In einer aktuellen Studie, die von einer internationalen Forschungsgruppe unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemie durchgeführt wurde, wurde festgestellt, dass die Stickstofffixierung durch Mikroorganismen in den Ozeanen während des warmen späten Pliozäns, etwa vor drei Millionen Jahren, signifikant zurückging. Diese Erkenntnisse basieren auf der Analyse von fossilen Planktonschalen, die wertvolle Informationen über vergangene klimatische Bedingungen liefern. Stickstoff ist ein essenzieller Nährstoff, der das Wachstum von Plankton fördert und somit die Grundlage für marine Nahrungsnetze bildet.
Die Studie hebt hervor, dass im tropischen Atlantik, einer Schlüsselregion für die Stickstofffixierung, fast 90 Prozent dieser biologischen Umwandlung von Stickstoffgas (N₂) in eine für Organismen verwertbare Form, in den nährstoffarmen Oberflächengewässern stattfindet. Bei der Denitrifikation hingegen wird Stickstoff durch bestimmte Bakterien aus dem Wasser entfernt und zurück in die Atmosphäre abgegeben, was vor allem in sauerstoffarmen Zonen des Ozeans geschieht. In früheren Untersuchungen wurde bereits gezeigt, dass die Denitrifikation in wärmeren Perioden global abnahm, doch der Einfluss auf die Stickstofffixierung war nicht ausreichend erforscht.
Die Forschungsgruppe konnte durch die Analyse von Stickstoffisotopen in den Schalen von Foraminiferen, die in Ozeansedimenten aus dem tropischen Nordatlantik gefunden wurden, nachweisen, dass die Stickstofffixierung im späten Pliozän deutlich geringer war und im kühleren Pleistozän wieder zunahm. Foraminiferen sind mikroskopische Organismen, die sich hervorragend zur Rekonstruktion vergangener Meeresbedingungen eignen, da sie beim Wachstum Stickstoff in ihre Kalkskelette einlagern.
Ein bemerkenswerter Aspekt der Studie ist der Zusammenhang zwischen der Stickstofffixierung und der Denitrifikation. Die Forscher fanden heraus, dass ein Rückgang der Denitrifikation im Pazifik während des Pliozäns auch zu einer Abnahme des Phosphorgehalts im Atlantik führte. Da Phosphor ein entscheidender Nährstoff für die Stickstofffixierung ist, resultierte der Rückgang von beiden Prozessen in einer verringerung der Stickstoffverfügbarkeit im Ozean. Dennoch blieb die Gesamtmenge an Stickstoff relativ stabil.
Die Studienautorin Maayan Yehudai erklärte, dass es seit Langem Diskussionen darüber gibt, wie sich der Stickstoffkreislauf im Ozean unter klimatischen Veränderungen verhält. Die Forscher vermuten, dass sich sowohl die Stickstofffixierung als auch die Denitrifikation unter zukünftigen wärmeren Klimabedingungen verlangsamen würden. Dies könnte dazu führen, dass der Ozean weniger Stickstoff binden und gleichzeitig weniger verlieren würde, was zu einer stabilen Stickstoffbilanz führen könnte.
Zusätzlich ergaben die Daten, dass die Stickstofffixierung in der Karibik in einem natürlichen Rhythmus mit den Milanković-Zyklen, den periodischen Schwankungen der Erdumlaufbahn, variierte. Diese Zyklen beeinflussen das Klima und die damit verbundenen Kalt- und Warmzeiten. Während warmer Perioden stieg die Stickstofffixierung an, da der Meeresspiegel höher war und Mikroben im Sediment Stickstoff aus dem Wasser entzogen, was zu einem Anstieg der Phosphorverfügbarkeit führte.
Die Ergebnisse dieser Studie bieten wertvolle Erkenntnisse über die Mechanismen, die die Stickstofffixierung im Atlantik beeinflussen, und stellen sie in einen langfristigen Kontext. Sie zeigen, dass die Treiber der Stickstofffixierung unter verschiedenen klimatischen Bedingungen variieren. Während der warmen Perioden des Pliozäns reagierte die Stickstofffixierung nicht auf Veränderungen des äquatorialen Auftriebs, der heute eine zentrale Rolle spielt, was die Dynamik des Stickstoffkreislaufs im Ozean verdeutlicht.
Insgesamt legt die Studie nahe, dass der Stickstoffkreislauf des Ozeans ein komplexes und sensibles System ist, das eng mit dem Klima verbunden ist und somit große Auswirkungen auf marine Ökosysteme hat. Die Ergebnisse könnten wichtige Hinweise für das Verständnis der zukünftigen Entwicklungen unter den Bedingungen des Klimawandels liefern.
