und der Uni­ver­si­tät Ol­den­burg im Rah­men des Ex­zel­lenz­clus­ters „Der Oze­an­bo­den – un­er­forsch­te Schnitt­stel­le der Erde“. Be­tei­ligt sind au­ßer­dem Wis­sen­schaft­ler:in­nen des Al­fred-We­ge­ner-In­sti­tuts Helm­holtz-Zen­trum für Po­lar und Mee­res­for­schung Pots­dam und Bre­mer­ha­ven so­wie des Sou­thern Ma­ri­ne Sci­ence and En­gi­nee­ring Guang­dong La­bo­ra­to­ry Zu­hai (Chi­na) und der Ore­gon Sta­te Uni­ver­si­ty (USA).

Diese Pressemitteilung findet ihr beim MARUM.

© DLR/NASA/Jess Bunchek / Wikimedia Commons

Pressemitteilung, 29.11.2023, gemeinsame Pressemitteilung von AWI, GEOMAR, CAU

Forschungsschiff Polarstern nimmt Kurs auf die Ostantarktis

Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft im Fokus wissenschaftlicher Expeditionen

[29. November 2023] Gestern Abend ist das Forschungsschiff Polarstern von Kapstadt aus zu einem besonderen Fahrtgebiet aufgebrochen: In der Ostantarktis stehen die Geschichte der Instabilität des dortigen Eisschildes und die Wechselwirkung mit der Ozeanzirkulation im Fokus zweier Expeditionen. Auf dem ersten etwa zweimonatigen Abschnitt unter Leitung des GEOMAR finden vor allem ozeanographische, geowissenschaftliche und biologische Arbeiten statt; der zweite wird von der Universität Kiel geleitet und hat einen geowissenschaftlichen Schwerpunkt, Forschende des Alfred-Wegener-Instituts sind an beiden Expeditionen beteiligt. Personalwechsel und Versorgung des Schiffes finden Anfang Februar in Hobart statt. Anlässlich dieses Erstanlaufs der Polarstern in einem australischen Hafen ist ein Austausch mit Vertretungen aus Wissenschaft und Politik geplant.

Der bis zu mehrere Kilometer dicke Eisschild der Ostantarktis speichert Wassermassen, die den Meeresspiegel auf Zeitskalen von Jahrhunderten um dutzende Meter ansteigen lassen können, wie in vergangenen Warmzeiten der Erdgeschichte bereits geschehen. Die Rückkopplungen zwischen Eis, Ozean und Atmosphäre sind in dieser riesigen und global bedeutenden Region jedoch noch zu wenig verstanden. Dieses fehlende Wissen resultiert in einer großen Unsicherheit darüber, mit welchem Tempo der Meeresspiegel im Zuge der menschengemachten globalen Erwärmung ansteigen könnte und wie sich die Fähigkeit des Südozeans verändert, Wärme und atmosphärisches Kohlendioxid (CO2) aufzunehmen. Um diese Unsicherheiten zu verringern, haben Fachleute mehrerer deutscher und internationaler Forschungsstandorte ein koordiniertes Programm entwickelt. Es besteht aus drei Polarstern-Expeditionen namens EASI-1, EASI-2 und EASI-3 (East Antarctic Ice Sheet Instabilities, Ostantarktische Eisschild-Instabilitäten). Die erste fand bereits Anfang 2022 unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar und Meeresforschung (AWI) statt. Die beiden nun startenden Ausfahrten unter Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) vervollständigen das geplante wissenschaftliche Programm.

„Das wohl herausragendste Merkmal der EASI-2 Expedition ist, dass wir moderne Beobachtungen aus der Wassersäule eng mit unserem Wissen über frühere Zustände der Zirkulation des Südlichen Ozeans verknüpfen“, erklärt Expeditionsleiter Dr. Marcus Gutjahr. Der GEOMAR-Geochemiker weiter: „Dafür vermessen und beproben wir den Ozean entlang zweier Transekte, mit einem besonderen Fokus auf ostantarktische Küstenabschnitte, die bisher vom menschengemachten Klimawandel wenig betroffen waren. Wir untersuchen eine Vielzahl chemischer und physikalischer Eigenschaften des Meerwassers im offenen Ozean und antarktischen Gewässern bis hin zur Eisschelfkante. Mehrere dieser Parameter wurden in diesem Teil des Südlichen Ozeans noch nie erfasst.“ An denselben Stationen nimmt das Geologie-Team bis zu 25 Meter lange Sedimentkerne vom Meeresboden. Durch die Verknüpfung der Analysen der heutigen Meerwassereigenschaften mit Informationen, welche aus Sedimenten gewonnen werden können, erwartet das Team einen grundlegenden Einblick in die regionalen Umweltbedingungen vergangener Warm- und Kaltzeiten.

„Aus den marinen Sedimentkernen können wir Fragen zur Klima- und Meereisdynamik im Pleistozän beantworten – also bis zu 2,5 Millionen Jahre zurück in der Erdgeschichte“, sagt Vivian Sinnen. Die AWI-Doktorandin wird erstmals an einer Polarstern-Expedition in die Antarktis teilnehmen und ist Teil des Teams Marine Geologie, das beispielsweise aus biogeochemischen Merkmalen der Skelette von Kieselalgen (Diatomeen) Rückschlüsse auf die Temperaturen oder die Meereisausdehnung in der Vergangenheit zieht. Zum Geologie-Team gehört ebenfalls Dr. Lester Lembke-Jene. Er erläutert: „Diese Sedimente stellen eines der wichtigsten Klima-Archive dar, um Phasen natürlicher vergangener Klima-Erwärmungen im Südlichen Ozean zu rekonstruieren und die damit verbundenen Prozesse besser zu verstehen. Hierbei interessieren uns vor allem die mit diesen Wechseln eng verknüpften, tiefgreifenden physikalischen und biogeochemischen Veränderungen in den ozeanischen Frontensytemen und dem Antarktischen Zirkumpolarstrom, der größten Meeresströmung im Weltozean.“ Das Untersuchungsgebiet agiert als eine zentrale Schnittstelle für den Gas- und Wärmeaustausch zwischen dem tiefen Ozean und der Atmosphäre seit mehr als 30 Millionen Jahren, heute gehört sie u.a. zu den wichtigsten natürlichen Senken für anthropogene Treibhausgase und Wärme.

