Einfluss organischer Molekülvielfalt auf die Verfügbarkeit von Eisen im Ozean
Die Verfügbarkeit des essenziellen Spurenelements Eisen für marine Organismen wird maßgeblich durch die Vielfalt organischer Moleküle im Meerwasser bestimmt. Dies belegt eine aktuelle Untersuchung eines internationalen Forscherteams unter Leitung von Dr. Martha Gledhill vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Die in Nature Communications publizierten Ergebnisse ermöglichen erstmals eine realistische Vorhersage der Eisenmineralbildung sowie der Verteilung von gelöstem und partikulärem Eisen im Südpazifik. Diese Erkenntnisse sind grundlegend, um die Reaktion mariner Lebensgemeinschaften auf den Klimawandel besser zu verstehen.
Bedeutung von Eisen für marine Ökosysteme
Eisen ist ein zentraler Nährstoff für zahlreiche Meeresorganismen und beeinflusst somit die biologische Produktivität im Ozean, insbesondere das Wachstum von Phytoplankton als Basis der Nahrungskette. Die Entstehung von Eisenmineralen und deren räumliche Verteilung waren bisher schwer vorherzusagen.
Rolle der organischen Molekülvielfalt
Das Forscherteam konnte zeigen, dass die Vielfalt der organischen Substanzen im Meerwasser entscheidend dafür ist, ob Eisen in gelöster Form verfügbar bleibt oder als festes Mineral ausfällt. Dr. Martha Gledhill erläutert: „Im sauerstoffreichen Ozean oxidiert Eisen spontan zu rostähnlichen Mineralen. Die Reaktion mit einem komplexen Gemisch organischer Moleküle, das durch marines Leben entsteht, gleicht diesen Prozess aus.“ Die Vielfalt dieser organischen Verbindungen bestimmt demnach ihre Fähigkeit, Eisen zu binden und konkurriert mit der Mineralbildung.
Limitierungen bisheriger Modelle
Vorherige Modelle betrachteten die Wechselwirkungen zwischen Eisen und organischer Substanz vereinfacht, indem sie von homogenen chemischen Eigenschaften aller Moleküle ausgingen. Diese Annahme vernachlässigt die unterschiedliche Bindungsstärke der vielfältigen organischen Moleküle, die das gelöste Eisen unterschiedlich stark festhalten und somit die Mineralbildung variabel beeinflussen. Die Studie untersuchte daher, wie die chemische Diversität der organischen Moleküle die Eisenbindung und die Bildung von Eisenmineralen unter realen Bedingungen, einschließlich Temperatur und pH-Wert des Meerwassers, beeinflusst.
Entwicklung eines neuen chemischen Modells
Die Forschenden entwickelten ein Modell, das organische Substanz als heterogenes Gemisch mit variierenden Bindungsstärken für Eisen beschreibt. Dieses Modell integriert erstmals natürliche Umweltparameter wie Temperatur und Säuregrad. Die Anwendung auf Messdaten einer 2022 durchgeführten Expedition im Rahmen des internationalen GEOTRACES-Programms entlang des 30. südlichen Breitengrades im Pazifik (SONNE-Fahrt SO289) bestätigte die Modellvorhersagen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die chemische Vielfalt der organischen Substanz maßgeblich die Verteilung von Eisen zwischen gelöster und partikulärer Form steuert. Besonders intensive Eisenmineralbildung wurde in der Nähe natürlicher Eisenquellen, wie hydrothermaler Austritte und Unterwasservulkanen, beobachtet. Durch die realistischere Modellierung konnten Prozesse im Ozean erstmals zuverlässig abgebildet werden, die mit früheren Modellen nur unzureichend erklärbar waren.
Relevanz für Klimaforschung und marine Ökosysteme
Die neuen Erkenntnisse erweitern das Verständnis des marinen Eisenkreislaufs und sind wichtige Grundlagen für zukünftige biogeochemische und Klimamodelle. Da Eisen das Phytoplanktonwachstum und somit die CO₂-Aufnahme beeinflusst, sind diese Ergebnisse für Klimaprognosen von großer Bedeutung.
Dr. Gledhill betont: „Die detaillierte Beschreibung der chemischen Eigenschaften organischer Substanz ist unerlässlich, um den Eisenkreislauf im Ozean zu verstehen.“ Die Studie eröffnet Möglichkeiten für umfassendere Modelle, die auch andere Metalle berücksichtigen und trägt dazu bei, die Reaktionen mariner Ökosysteme auf Umweltveränderungen präziser abzuschätzen.
Förderung und beteiligte Institutionen
Die Untersuchung wurde vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) sowie dem GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel unterstützt. Neben dem GEOMAR wirkten die Universität Lleida (Spanien) und das Niederländische Institut für Meeresforschung (NIOZ) mit.
Originalpublikation:
Gledhill, M., Gosnell, K., Humphreys, M. P., Delaigue, L., Helle, N., Zhu, K., Lodeiro, P., Rey-Castro, C., & Achterberg, E. P. (2026). Chemical controls on iron distributions across the subsurface South Pacific Ocean. Nature Communications, 17, 3533.
https://doi.org/10.1038/s41467-026-72070-y
