Die Tiefsee spielt eine zentrale Rolle im Kreislauf von Spurenelementen, die für das marine Ökosystem von entscheidender Bedeutung sind. Traditionell glaubten Wissenschaftler, dass lebenswichtige Metalle wie Eisen oder Zink in den Sedimenten der Tiefsee verloren gehen und somit nicht mehr für das Oberflächenwasser verfügbar sind. Eine aktuelle Studie von Forschenden der ETH Zürich hat jedoch gezeigt, dass dieser Prozess wesentlich komplexer ist und die Elemente nicht verloren gehen, sondern rezykliert werden.
Das Phytoplankton, mikroskopisch kleine Pflanzen im Meer, ist ein entscheidender Akteur in diesem Ökosystem. Diese Algen sind auf Licht angewiesen und gedeihen in den oberen, lichtdurchfluteten Schichten des Ozeans. Sie nutzen Sonnenlicht zur Photosynthese, um organische Substanzen aus Kohlendioxid (CO₂) zu produzieren. Phytoplankton hat eine ähnliche Fähigkeit zur Kohlenstoffbindung wie alle Pflanzen an Land zusammen und spielt eine wichtige Rolle im globalen Klimasystem. Um jedoch zu wachsen und sich zu vermehren, benötigt das Phytoplankton neben Kohlenstoff auch andere essentielle Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor und verschiedene Spurenelemente, darunter Eisen, Zink und Kupfer.
Die Verfügbarkeit dieser Metalle im Oberflächenwasser ist jedoch begrenzt. Früher wurde angenommen, dass der biologische Zyklus der Algen, die nach ihrem Absterben in tiefere Wasserschichten sinken, für den Verlust dieser Spurenelemente verantwortlich ist. Dort werden die Algen von Bakterien zersetzt, und die Metalle gehen in die Tiefsee verloren. Um jedoch den Kreislauf von Leben und Tod im Ozean aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, dass diese Spurenelemente wieder zurück an die Oberfläche gelangen. Wie dies geschieht, war lange Zeit unklar.
Neuere Forschungen unter der Leitung von Derek Vance an der ETH Zürich zeigen, dass ein erheblicher Teil der im Meerwasser gelösten Metalle nicht durch biologische Prozesse, sondern durch die Bildung von festen Manganoxid-Partikeln aus dem Wasser entfernt wird. Diese Partikel sinken durch die Wassersäule bis zum Meeresboden, wo sie im Sediment abgelagert werden. Doch die Spurenelemente sind dadurch nicht verloren. Die Forscher entdeckten, dass chemische Reaktionen in den Sedimentporen, die mit Meerwasser gefüllt sind, die Metalle wieder freisetzen. Eisen, Kupfer, Kobalt und andere Elemente gelangen zurück ins Tiefenwasser, wo sie durch die globale Ozeanzirkulation wieder in die oberen Wasserschichten transportiert werden.
Diese neuen Erkenntnisse verändern die Sichtweise auf die Ozeanchemie und deren Einfluss auf die Meeresbiologie sowie das Klima. Vance betont, dass die Studie zeigt, dass diese wichtigen Mikronährstoffe nicht dauerhaft verloren gehen. Dies hat bedeutende Implikationen für die Forschung über das Meerwasser und die Elemente, die für das Funktionieren der marinen Ökosysteme unerlässlich sind.
Das Phytoplankton spielt eine Schlüsselrolle im Klimasystem, da es CO₂ aus dem Wasser entnimmt, in seine Biomasse integriert und in die Tiefsee transportiert. Dadurch wird der CO₂-Gehalt in der Atmosphäre gesenkt. In der Wissenschaft wird bereits seit geraumer Zeit darüber diskutiert, wie man das Wachstum von Phytoplankton durch die Düngung mit Eisen oder anderen Nährstoffen anregen könnte, um den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre weiter zu reduzieren.
Die Wachstumsrate des Phytoplanktons hängt stark von der Verfügbarkeit der gelösten Nährstoffe und Spurenelemente ab, die in den oberen Wasserschichten oft begrenzt sind. Ein besseres Verständnis darüber, wie diese Elemente aus dem Oberflächenwasser entfernt und wieder zurückgeführt werden, ist entscheidend, um präzise Aussagen über die klimatischen Bedingungen der Erde in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft treffen zu können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschung zu den Mechanismen, die die Verfügbarkeit von Spurenelementen im Ozean beeinflussen, von großer Bedeutung ist. Sie bietet wertvolle Einblicke in die Funktionsweise des marinen Ökosystems und dessen Einfluss auf das globale Klima.