Die EASI-3-Expedition setzt den Schwerpunkt auf die Erfassung glazialer Strukturen auf dem Schelf und dem Kontinentalhang, zum Beispiel die fossilen Schleifspuren von Eismassen auf dem Meeresboden. Mit geophysikalischen Messungen können die Forschenden um Fahrtleiter Prof. Dr. Sebastian Krastel vom Institut für Geowissenschaften der CAU dabei noch weiter in die Erdgeschichte zurückblicken. Der Geophysiker erläutert: „Durch eine Kombination unterschiedlicher geophysikalische Systeme der Uni Kiel, des AWI und australischer Kolleginnen und Kollegen können wir Untergrundstrukturen in unterschiedlichen Tiefen mit bestmöglicher Auflösung abbilden. So können wir bis zu 1000 Meter in den Meeresboden hineinschauen und charakteristische Strukturen identifizieren, die es uns ermöglichen, verschiedene Zustände der Eisschilde in der Vergangenheit zu rekonstruieren.“ Basierend auf den geophysikalischen Messungen werden auch umfassende marin-geologische Arbeiten während der EASI-3-Expedition stattfinden. „Aus dem Arbeitsgebiet gibt es bisher sehr wenige Informationen zu den möglichen Steuerungsmechanismen von Eis-Instabilitäten, obwohl davon auszugehen ist, dass diese Region besonders sensitiv gegenüber dem zukünftigen Klimawandel reagieren wird. Das macht unsere disziplinübergreifenden Arbeiten so wertvoll, erläutert Prof. Dr. Julia Gottschalk von der Uni Kiel.

Die marinen Arbeiten auf beiden Expeditionen werden durch landgestützte Arbeiten eines internationalen Forschungsteams der Universität Köln, der Technischen Universität Dresden, sowie australischen KollegInnen abgerundet. So erlangen die Forschenden einen lückenlosen Anschluss an den antarktischen Kontinent.

Mit frischen Eindrücken von See oder Vorfreude auf die anstehende Expedition treffen einige der Polarstern-Expeditionsteilnehmenden Anfang Februar 2024 auf Kolleginnen und Kollegen aus der australischen Forschung. Im tasmanischen Hobart wird es im Rahmen eines feierlichen Empfangs einen Austausch mit wissenschaftlichen Institutionen und politischen Interessensvertretungen anlässlich des ersten Hafenanlaufs des Flaggschiffs der deutschen Polarforschung in Australien geben. Nach einem Zwischenstopp in Südafrika macht sich die Polarstern dann auf den Rücktransit und wird Mitte Mai in ihrem Heimathafen Bremerhaven zurückerwartet.

Die EASI-Expeditionen sind Teil der Programmorientierten Förderung (PoF) der Helmholtz-Gemeinschaft im Forschungsprogramm „Changing Earth – Sustaining our Future“, an dem AWI und GEOMAR beteiligt sind. Für die CAU liefern die Expeditionen wichtige Impulse für die Forschung innerhalb des universitären Forschungsschwerpunktes Kiel Marine Science (KMS). Die Forschenden werden u.a. über das Schwerpunktprogramm „Antarktisforschung“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Diese Pressemitteilung findet ihr beim AWI.

© A.Savin / Wikimedia Commons

Pressemitteilung, 16.11.2023, NABU

Die Hälfte der Meeresschutzgebiete muss nutzungsfrei werden

Strenger Schutz in Nord- und Ostsee: NABU macht Vorschlag, wie Artensterben und Lebensraumverlust aufgehalten werden kann

Berlin – Der NABU hat am 16. November den Umweltpolitikern der Ampel-Koalition und dem Meeresbeauftragten der Bundesregierung eigene Vorschläge für streng geschützte Flächen in den Meeresschutzgebieten der ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) in der deutschen Nord- und Ostsee vorgestellt. Dazu hat sich die Bundesregierung im Koalitionsvertrag verpflichtet. Der Verband fordert, mehr als 50 Prozent der Schutzgebiete noch in dieser Legislatur frei von Fischerei, Schifffahrt und Rohstoffabbau zu stellen.

NABU-Präsident Jörg-Andreas Krüger: „Zwei Jahre nach ihrem Antritt muss die Bundesregierung die versprochene Meeresoffensive liefern. Die Naturkrise in Nord- und Ostsee lässt uns keine Zeit. Die jüngsten Zustandsberichte unserer Meere sind dramatisch. Ein Drittel der Arten steht auf der roten Liste. Mit unseren Karten für nutzungsfreie Flächen liegt ein Entwurf auf dem Tisch, mit dem Deutschland den Verpflichtungen der EU-Biodiversitätsstrategie gerecht werden und eine europäische Vorreiterrolle einnehmen kann.“

Die europäische Biodiversitätsstrategie fordert, dass 30 Prozent der Land- und Meeresfläche geschützt werden, ein Drittel davon streng. Im Koalitionsvertrag steht, dass zehn Prozent der deutschen AWZ frei von schädlichen Nutzungen sein müssen. Doch heute findet auch in Meeresschutzgebieten noch Grundschleppnetzfischerei statt, werden Sand und Kies abgebaut, führen Schifffahrtslinien hindurch. „Dort wo wir wertvolle Riffe haben, Schweinswale ihre Jungen zur Welt bringen, Seevögel Nahrung finden und die Biodiversität am größten ist, muss die industrielle Nutzung aufhören. Wir brauchen streng geschützte Flächen, um Artensterben und Lebensraumverluste vor unserer Küste zu stoppen“, fordert NABU-Meeresexperte Kim Detloff.

Die Vorschläge des NABU decken etwas mehr als die Hälfte der Meeresschutzgebiete in der der deutschen AWZ ab, das entspricht knapp 15 Prozent der AWZ der Nordsee und etwas mehr als acht Prozent der AWZ der Ostsee. Erstmals wird damit der Begriff „strenger Schutz“ greifbar, es werden konkrete Flächen beschrieben und notwendige Maßnahmen definiert. Unterstützt wird Deutschlands größter Naturschutzverband in seiner Forderung von mehr als 40.000 Menschen, die einen offenen Brief an Bundeskanzler Scholz unterzeichnet haben. „Wir appellieren an die Mitglieder des deutschen Bundestags und den Bundeskanzler persönlich, dem Bundesumweltministerium zu helfen, ambitionierte Flächenvorschläge zu entwickeln und umzusetzen. Die Natur kann nicht warten, und nirgendwo liegen Natur- und Klimaschutz so nah wie im Meer“, so Krüger.

