Einfluss der Klimaerwärmung auf den Stickstoffkreislauf im Ozean

Eine erste globale Studie zum Stickstoffkreislauf im Ozean zeigt die Auswirkungen der Klimaerwärmung auf den chemischen Zustand des Ozeans.

Wie reagiert der Ozean auf die Klimaerwärmung? Um das herauszufinden haben 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus elf Nationen bei einer ersten globalen Studie die Veränderung des Stickstoffkreislaufes im Ozeans am Ende der letzten Eiszeit rekonstruiert.

Der Stickstoffkreislauf im Ozean ist ein fein ausbalancierter Prozess. Doch er wird durch die Klimaerwärmung gefährdet. Denn bereits jetzt ist die Durchschnittstemperatur des Meeres um 0,8°C gestiegen. Eine Prognose für die nächsten 100 Jahre vermutet einen Anstieg von 4°-5°C an der Erdoberfläche. Zusätzlich belastet der Mensch durch die großflächige Düngung von Feldern das Gleichgewicht, denn es gelangen riesige Mengen an Stickstoff in den Ozean.

Stickstoff dient dem Plankton als Dünger und hilft ihm beim Aufbau von Zellen. Das Plankton betreibt Photosynthese, nimmt Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre auf und gibt Sauerstoff in die Luft ab. Außerdem dient es vielen Organismen als Nahrungsquelle. Wenn nun aber zu viel Stickstoff in den Ozean gelangt, kann sich das Plankton übermäßig vermehren. Wenn es stirbt, sinkt es in tiefere Meeresregionen (100m) ab und wird dort von Bakterien zersetzt. Allerdings verbrauchen die Bakterien dabei Sauerstoff. Wenn sich das Wasser nun aber erwärmt, werden die Meeresströmungen, die neuen Sauerstoff in die tieferen Meeresregionen tragen, langsamer. So kann es zu einem vollständigen Verbrauch des Sauerstoffs kommen. Die Bakterien würden sich nun zur Zersetzung der Biomasse eines Ersatzstoffes bedienen. Dabei würde allerdings toxischer Schwefel entstehen, erklärt in einem Gespräch Professor Ralph Schneider, Direktor des Instituts für Geowissenschaften an der Universität Kiel.

Auch nach dem Ende der letzten Eiszeit hat sich das Klima um 2°-4° Grad erwärmt.  Die Forscher haben nun untersucht, wie der Stickstoffkreislauf auf diese extremen äußeren Einflüsse reagiert hat. Dazu haben sie Proben aus dem Meeresboden genutzt. Denn die einzelnen Schichten sagen etwas zu den jeweiligen Umweltbedingung zur Zeit ihrer Entstehung aus. „Wir haben rund 2.300 Sedimentkerne aus allen Ozeanen vom Ende der Eiszeit miteinander verglichen und 76 Zeitserien aus Stickstoff-Isotopen über die vergangenen 30.000 Jahre erstellt“, berichtet Professor Ralph Schneider in einer Pressemitteilung der CAU Kiel. Aus diesen Daten können die Forscher ablesen, dass der Ozean 500 Jahre gebraucht hat bis er sich an die veränderten Bedingungen der Umwelt angepasst hatte und sein chemischer Zustand wieder im Gleichgewicht war.

Die Klimaerwärmung nimmt Einfluss auf den Stickstoffkreislauf der Meere
Foto: Hans Dekker: "North Sea Jazz"; some rights reserved; Quelle: www.piqs.de

„Diese einmaligen Datensätze sind eine wesentliche Grundlage für Computersimulationen, mit denen wir abschätzen können, wie schnell der Stickstoffkreislauf auf den heutigen Klimawandel reagiert“, erklärt Christopher Somes vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.  Das Ergebnis der Studie ist, dass der Stickstoffgehalt in den oberen Wasserschichten am Ende der letzten Eiszeit stark zunahm, während der Sauerstoffgehalt in den tieferen Meeresschichten stark abnahm. Die heutigen Einflüsse auf den Ozean sind wahrscheinlich aber noch gravierender, als die Bedingungen nach der letzten Eiszeit. So kann es sein, dass der Ozean einige Jahrhunderte oder sogar mehrere Jahrtausende braucht, um sich an die neuen Umweltbedingungen anzupassen.

Wissenschaftlern stellen sich auf der Grundlage dieser Erkenntnisse die Fragen: Wird es vielleicht ein größeres Problem als die „bloße“ Erwärmung geben? Welchen Einfluss wird es auf die Fische und Pflanzen haben? Wird der Sauerstoff reichen um größeren Lebewesen das Überleben zu sichern? Eine Veränderung der natürlichen Nahrungsketten wäre denkbar. Das hätte dann nicht bloß Einfluss auf die Umwelt, sondern auch auf die Nahrungsversorgung des Menschen. Allerdings sind die bekannten Klimamodelle zu eindimensional; sie setzen sich meist bloß mit einem physikalischen Aspekt, wie z. B. der Temperatur auseinander. Um konkrete Vermutungen anstellen zu können, müsste man chemische Faktoren, wie die Nährstoffverteilung und das biologische Verhalten der Lebewesen mitsimulieren, was die Forscher allerdings vor eine so große Komplexität stellt, dass eine Vorhersage schwer möglich ist, so Professor Ralph Schneider.  (da)