Seit Jahrzehnten registrieren Satelliten ohne klare Erklärung leuchtend türkisfarbene Flecken in den Gewässern südlich des antarktischen Polarkreises. Nun hat eine aktuelle Studie endlich die Ursache dafür gefunden: Mikroorganismen, die die Farbe des Meeres verändern.
Satellitenbilder zeigten ein ungewöhnliches Leuchten in den Gewässern der Antarktis. Nach langer Zeit hat eine aktuelle Studie nun die Antwort auf dieses Rätsel geliefert.
Auf Satellitenbildern aus den frühen 2000er Jahren beobachteten Wissenschaftler unerwartet helles Wasser in den hohen Breitengraden des Antarktischen Ozeans. Einige Gebiete waren bereits als Great Calcite Belt bekannt, ein zirkumpolarer Gürtel, in dem Coccolithophoriden, mikroskopisch kleine Algen, die Kalkplatten produzieren, intensive Sonnenreflexionen verursachen.
In den kälteren Gewässern der Antarktis reflektieren winzige Kieselalgen mit Siliziumskeletten so viel Licht, dass sie aus dem Weltraum wie unglaubliche türkisfarbene Meere aussehen und darüber hinaus die Menge des vom Südlichen Ozean absorbierten Kohlenstoffs neu schreiben können.
Aber es gab noch ein weiteres Gebiet weiter südlich, südlich der Polfront, das zu kalt, unerforscht und oft von Wolken und Eis bedeckt war und dessen Glanz nicht dem entsprach, was man von Coccolithophoriden erwarten würde. Bestehende chemische und optische Modelle konnten nicht erklären, warum diese Reflexionen dort fast genauso intensiv zu sein schienen wie in wärmeren Gewässern, wie Eos berichtet.
In einer neuen Arbeit unter der Leitung von Barney Balch und seinen Kollegen wurden Daten vor Ort an Bord des Schiffs R/V Roger Revelle von subtropischen Breiten bis etwa 60° südlicher Breite gesammelt, wobei die biologische Zusammensetzung, der Gehalt an Siliziumdioxid und anorganischem Kohlenstoff, die Photosynthese und die Farben des Ozeans in verschiedenen Tiefen und zu verschiedenen Jahreszeiten gemessen wurden.
Mikroskopisches Ökosystem: Kieselalgen, Coccolithophoriden und vieles mehr
Die Ergebnisse zeigen, dass in diesen kalten Gewässern südlich der Polfront die Helligkeit weitgehend durch Kieselalgen bestimmt wird. Diese Algen produzieren auch harte Strukturen, sogenannte Silikatfrustulae, die in großer Zahl das Licht stark reflektieren, obwohl viel mehr davon erforderlich sind, um denselben optischen Effekt zu erzielen wie eine kleinere Population von Coccolithophoriden.
Bilder aus einem Elektronenmikroskop mit einer Wasserprobe, die in einer Tiefe von 4,5 m entnommen wurde. Alle Bilder zeigen Maßstäbe mit Fragmenten von Kieselalgen.
Es wurde jedoch auch überraschend festgestellt, dass einige Coccolithophoriden weiter südlich überleben als angenommen. Ihre Präsenz, obwohl im Vergleich zu Kieselalgen unbedeutend, deutet darauf hin, dass diese kalzifizierenden Organismen widerstandsfähiger gegen Kälte sind als in Modellen angenommen. Ozeanströmungen, Wirbel (Eddies) und die Schichtung des Wassers scheinen eine Rolle beim Transport oder Erhalt der Kokkolitophora-Populationen in den Randgebieten zu spielen.
Die Studie weist auch darauf hin, dass diese Organismen nicht nur die aus dem Weltraum sichtbare Farbe beeinflussen, sondern auch die Art und Weise, wie Kohlenstoff im Ozean gebunden und gespeichert wird. Diatomeen mit ihren Fruchtkörpern sind an Nährstoffkreisläufen wie Siliziumdioxid beteiligt; Coccolithophoriden tragen Kalziumkarbonatpartikel bei, die ebenfalls eine wichtige Rolle bei der biologischen Kohlenstoffbindung spielen. Veränderungen in ihrer Verteilung können die Effizienz dieser Kohlenstoffsenken beeinflussen.
Klimafolgen und zukünftige Herausforderungen
Diese Entdeckung ist nicht nur ein optisches Detail, sondern verändert unser Verständnis eines Teils des globalen Klimasystems. Der Südliche Ozean ist einer der wichtigsten Kohlenstoffsenken. Wenn sich die Verteilung von kalzifizierenden Mikroorganismen und Kieselalgen verändert, kann dies Auswirkungen auf die Menge des am Meeresboden abgelagerten Kohlenstoffs, die Menge des in suspendiertem Zustand verbleibenden Kohlenstoffs und die Menge des in den oberen Schichten verarbeiteten Kohlenstoffs haben.
Das Wasser in den Flüssen und Seen der Antarktis hat oft eine hellblaue oder sogar smaragdgrüne Färbung, da es das Licht des kristallklaren Eises und Schnees reflektiert.
Außerdem müssen die Satellitensensoren, die die Farbe des Meeres messen, kalibriert werden. Algorithmen, die unterscheiden, welche Reflektivität Kokkolitphoren, welche Diatomeen und welche anorganischen Stoffe entspricht, können das Vorkommen der zweiten Gruppe im Süden unterschätzen, was zu Fehlern bei der Bewertung der Produktivität und des Kohlenstoffs führt. Diese Korrektur ist für Klimamodelle von entscheidender Bedeutung.
Letztendlich untermauert die Studie die Vorstellung, dass sich polare Ökosysteme schnell verändern und nicht alle diese Veränderungen vorhersagbar sind. Der Klimawandel, die Versauerung der Ozeane, Veränderungen der Temperatur, der Strömungen und der Schichtung können beeinflussen, welche Organismen dominieren, wie viel Licht das Wasser reflektiert und wie Kohlenstoff in großem Maßstab gespeichert wird. Eine sorgfältige Beobachtung dieser abgelegenen Gebiete ist von entscheidender Bedeutung.