Hintergrund:

Für seine Gebietsvorschläge hat der NABU aktuelle Monitoring-Daten von mehr als 20 geschützten Arten und Lebensräumen – darunter Riffe, Sandbänke und Schlickgründe, Schweinswale, Seetaucher, Trottellummen, Eisenten und weitere Meeresvögel – analysiert und die Flächen mit der größten Artendichte und ökologischen Funktion definiert. Dazu gehören 54 Prozent der Schutzgebiete in der AWZ der Nordsee (das entspricht 14,6 Prozent der AWZ und 10,1 Prozent der gesamten deutschen Nordsee). In der Ostsee sollen 52,3 Prozent der AWZ-Schutzgebiete streng geschützt werden (das entspricht 29,2 Prozent der AWZ und 8,4 Prozent der gesamten deutschen Ostsee). Diese Flächen gilt es besonders zu schützen. Nach Überzeugung des NABU braucht es hier neben völlig ungestörten Bereichen, sogenannten Nullnutzungsgebieten, auch zeitliche Schutz- und Zonierungskonzepte für die deutschen Meeresschutzgebiete in der AWZ und auch im Küstenmeer unter Verantwortung der Bundesländer. Einen wichtigen Beitrag könnte hier ein Nationalpark Ostsee leisten.

Erst Ende Oktober hat das Regionalabkommen HELCOM (Helsinki-Konvention) zum dritten Mal einen Bericht über den ökologischen Zustand der Ostsee (HOLAS III) veröffentlicht, nur sechs Wochen nach dem Quality Status Report des OSPAR-Übereinkommens zum Schutz der Nordsee und des Nordostatlantiks. Dabei haben die Mitgliedsstaaten der Konventionen im Vorfeld Analysen zur Biodiversität, Eutrophierung, Schadstoffeinträgen, Nutzungsdruck sowie wirtschaftlichen und sozialen Aspekten vorgenommen. Das Ergebnis ist alarmierend. Nahezu sämtliche Fisch- und Vogelarten sowie Meeressäugetiere sind weiterhin bedroht oder werden stark beeinträchtigt; ihre Lebensräume werden gestört oder gehen ganz verloren.

Diese Pressemitteilung findet ihr beim NABU.

© Charrieau et al. 2018

Wissenschaft fürs Wohnzimmer: Wie kann man im Meer leben, wenn es sauer wird?

Foraminiferen sind faszinierende Einzeller, die auf den Meeresböden der ganzen Welt leben und eine entscheidende Rolle für das Ökosystem Meer spielen – das wusste auch unser Gründer Onno Groß, der über Tiefseeforaminiferen promovierte. Da sie eine Kalkschale tragen, sind sie akut durch die Ozeanversauerung gefährdet: Die Abbildung zeigt die verschiedenen Auflösungsgrade der Art Elphidium crispum. Dr. Laurie M. Charrieau, Marine Geologin am Alfred-Wegener-Institut, nimmt uns in Folge 138 von Wissenschaft fürs Wohnzimmer mit auf eine Reise durch die Ozeane der Welt und erklärt, wie Foraminiferen mit dem Klimawandel und zunehmend saureren Meeren zurechtkommen. Antonia Ahme, die auch zu unserem DEEPWAVE-Team gehört, und ihre Kolleginnen vom AWI moderieren anschließend eine Fragerunde.

Die Folge „Wie kann man im Meer leben, wenn es sauer wird?“ findet ihr bei Wissenschaft fürs Wohnzimmer. Hier berichten jeden zweiten Donnerstag 20:30 Uhr live auf YouTube Wissenschaftler:innen des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Gäste anderer Institutionen in lockerer Atmosphäre über ihre aktuelle, waschechte und klimarelevante Forschung.

Unser Gründer Onno Groß hat im Jahr 1998 eine Doktorarbeit zum Thema „Untersuchungen zur Autökologie, Wanderung und Bioturbation lebender benthischer Tiefsee-Foraminiferen (Protozoa)“ veröffentlicht.

Wie Wissenschaftler:innen mit Hilfe von Foraminiferen vergangene Klimabedingungen auf der Erde rekonstruieren, könnt ihr euch in der kurzen Dokumentation „A Foram’s Tale“ von ScienceMedia angucken.

Wissenschaftler:innen haben außerdem die Artenvielfalt von Foraminiferen in den Tiefseegräben der Clarion-Clipperton-Zone (CCZ) (tiefer als 4000 Meter) untersucht und über 100 Arten fotografiert, genetisch sequenziert und viele bisher unbekannte Arten entdeckt.

Die Abbildung findet ihr in der Veröffentlichung „Decalcification and survival of benthic foraminifera under the combined impacts of varying pH and salinity“ von Dr. Laurie M. Charrieau: Charrieau, L. M., Filipsson, H. L., Nagai, Y., Kawada, S., Ljung, K., Kritzberg, E., & Toyofuku, T. (2018): Decalcification and survival of benthic foraminifera under the combined impacts of varying pH and salinity. Marine environmental research, 138, 36-45.

© Nunataryuk project (CC BY-NC-SA 2.0)

Pressemitteilung, 20.10.2023, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Neuer Atlas dokumentiert das Auftauen des Permafrosts und seine Folgen

[20. Oktober 2023] Der Untergrund im hohen Norden der Erde verändert sich rasant. Typisch für weite Regionen der Arktis sind Böden, die im Sommer an der Oberfläche ein Stück weit auftauen, ansonsten aber das ganze Jahr hindurch gefroren bleiben. Doch die steigenden Temperaturen setzen diesem sogenannten Permafrost immer mehr zu. Welche Folgen hat das für das Klima, die Wirtschaft und die Menschen, die dort leben? Und wie kann man sich langfristig darauf einstellen? Solchen Fragen ist das vom Alfred-Wegener-Institut koordinierte EU-Projekt Nunataryuk in den letzten sechs Jahren nachgegangen. Die Erkenntnisse sind in den neuartigen „Arctic Permafrost Atlas“ eingeflossen, der am 20. Oktober online und kurz danach auch in gedruckter Form erscheint.

