Unveränderter Kohlenstoff im antarktischen Schelf trotz intensiver Umwälzungsprozesse
Eine aktuelle Untersuchung analysierte Wasserproben zweier Expeditionen mit dem Forschungseisbrecher „Polarstern“, um den Einfluss biologischer Aktivität und sich wandelnder Umweltbedingungen auf den Kohlenstofftransport in der Tiefsee des antarktischen Schelfgebiets zu erforschen. Die Studie, veröffentlicht in Nature Communications, zeigt überraschend, dass die Menge und molekulare Zusammensetzung der gelösten organischen Substanzen trotz starker biologischer Prozesse und Wassermassenveränderungen nahezu unverändert bleiben.
Mechanismen des Kohlenstofftransports auf dem antarktischen Kontinentalschelf
Das globale Zirkulationssystem der Meeresströmungen umfasst auch die antarktische Schelfregion, wo kaltes Tiefenwasser aus nördlichen Breiten auf den Schelf trifft. Durch Abkühlung und Meereisbildung erhöht sich die Dichte dieses Wassers, das anschließend als antarktisches Bodenwasser in die Tiefsee absinkt. Dieses Bodenwasser zählt zu den kältesten und dichtesten Wassermassen der Weltmeere.
Während des Durchflusses über den Kontinentalschelf interagiert das Wasser mit einer vielfältigen Meeresfauna und biologischen Prozessen. Die zentrale Fragestellung der Forschung war, ob diese Prozesse den Kohlenstoffgehalt im Wasser vor dem Absinken in die Tiefsee verändern. Diese Erkenntnisse sind insbesondere vor dem Hintergrund des Klimawandels und der abnehmenden Meereisbedeckung von Bedeutung.
Forschungsregion und Methodik
Das südliche Weddellmeer stellt einen bedeutenden Bereich für die Bildung antarktischen Bodenwassers dar. Aufgrund der schwierigen Zugänglichkeit sind spezialisierte Forschungsschiffe wie die „Polarstern“ des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) erforderlich, um Proben zu entnehmen und Daten zu erheben.
Gelöste organische Substanzen (DOM) sind ein wesentlicher Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Sie bestehen aus einer Vielzahl organischer Verbindungen, die unterschiedlich schnell von Mikroorganismen abgebaut werden. Das Verständnis ihrer molekularen Veränderungen und ihres Transports ist entscheidend für Prognosen zur Reaktion der Ozeane auf den Klimawandel.
Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Dr. Gonzalo V. Gomez-Saez untersuchte Wasserproben aus den Jahren 2016 und 2021, die während „Polarstern“-Expeditionen im südlichen Weddellmeer gewonnen wurden. Die Analyse erfolgte mittels hochauflösender molekularer Verfahren am Institut für Chemie und Biologie der Meere (ICBM) der Universität Oldenburg sowie durch Radiokohlenstoffdatierung mit dem MICADAS-Beschleunigermassenspektrometer am AWI.
Ergebnisse und deren Bedeutung
Entgegen der Erwartung, dass die saisonale Phytoplanktonblüte auf dem Schelf einen deutlichen molekularen Fingerabdruck in der gelösten organischen Substanz hinterlässt, zeigten die Analysen keine signifikanten Veränderungen in Menge oder Zusammensetzung des Kohlenstoffs, der in die Tiefsee gelangt. Die biologischen Prozesse auf dem Schelf hinterlassen somit keine erkennbaren Spuren in diesem Kohlenstoffreservoir.
Dieser Befund lässt sich durch die lange Verweildauer des dichten Wassers auf dem Schelf erklären, die zwischen sechs und zwölf Jahren liegt. Während dieser Zeit können Mikroorganismen den frisch produzierten Oberflächenkohlenstoff vollständig abbauen und in gelösten anorganischen Kohlenstoff umwandeln, bevor das Wasser in die Tiefsee absinkt.
„Die molekularen Eigenschaften der gelösten organischen Substanz bleiben während der Tiefenwasserbildung im südlichen Weddellmeer erhalten“, erläutert Dr. Gomez-Saez. „Dies unterstreicht die Stabilität dieses Kohlenstoffreservoirs im regionalen Kreislauf des Südlichen Ozeans.“
Prof. Dr. Thorsten Dittmar ergänzt, dass die detaillierte Untersuchung der Moleküle Einblicke in deren Veränderung während des Wassertransports über den Kontinentalschelf ermöglicht.
Stabilität des Kohlenstoffreservoirs unter Klimawandelbedingungen
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das große Reservoir gelöster organischer Substanzen im antarktischen Schelfbereich relativ unempfindlich gegenüber Umweltveränderungen ist. Dr. Moritz Holtappels vom AWI weist darauf hin, dass dies bedeuten könnte, dass dieser Kohlenstoffspeicher durch den Klimawandel zunächst kaum beeinträchtigt wird.
Gleichwohl reagieren andere Kohlenstoffformen, wie organische Partikel oder gelöster anorganischer Kohlenstoff, möglicherweise sensibler auf Veränderungen von Temperatur, Meereisbedeckung und biologischen Aktivitäten.
Zukünftige Forschungsprojekte
Im Rahmen der internationalen Initiative Antarctica InSync werden weitere Untersuchungen zur Reaktion verschiedener Kohlenstoffformen auf Umweltveränderungen durchgeführt. Im Jahr 2028 plant Prof. Dr. Alexander Haumann, Mitautor der Studie, eine weitere „Polarstern“-Expedition ins Weddellmeer, um den Kohlenstofftransport während des antarktischen Winters zu erforschen. Ziel ist es, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Kohlenstoffdynamik im Südlichen Ozean besser zu verstehen.
Beteiligte Institutionen
- Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)
- Ludwig-Maximilians-Universität München
- Institut für Chemie und Biologie der Meere (ICBM), Universität Oldenburg
- MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
- Institut für Umweltphysik (IUP), Universität Bremen
- Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
- National Oceanography Centre, Southampton, UK
Kontaktinformationen
Alfred-Wegener-Institut (AWI)
Dr. Moritz Holtappels
Telefon: +49 (0) 471 4831-2030
E-Mail: moritz.holtappels@awi.de
Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)
Dr. Gonzalo V. Gómez Sáez
Telefon: +49 (0)89 2180 6733
E-Mail: g.gomez@lmu.de
Publikation
Gonzalo V. Gomez-Saez, Sarah K. Bercovici, Marit Renken et al.: Conserved molecular properties of dissolved organic matter during Weddell Sea Deep Water formation, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-79040-4
