ARK-XXVI/3, Wochenbericht Nr. 6

12. September – 18. September 2011

Während uns von daheim die aufgeregten Meldungen erreichen, dass die Meereisausdehnung in diesem Sommer nach 2007 das nächste Rekordminimum erreicht hat; oder vielleicht erreichen wird; oder auch, dass nur am Tag x 2011 die Ausdehnung geringer war als am Tag y 2007; währenddessen also arbeiten wir uns durch den noch verbliebenen stattlichen Rest nach Süden und nehmen die olympische Rekordjägerei nicht ganz ernst. Die sommerliche Meereisdecke nimmt ab - dieser langfristige Trend ist ganz offenbar ungebrochen, egal ob die dritte Nachkommastelle zu einem Medienhype taugt oder nicht.

Die Gruppe der Meereisbiologen widmet ihre Arbeit den Stoffumsätzen der Organismen, die im Eis leben. Diese Kleinstlebewesen sind Spezialisten in der Anpassung an extreme Veränderungen ihres Lebensraumes, der durch starke Schwankungen des Salzgehalts und der Temperatur sowie durch sehr geringes Licht gekennzeichnet ist. Zu dem Verband gehören auch die Ökosysteme unter dem Eis, die von dem Nahrungsangebot aus dem Eis leben.

Schon immer müssen die Eisorganismen mit zwei Typen von Eis klar kommen: mit mehrjährigem, also jenem, das den Sommer überdauert und ihnen damit eine dauerhafte Bleibe bietet, und mit einjährigem Eis, das erst im letzten Winter gefror und dann neu besiedelt werden konnte. Was geschieht mit den Ökosystemen, wenn ihnen ihr Lebensraum  über mehrere Monate abhandenkommt? Und woher und wie entwickelt sich in jedem Herbst das Ökosystem in den riesigen Flächen neu entstehenden Eises? Diese Frage nimmt an Brisanz zu, je weiter das mehrjährige Eis, das wir jetzt in der Zeit des Jahresminimums finden, abnimmt. Die Unterschiede in den Ökosystemen von mehrjährigem und einjährigem Eis und dem von offenem Wasser stehen auch für Unterschiede in der Kohlenstoffspeicherung im Ozean und die Abnahme der Eisbedeckung hat möglicherweise auch aus diesem Grund Auswirkungen auf das Klima.

Neben der Untersuchung der Organismen und ihrer Stoffumsätze selber, gibt es eine ganz andere Methode, um das Algenwachstum und das Absinken der Überreste mit dem darin gebundenen Kohlenstoff in den verschiedenen Lebensräumen zu ermitteln: nämlich, die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Verhältnis zur Argonkonzentration. Denn durch die Photosynthese der Algen wird Sauerstoff freigesetzt, der durch andere Organismen wieder verbraucht wird. Sinken aber Organismen in die Tiefe, dann bleibt im Eis und im oberflächennahen Wasser ein Sauerstoffüberschuss, der irgendwann auch an die Atmosphäre abgegeben wird (und damit auch uns zum Atmen zu Gute kommt!). Eine Sauerstoffübersättigung in Oberflächennähe weist also auf Netto-Algenwachstum hin. Der Sauerstoffgehalt wird aber auch durch Abgabe an die Atmosphäre bestimmt, d.h. durch Temperatur, Wind und Wellen.  Um nun die beiden Effekte, biologischen Auf- und Abbau und die Lösung aus der Atmosphäre zu trennen, wird der Sauerstoffgehalt mit dem Gehalt an Argon verglichen, ein Edelgas, das ein ähnliches Lösungsverhalten hat wie Sauerstoff, mit dem die Organismen aber nichts anfangen können.

Aber um daraus auch eine Exportrate zu ermitteln, die das Algenwachstum und das Absinken der Überreste beschreibt, muss noch eine zeitliche Komponente ins Spiel kommen. Dafür sorgt die Gruppe der Geochemiker, die dafür die Radioaktivität von Uran und Thorium nutzen. Beide sind natürliche Elemente der Umwelt. Sie sind radioaktiv und erzeugen bei ihrem Zerfall Isotope, die auch radioaktiv sind. Uran ist  im Meerwasser relativ gut löslich und ist sogar eine Komponente des Meersalzes. Deshalb sind auch alle Zerfallsprodukte von Uran, die sogenannten Tochternuklide, im Meerwasser vorhanden. Eine Tochter von Uran ist Thorium-234, das ebenfalls zerfällt. Im ungestörten Fall wäre die Aktivität der beiden gleich. Allerdings  bindet sich Thorium im Gegensatz zu Uran schnell an vorhandene Schwebstoffe jeglicher Art, und wenn diese absinken, sinkt auch das Thorium ab. Wir sehen dann eine Abreicherung von Thorium im Vergleich zu der Konzentration, die wir aus dem Urangehalt erwarten. Diese Abreicherung von Thorium machen sich die Geochemiker zunutze, um den Export von Stoffen aus der Deckschicht in die Tiefen des Ozeans zu ermitteln.

Aus einer Expedition im Jahr 2007 wissen wir, dass überall in den Schelfgebieten, wie in der Barentssee und in der Laptewsee, erheblicher Stoffexport stattfindet, dass die Exportrate in der eisbedeckten zentralen Arktis aber extrem niedrig ist. Die Geochemiker wollen nun gemeinsam  mit der biologischen Gruppe untersuchen, ob es lokal, vielleicht in eisfreien Gebieten, zu höheren Wachstums- und Exportraten kommt.

Um die gemeinsamen Fragestellungen nach den Organismen, den Ökosystemen und der damit verbundenen biologischen Kohlenstoffspeicherung in den unterschiedlichen Lebensräumen von mehreren Seiten her anzugehen, nehmen also die Biologen und die Geochemiker Proben aus dem Wasser unter dem Eis, bohren Kerne aus dem Eis, und untersuchen die Verhältnisse in Schmelztümpeln.

Ende der Woche wurde der Tatendrang leider ausgebremst, da wir innerhalb der russischen Wirtschaftszone (200 Meilen vor der Küste) auf dieser Reise keinerlei Proben nehmen dürfen. Daran ändert leider auch die Tatsache nichts, dass dieses Jahr mit allerhand Pomp als deutsch-russisches Wissenschaftsjahr ausgelobt wurde. Aber nächste Woche haben wir noch einmal einige Stationen in internationalen Gewässern - in dem großen in diesem Jahr eisfreien Gebiet nördlich der Laptewsee.

Beste Grüße von allen an Bord,

Ursula Schauer (mit Ilka Peeken, Nicolas Cassar und Michiel Rutgers van der Loeff für die Biologie und Isotopenmessungen)