„Nunataryuk“. Viele der mehr als 150 beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dürften im Rahmen des nun beendeten Forschungsprojekts ein neues Wort gelernt haben. Der Name des Vorhabens stammt aus der im Nordwesten Kanadas gesprochenen Inuit-Sprache Inuvialuktun und bedeutet so viel wie „zwischen Land und Meer“. Er bezieht sich auf die Küsten des Nordpolarmeers – und damit genau auf die Regionen der Arktis, in denen sich die meisten menschlichen Aktivitäten konzentrieren. Wer dort lebt und arbeitet, ist mit Permafrost in all seinen Erscheinungsformen konfrontiert: Der gefrorene Boden prägt sowohl das Land als auch die Küste und den Meeresgrund. Und überall hat der Klimawandel schon seine Spuren hinterlassen.

„Der einst zuverlässig gefrorene Untergrund taut jetzt rund um die Welt auf“, berichtet Projekt-Koordinator Prof. Dr. Hugues Lantuit, Leiter der Arbeitsgruppe Permafrost-Küsten am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Potsdam. Durch diese Prozesse aber wird das Erdreich weniger stabil. Oft sackt es zusammen, ganze Küstenabschnitte werden vom Meer davongerissen. „Das verändert die Ökosysteme, beschädigt die Infrastruktur und beeinflusst das Leben und die Arbeit der Menschen in der Arktis“, erklärt der Forscher. Doch auch global gesehen kann der Wandel im hohen Norden zu gefährlichen Entwicklungen führen. Denn der gefrorene Untergrund gilt als eines der größten Kohlenstoff-Lager der Erde. Wenn er auftaut, könnte er Treibhausgase freisetzen, die so wirksam sind wie 50 bis 200 Milliarden Tonnen Kohlendioxid. „Diese atemberaubende Menge könnte einen gewaltigen Effekt auf unser Klima haben“, betont Hugues Lantuit.

Es gibt also Gründe genug, die Vorgänge im Untergrund der Arktis genauer unter die Lupe zu nehmen. Denn nur so lässt sich einschätzen, welche Risiken die Veränderungen mit sich bringen und wie man diese minimieren kann. Seit dem Start des Projekts im November 2017 sind Fachleute von 26 Partner-Institutionen aus 13 Ländern diesen Fragen nachgegangen. Sie haben Permafrost-Forschung vor Ort mit Simulationen im Computer und mit sozio-ökonomischen Analysen kombiniert und dabei auch die Stimmen von Interessensgruppen aus der gesamten Arktis mit einbezogen. Die EU hat im Rahmen ihres Rahmenprogramms Horizon 2020 11,5 Millionen Euro in das Vorhaben investiert.

Die Ergebnisse beleuchten den gefrorenen Boden aus ganz unterschiedlichen Perspektiven. Wer die künftigen Veränderungen beobachten will, braucht zum Beispiel erst einmal einen Überblick über den heute noch vorhandenen Permafrost an Land und im Meer. Den liefert eine neue Karte, die das Zentrum für Umweltkommunikation GRID-Arendal in Norwegen aus Projekt-Daten erstellt hat. Zum ersten Mal lässt sich nun auch einschätzen, wie viele Menschen in den Eisschränken der Erde leben. „Es handelt sich dabei um rund fünf Millionen Leute“, sagt Co-Koordinator Dr. Paul Overduin vom AWI. Computermodelle zeigen allerdings, dass viele von ihnen im Jahr 2050 wohl keinen gefrorenen Boden mehr unter den Füßen haben werden: In fast der Hälfte der 1162 heutigen Siedlungen dürfte der Permafrost erst degenerieren und dann ganz verschwinden. Das würde das Leben von mehr als drei Millionen Menschen drastisch verändern. Ähnlich beunruhigende Nachrichten gibt es auch für die Wirtschaft. So droht bis 2050 mehr als die Hälfte der Flächen aufzutauen, auf denen Öl- und Gasförderung, Bergbau und ähnliche Aktivitäten stattfinden.

Doch nicht nur der instabiler werdende Untergrund und die damit verbundenen Schäden an Gebäuden und Straßen, Pipelines und anderer Infrastruktur sind ein Problem. „Im Permafrost sind auch Schadstoffe und Krankheitserreger eingefroren, die bei steigenden Temperaturen freigesetzt werden können“, erklärt Paul Overduin. Ein Beispiel ist das Milzbrand-Bakterium, das vor allem Huftiere befällt, aber auch Menschen infizieren kann. Seine äußerst robusten Sporen können im Boden Jahrzehnte lang überleben, bis das große Tauen sie wieder aktiv werden lässt. Möglicherweise erklärt das, warum sich in Sibirien in letzter Zeit so viele Rentiere mit Milzbrand infiziert haben. Im Rahmen des Projekts haben Fachleute ein neues und speziell auf die Verhältnisse in der Arktis abgestimmtes Modell zur Übertragung der Krankheit entwickelt. Es soll helfen zu verstehen, ob und wie man künftige Ausbrüche eindämmen kann.

Die Erkenntnisse aus Nunataryuk sind so weitreichend, dass sie einem möglichst breiten Publikum zugänglich gemacht werden sollen. Genau dazu ist der neue „Arctic Permafrost Atlas“ gedacht, den GRID-Arendal zusammen mit allen Projekt-Partnern herausgegeben hat. Auf 156 Seiten präsentiert er Karten und Illustrationen, Fotos und kurze Texte rund um den gefrorenen Boden und seine Veränderungen. Neun Portraits von Menschen, die im Permafrost leben und arbeiten, runden die visuelle Reise in die Arktis ab. Jede Seite ist dabei eine Warnung vor den dramatischen Folgen des Klimawandels, findet Hugues Lantuit: „Das Wissen in diesem Atlas ist ein dringender Aufruf zum Handeln.“

Den neuen Arctic Permafrost Atlas gibt es hier zum Download als PDF: https://nunataryuk.org/news/atlas

Diese Pressemitteilung findet ihr beim Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.

Das Auftauen der Permafrostböden ist einer der großen Kipppunkte, die die Klimakrise vorantreiben. Eine in diesem Jahr veröffentlichte Studie betont, dass das Auftauen der Böden neben der Freisetzung von Methan, das wiederum die Klimakrise anheizt, auch zu einer massiven Belastung der Arktis mit industriellen Altlasten und Schadstoffen führen kann.

© Alfred-Wegener-Institut / Esther Horvath (CC-BY 4.0)

Pressemitteilung, 29.09.2023, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Forschungsschiff Polarstern kehrt am Wochenende in seinen Heimathafen Bremerhaven zurück

[29. September 2023] Nach erlebnis- und arbeitsreichen Monaten endet am kommenden Wochenende die Arktissaison mit der Polarstern-Expedition namens ArcWatch-1. Das knapp 100-köpfige Team aus Besatzung und Wissenschaft hat Dicke und Eigenschaften des Meereises vermessen, die Strömungen und chemischen Eigenschaften des Ozeans aufgezeichnet und das Leben im und unter dem Eis, im freien Wasser und am Boden der Tiefsee erforscht. Ihre Daten zeigen erhebliche Veränderungen im Vergleich zu vorangegangenen Expeditionen auf. Am 7. September 2023 erreichte die Polarstern den Nordpol, und am 20. September gab es den weltweit ersten Livestream eines ROV-Untereis-Tauchgangs aus der Zentralarktis.

Der Sommer des Jahres 2023 geht ein als der global heißeste Sommer seit Beginn der Wetteraufzeichnungen: die Gletscher schmelzen schneller denn je, riesige Waldbrände in Kanada und Sibirien hinterlassen ihre Spuren, das Meereis schmolz schon im Mai und Juni 2023 schneller als zuvor. Daher erwartete des Expeditionsteam besonders wenig Meereis während der Untersuchungen in der zentralen Arktis. Die ersten Ergebnisse waren überraschend: Das Meereis des zentralen Arktischen Ozeans schmolz im August und September nicht so weit ab wie erwartet, es war auch dicker als in den Jahren zuvor.

„Es fehlten die Schmelztümpel, die Sedimenteinschlüsse, die Presseisrücken, die sonst so charakteristisch für das arktische Meereis im Sommer sind. Das Eis war besonders flach und von unten stark aufgeschmolzen. Ungewöhnlich viel Schnee auf den Schollen hat dafür gesorgt, dass sie von Oberflächenschmelze geschützt waren und es direkt unter dem Eis nur wenig Licht gab“, berichtet AWI-Meereisphysiker Dr. Marcel Nicolaus. Er setzte mit seinem Team an den insgesamt neun Eisstationen einen Unterwasser-Roboter (Remotely Operated Vehicle, ROV) ein. Ein besonderes Highlight der Expedition war die live Übertragung eines solchen Tauchgangs auf dem AWI-Youtube Kanal am 20. September, der erste ROV-Untereis-Tauchgang, der live aus der Zentralarktis ins Internet übertragen und von mehreren hundert Menschen verfolgt wurde.

Der großräumige Einsatz des Messgerätes EM-Bird vom Helikopter der Polarstern sowie von parallelen Flugzeugkampagnen zeigte: Die Dicke des ebenen Meereises betrug auch Anfang September noch 1,2 Meter – mehr als im Sommer der MOSAiC-Expedition im Jahr 2020 oder zum größten Meereisminimum 2012. Dank Telekommunikation über neue Satelliten mit Polarabdeckung konnten die Daten der Expedition direkt in Modelle eingespeist werden. Meereisphysiker Dr. Thomas Krumpen erklärt die beobachtete Anomalie so: „Wo in den letzten Jahrzehnten die Schollen vorwiegend von den sibirischen Schelfen in das Eurasische Becken drifteten, kam das Eis dieses und auch letztes Jahr aus dem kanadischen Becken, ohne Kontakt zum flachen Schelf. Das ist ein ungewöhnlicher Verlauf der Transpolardrift.“ Die Ursache beruht vermutlich auf einem Phänomen von ungewöhnlich stabilen Tiefdruckgebieten, die den Sommer über das Eis auf dem sibirischem Schelf zusammen hielt und verknüpft war mit einer Zufuhr kalter Polarluft.

„Entsprechend haben wir kaum Eisalgen an der Unterseite des Meereises gefunden. Besonders Melosira arctica fehlte, die meterlange Ketten bilden kann und ein wichtiger Nährstofflieferant für das gesamte Ökosystem ist. Das Eis war dieses Jahr wie tot. Wegen der Abdunklung durch Schnee schwammen Algen aus dem Wasser auf und legten sich in einem Film unter das Eis, um noch etwas Licht abzubekommen“, berichtet die Leiterin der Expedition Prof. Dr. Antje Boetius, Direktorin des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). Veränderungen entdeckten auch die Ozeanographen in der obersten Meeresschicht, die salziger war als in den Jahren zuvor wegen der fehlenden Eisschmelze sowie geringerer Einträge des sibirischen Schelfwassers.

Der Vergleich mit den früheren Untersuchungsjahren 2012 und 2020 zeigte auch für das im Wasser treibende, planktonische Leben Unterschiede. Im August und September war die Algenblüte längst vorbei, es konnte sich auch keine Algenbiomasse unter dem Eis aufbauen. Stattdessen fanden die Forschenden Schwärme von Tieren wie Pfeilwürmer, Manteltiere, Eisamphipoden, Ruderfußkrebse, Flügelschnecken und Rippenquallen. Das Team um Co-Fahrtleiterin Dr. Christina Bienhold fand die Lebensgemeinschaften in der Tiefsee daher verändert vor: „Es sind dieses Jahr kaum Meereisalgen in die Tiefsee gesunken. Dennoch ist insgesamt die Aktivität der Lebewesen am Boden etwas im Vergleich zum Meereisminimum im Jahr 2012 gestiegen.“ Aufnahmen mit der Tiefseekamera zeigten, dass sich die Zusammensetzung der Gemeinschaft verändert hat. Der einstmals glatte Meeresboden wurde stark besiedelt und durchwühlt von Ringel- und Borstenwürmern, kriechenden Seeanemonen und Seegurken. „Es ist erstaunlich, wie schnell das arktische Leben auf Änderungen in der Meereisbedeckung reagiert,“ sagt Antje Boetius. Das Team konnte Proben aller Größenklassen von Lebewesen der arktischen Tiefsee gewinnen, um ihre Vielfalt und Verteilung sowie auch Veränderungen zu den vergangenen Jahrzehnten zu untersuchen.

Die Forschungen der Expedition ArcWatch-1 schlossen auch Meeresbodenkartierungen von bisher unbekannten Seebergen ein, von denen sich einer als Biodiversitäts-Hotspot entpuppte. Zudem gewannen die Chemiker an Bord große Mengen von Wasser- und Eisproben, um die Veränderung der Kohlenstoffpumpe in die Tiefsee zu erfassen und um nicht-abbaubare chemische Stoffe zu detektieren. Für ein europäisches Projekt bewerten sie die Verteilung von Schadstoffen in der Arktis. Das Polarstern-Team konnte zudem eine Reihe neuer Hightech-Instrumente wie Roboter, autonome Sensor- und Probennahme-Module, sowie hochauflösende Untereiskameras erfolgreich einsetzen. Sie bauten ein großes Netzwerk von Bojen auf und setzten neuartige Verankerungen für ganzjährige Untersuchungen ein. So werden sie weitere Daten über den Wandel des zentralen arktischen Ozeans erhalten, auch nachdem Polarstern nun aus der zentralen Arktis zurückkehrt.

Weitere Einblicke in die Expedition können Interessierte bereits zum Jahreswechsel bekommen: Eine Dokumentation, produziert von UFA Documentary, mit dem Arbeitstitel ARCWATCH – HOFFNUNG IM EIS wird am 29. Dezember um 21.45 Uhr im Ersten ausgestrahlt und in der ARD-Mediathek verfügbar sein. Die kommenden drei Wochen wird die Polarstern für standardmäßige Wartungs- und Reparaturarbeiten in der Bremerhavener Lloyd Werft verbringen, bevor sie Ende Oktober Richtung Antarktis aufbrechen wird.

Diese Pressemitteilung findet ihr beim Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.

Der Wandel im arktischen Ozean zeigt sich nicht nur durch veränderte Artgemeinschaften, sondern auch durch die Veränderung der saisonalen Vertikalwanderung von Zooplankton als Folge des zunehmenden Meereisrückgangs.

© European Union, Copernicus Sentinel-3 imagery / Wikimedia Commons

Pressemitteilung, 27.09.2023, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Eisen und Mangan beeinflussen das Algenwachstum und damit auch den Kohlenstoff-Transport im Südpolarmeer

[27. September 2023] Der richtige Mix von Spurenelementen ist entscheidend für eine gesunde Ernährung. Diese Devise gilt nicht nur für Menschen, sondern auch für das Phytoplankton. Die winzigen Algen im Südpolarmeer haben als Kohlendioxid-Speicher maßgebliche Effekte auf das Weltklima. So zeigt eine neue Studie des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) und der Universität Bremen einen interessanten Zusammenhang: Wenn das Phytoplankton gleichzeitig mehr Eisen und Mangan bekommt, verändert sich seine Lebensgemeinschaft. Die Algen können dann mehr CO2 binden und bilden mehr klebrige, kohlenstoffreiche Kolonien, die besser auf den Meeresgrund sinken. Dadurch holen sie den Kohlenstoff effizienter aus der Atmosphäre, berichtet das Forschungsteam im Fachjournal Current Biology.

Da das Südpolarmeer reich an Nährstoffen wie Nitrat und Phosphat ist, sollte man dort eigentlich auch ein üppiges Algenwachstum erwarten. Doch in den meisten Regionen gibt es erstaunlich wenig Phytoplankton. Schon länger ist bekannt, dass hinter dieser Wachstumsschwäche vor allem ein kräftiger Eisen-Mangel steckt, teilweise ist aber auch Mangan knapp. Ob das auch für das südliche Weddellmeer gilt, wusste bisher allerdings niemand. Nun aber haben Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) sowie der Universität Bremen nicht nur die Mengen beider Elemente in den abgelegenen und schwer erreichbaren Gewässern am 77. Breitengrad untersucht. Zum ersten Mal haben sie während der COSMUS-Expedition im Jahr 2021 auch getestet, welchen Einfluss beide Spurenmetalle auf die dortigen Algengemeinschaften haben.

Dabei hat sich herausgestellt, dass im Vergleich zu ihrer möglichen Photosynthese-Leistung die Algen im gesamten südlichen Weddellmeer erstaunlich schlecht wachsen und somit auch weniger Kohlenstoff zum Meeresgrund transportieren als eigentlich möglich wäre. Dieses Ergebnis passt zu der ebenfalls schlechten Versorgung mit Spurenelementen: „Tatsächlich haben wir überraschend geringe Konzentrationen von Eisen und Mangan gefunden“, berichtet Erst-Autorin Jenna Balaguer, deren Doktorarbeit von Scarlett Trimborn betreut und am AWI und der Universität Bremen durch das Schwerpunktprogramm Antarktisforschung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurde. „Für manche Phytoplankter scheinen beide Substanzen sehr knapp zu sein, während andere nur Eisen benötigen.“ Und das hat offenbar weitreichende Folgen.

Diese wurden deutlich, als die Gruppe Meerwasser aus der Region in Behälter füllte und dann entweder Eisen oder Mangan oder beides dazugab. „Dabei hat sich gezeigt, dass die Eisenversorgung tatsächlich nicht der einzige entscheidende Faktor ist“, sagt AWI-Forscher und Studienmitautor Florian Koch. „Erst durch die Kombination von Eisen und Mangan konnten wir das Wachstum der Algen so richtig ankurbeln.“ Damit aber nicht genug: Da die einzelnen Arten durchaus unterschiedliche Ansprüche an die Versorgung mit Spurenelementen haben, veränderte sich mit den Zugaben auch die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft.

Das aber ist nicht nur ökologisch interessant, sondern hat auch weitreichende Konsequenzen für das Kohlenstoffbudget der Erde und damit für das Klimagleichgewicht. Denn das Phytoplankton hat einen wichtigen Einfluss auf den Kohlenstoff-Transport im Meer. Sobald die grünen Winzlinge per Photosynthese Energie gewinnen, setzen sie nämlich nicht nur große Mengen Sauerstoff frei. Gleichzeitig nehmen sie auch das Treibhausgas Kohlendioxid auf und bauen den darin enthaltenen Kohlenstoff in ihre Zellen ein. Wenn sie dann absterben und auf den Meeresgrund sinken, nehmen sie diesen Kohlenstoff mit. Statt in der Atmosphäre für weiter steigende Temperaturen zu sorgen, wird er durch diese biologische Pumpe also in die Tiefsee exportiert.

Gerade die Vorgänge im Untersuchungsgebiet der Studie sind in dieser Hinsicht besonders interessant. Immerhin geht etwa ein Viertel des insgesamt von den Organismen des Südpolarmeers aufgenommenen Kohlenstoffs auf das Konto des Phytoplanktons, das südlich des 55. bis 60. Breitengrades im Weddellmeer treibt. „Zum ersten Mal haben wir deshalb auch untersucht, wie der Eisen- und Mangan-Mangel dort den Kohlenstoff-Export beeinflusst“, sagt Jenna Balaguer.

Tatsächlich zeigen die Experimente, dass schon relativ kleine Veränderungen in der Artenzusammensetzung einen unerwartet großen Effekt auf diesen Prozess haben können. Denn je nach Größe, Form und sonstigen Eigenheiten sinken manche Zellen schneller und häufiger auf den Meeresgrund als andere. So führte die Zugabe von Spurenelementen zu einem starken Wachstum der Alge Phaeocystis antarctica. Diese gesellige Art bildete größere und mehr kohlenstoffreiche Kolonien, die dann zusammen mit den örtlichen Kieselalgen auch besonders gut absanken. 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 um das Vierfache ansteigen.

Was aber bedeutet das für die Zukunft des Südpolarmeeres? Momentan lässt sich laut dem Studienteam nicht genau vorhersagen, welche Phytoplankton-Arten vom höheren CO2-Gehalt profitieren werden und wieviel mehr CO2 der Ozean dann aufnehmen kann als heute. Allerdings zeigt die Studie klar, dass ein zusätzlicher Eintrag von Eisen und Mangan durch Eisschmelze und Sedimente das Algenwachstum drastisch ankurbeln und die biologische Kohlenstoffpumpe auf Hochtouren arbeiten lassen könnte. Was der Klimawandel tatsächlich bewirken wird, lässt sich nur mithilfe von Modellen einigermaßen abschätzen. Und die sollten die neuen Erkenntnisse nun unbedingt integrieren, schließen die AWI-Forschenden, denn die Auswirkungen von Mangan auf die Kohlenstoffpumpe hatten die Modelle bisher nicht auf der Rechnung.

Diese Pressemitteilung findet ihr beim Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.

Die Originalpublikation „Iron and manganese availability drive primary production and carbon export in the Weddell Sea“ findet ihr bei Current Biology.

Das Bild zeigt eine großflächige Phytoplankton-Blüte im Sommer 2021 in der Barentssee, aufgenommen mit einem der Copernicus Sentinel-3 Satelliten.

Das Spurenelement Eisen, welches die Primärproduktion und damit die Aufnahme von CO2 fördert, kommt sowohl in den Kotballen von Krill als auch von Salpen vor. Forscher:innen haben herausgefunden, dass antarktisches Phytoplankton das Eisen im Kot von Salpen vergleichsweise besser aufnehmen kann.

© Alfred-Wegener-Institut / Mario Hoppmann (CC-BY 4.0)

Pressemitteilung, 08.09.2023, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Forschungseisbrecher zum siebten Mal am nördlichsten Punkt der Erde

[08. September 2023] Fünf Wochen nach dem Ablegen im norwegischen Tromsø erreicht das Forschungsschiff Polarstern des Alfred-Wegener-Instituts Station den nördlichsten Punkt der Erde. Das internationale Team von Forschenden untersucht auch hier die Kopplung zwischen Meereis, Ozean und seinem Leben bis in die Tiefsee. Bislang lieferte die am 3. August 2023 gestartete Expedition Arcwatch-1 einige überraschende Entdeckungen: So zeichnet sich 2023 durch ungewöhnliche Eisdrift aus, die die Lebensgemeinschaften unter dem Eis beeinflusst. Zudem hat das Team eine erstaunliche Artenvielfalt an einem bislang unkartierten Seeberg in 1500 Meter Wassertiefe unter dem Eis entdeckt.

Am 3. August 2023 ist der Forschungseisbrecher Polarstern im norwegischen Tromsø in See gestochen, um zwei Monate lang im Arktischen Ozean zu forschen. Ziel der aktuellen ArcWatch-1-Expedition ist es, die Biologie, Chemie und Physik des Meereises sowie die Auswirkungen des Meereis-Rückgangs auf das gesamte Ozeansystem von der Oberfläche bis in die Tiefsee zu untersuchen sowie in bisher unkartierte Regionen vorzudringen.

Nach einem kurzen Zwischenstopp auf Spitzbergen erreichte die Polarstern am 6. August die Eiskante bei 81,5° Nord und 17° Ost. In den darauffolgenden Wochen wurden Eisstationen zunächst entlang 85°N im Nansen- und Amundsen-Becken des Arktischen Ozeans durchgeführt, und dann nördlich entlang 130° Ost. Die Expedition erreichte dabei Anfang September die Region, in der die MOSAiC-Drift-Expedition in 2019 startete. Über tausende von Quadratkilometern wurden bisher 50 Bojen und autonome Messstationen verteilt. Zudem wurden mit dem vom Helikopter geschlepptem Messsystem „IceBird“ Eisdickenmessungen durchgeführt und parallel mit Fernerkundungsmethoden die Dynamik der Meereisbedeckung großflächig untersucht. Für die mehrtägigen Eisstationen legte das Schiff jeweils an einer Scholle an, Forschende gingen auf das Eis, bauten autonome Beobachtungsstationen auf, erforschten die Unterseite der Scholle mit einem Roboter und zogen Eiskerne, um das Leben im Netzwerk der winzigen Meereiskanäle zu untersuchen. Vom Schiff aus beprobten sie den Ozean unter dem Eis bis hinunter zum Meeresboden und setzten dafür verschiedene Tiefsee-Technologien wie das am AWI entwickelte Kamera- und Sonarsystem „Ocean Floor Observation and Bathymetry“ System (OFOBS) ein.

Letzteres lieferte am 21. August eines der vielen bisherigen Highlights der Expedition. Mithilfe von OFOBS konnten die AWI-Forschenden einen 2500 Meter hohen, bislang unkartierten Seeberg vermessen. Seine Basis liegt in 4000 Metern Tiefe, seine Spitze reicht bis 1500 Meter Tiefe unter die Meeresoberfläche. „Am Gipfel des Seebergs wimmelt es nur so vor Leben“, sagt Antje Boetius, Direktorin des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), die die Expedition leitet. „Wir fanden hier riesige, fast einen halben Meter große Schwämme, die über und über besiedelt waren mit Würmern, Krebsen und Weichkorallen. Für uns sehr überraschend stießen wir aber auch auf unzählige Fische, Aalmuttern und Scheibenbäuche, die für ihre Antifrost-Proteine bekannt sind. Die wunderschönen apricot-farbenen, fast einen halben Meter großen Seeanemonen waren ein fantastischer Anblick.“

Ein Ziel der Expedition sind zudem Vergleiche zu früheren Untersuchungen aus dem Jahr 2012 wie auch zu Untersuchungen der MOSAiC-Expedition. Im Jahr 2012 war das Team – ebenfalls unter Leitung der AWI-Direktorin Antje Boetius – mit Polarstern während der größten Meereisschmelze seit Beginn der Satelliten-Aufzeichnungen unterwegs. Über eine riesige Fläche fielen damals Meereislebewesen ins Wasser und sanken in die Tiefsee – besonders die fadenbildende endemische Meereisdiatomee Melosira arctica. Bei der Zersetzung der Algenteppiche durch Meeresbodenbakterien entstanden Sauerstoffminima im Meeresboden der Arktis. Das Team konnte nun elf Jahre später feststellen, dass das wiederholte Ausschmelzen der Meereisalgen in den vergangenen Jahren die Zusammensetzung der Meeresbodengemeinschaft verändert hat: ehemals dominante Arten wie Haarsterne sind verschwunden, dafür gibt es deutlich mehr Ringel- und Borstenwürmer sowie Seegurken. Allerdings fehlt dieses Jahr die Meereisalge Melosira arctica in großen Bereichen des Untersuchungsgebietes – sowohl im Eis wie am Meeresboden. Antje Boetius fasst zusammen: „An die Orte wiederzukehren, die wir erstmals 2012 untersuchten und die damals aufgezeichneten Phänomene des Klimawandels weiter zu verfolgen, ist für mich das wesentliche Ziel der Expedition. Wir sind sehr überrascht von der diesjährigen Veränderung in der Kopplung zwischen Meereis, Ozean und Meeresboden. Und froh, dass der weltweit heißeste Sommer 2023 nicht zu einer neuen Rekordschmelze geführt hat, da die zentrale Arktis durch eine besondere Wetterlage geschützt war.“

Ergebnisse der Meereisphysik erklären die Beobachtungen: So zeigte sich in diesem Jahr schon früh eine Anomalie in der Eisdrift, die dickeres Eis aus der westlichen zentralen Arktis nach Süden drückte. In den Regionen, wo 2012 und 2020 während MOSAiC junges Eis vom sibirischen Schelf mit vielen Algen gefunden wurde, dominierte dieses Jahr stark aufgeschmolzenes zweijähriges Eis aus dem kanadischen Becken. In den Sinkstofffallen und am Meeresboden war daher kaum abgesunkenes Material aus dem Eis zu finden. Auch die Ozeanographen bemerkten eine Anomalie: Die Schichtung des Meerwassers unter dem Eis war lokal durch Schmelzprozesse oder Vermischung durch starken Wind ausgeprägt, zeigte jedoch vergleichsweise hohen Salzgehalt. Grund ist wahrscheinlich eine geringere Schmelze und reduzierter Eintrag des Süßwasser-reichen Sibirischen Schelfmeeres. Direkt unter dem Eis begegneten den Planktologinnen und Planktologen an jeder Station auch andere Schwärme von Tieren – wie Manteltiere, Quallen, Flügelschnecken, Flohkrebse und Ruderfußkrebse. Anders als in 2012 wurde kaum Export von Biomasse in die Tiefsee beobachtet. Denn auch am Ende der Schmelzsaison gibt es noch eine ausgeprägte Schneeschicht auf dem Meereis. Diese macht das Eis und den Ozean darunter recht dunkel und führt sogar zum Aufsteigen von Phyto- und Zooplankton aus tieferen Wasserschichten an die hellere Unterseite des Eises. Zudem gibt es kaum Schmelztümpel auf dem Meereis, die sonst charakteristisch für den arktischen Sommer sind.

Auch die Vergleiche mit der Ausdehnung des Meereises während der MOSAiC-Drift-Expedition 2019-2020 lassen vermuten, dass 2023 über beiden Rekordminima von 2012 und 2020 liegen wird. Trotz des – seit Beginn von Wetterbeobachtungen  – weltweit heißesten Sommers 2023 zeigt das Meereis der Arktis durchschnittlich sogar etwas höherer Dicken als in den vergangenen Jahren. Sowohl die Meereisphysikerinnen und Meereisphysiker als auch die Klimadynamikerinnen und Klimadynamiker erklären das Phänomen mit einem starken Tiefdruckeinfluss in der zentralen Arktis. Es bleibt noch abzuwarten, wie sich die Eisschmelze bis Mitte September zum Minimum der Eisausdehnung entwickeln wird. Die ersten Herbststürme transportieren gerade warme Luft in Richtung Arktis.

Gestern erreichte das AWI-Forschungsschiff planmäßig den Nordpol. Es ist das insgesamt siebte Mal, dass der Forschungseisbrecher Polarstern in seiner 42-jährigen Geschichte den nördlichsten Punkt der Erde erreicht. Zuletzt drang das Schiff am 18. August 2020 während der MOSAiC-Expedition mit dem Expeditionsleiter Markus Rex bis zum Nordpol vor. Gerade begannen die mehrtägigen Arbeiten der laufenden Expedition ArcWarch mit einem Tauchgang zum geographischen Pol bei 90°N in 4224 m Wassertiefe. Derzeit bauen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihre Observatorien auf der Eisscholle, im Ozean und am Meeresboden auf. Anschließend werden sie ihre Forschungsarbeiten entlang des 60. Breitengrads fortsetzen. Die Polarstern wird am 1. Oktober 2023 wieder in Bremerhaven zurückerwartet.

Dabei ist auch ein Kamerateam der UFA Documentary GmbH, das die Expedition filmisch begleitet. Geplant ist die Ausstrahlung der in Kooperation mit dem NDR entstehenden Fernseh-Dokumentation für den Jahreswechsel in der ARD. Bereits während der Expedition können Interessierte im Hörfunkprogramm von Radio Bremen Eindrücke von Bord gewinnen und die Expedition natürlich auch in der Polarstern-Web-App und auf den Social-Media-Kanälen des Alfred-Wegener-Instituts verfolgen.

Diese Pressemitteilung findet ihr beim Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.

Am 03. August 2023 ist die Polarstern in Richtung Nordpol aufgebrochen, um im Rahmen von ArcWatch 1 die Biologie, Chemie und Physik des Meereises und die Auswirkungen der Klimakrise auf das arktische Ökosystem zu untersuchen.