In the last 30,000 years there was, at times, more mixing in the Southern Ocean than previously thought. This meant that vast quantities of nutrients were available to phytoalgae, which in turn contributed to storing the greenhouse gas CO2 during the last glacial period. Researchers from the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI) present these new findings in a study published in the journal Nature Communications.
„Wir können nachweisen, dass die Wassersäule im Bereich der jahreszeitlich meereisbedeckten Zone während des letzten Glazials im Herbst und im Winter tiefer durchmischt war als bisher angenommen“, sagt Dr. Andrea Abelmann vom Alfred-Wegener-Institut. Die Meeresgeologin und Erstautorin der Studie ergänzt: „Nur im kurzen Südfrühling und Südsommer, also nur wenige Monate im Jahr, gab es eine ausgeprägte Schichtung an der Oberfläche des Ozeans.“ Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass während der letzten Eiszeit eine Süßwasserschicht – entstanden aus abschmelzenden Eisbergen - wie ein Deckel ganzjährig auf dem Ozean lag.
Ein solcher Deckel hätte die Zufuhr von Nährstoffen aus größeren Tiefen an die Meeresoberfläche deutlich reduziert und damit zu einer sehr geringen biologischen Produktion geführt. Die neuen Erkenntnisse zeigen jedoch, dass im letzten Glazial in der jahreszeitlich mit Meereis bedeckten Zone, die doppelt so groß war wie heute, das Wasser bis in Tiefen von einigen hundert Metern gut durchmischt war. So gelangten Nährstoffe aus größeren Tiefen an die Ozeanoberfläche. Zusätzlich gab das schmelzende Meereis im Frühling das mit Staub aus Südamerika eingetragene Spurenelement Eisen frei. Damit herrschten beste Voraussetzungen für mikroskopisch kleine, skeletttragende Kieselalgen (Diatomeen): Sie konnten die Nährstoffe effektiv nutzen, um über Photosynthese Kohlenstoff zu binden und so CO2 zu speichern. Nach dem Absterben sank dieses Phytoplankton bis auf den Meeresgrund in mehreren tausend Metern Tiefe. Dieser Prozess wird auch als biologische Pumpe bezeichnet, über die CO2 aus der Atmosphäre über geologische Zeiträume im Sediment gespeichert wird. In den Eiszeiten hat die Abspeicherung des Treibhausgases CO2 im Antarktischen Ozean wesentlich zur weltweiten Abkühlung beigetragen.
Für die jetzt publizierten Erkenntnisse setzten die Wissenschaftler neu entwickelte Methoden ein, um Sedimentablagerungen aus dem atlantischen Sektor des Antarktischen Ozeans zu rekonstruieren. Sie verglichen Isotopenmessungen an kieseligen Skeletten von Diatomeen, die Umweltsignale von der Meeresoberfläche speichern, mit Isotopensignalen aus Radiolarien, die in tieferen Wasserschichten leben. Die damit gewonnenen Erkenntnisse aus verschiedenen Wassertiefen verglichen sie dann mit Ergebnissen aus der numerischen Klimamodellierung, um jahreszeitliche Änderungen zu entschlüsseln. So konnte das Forscherteam erstmalig ein detailliertes Bild der Umweltbedingungen an der Meeresoberfläche und in tieferen Wasserschichten für den Zeitraum der letzten 30.000 Jahre zeichnen.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Ökosystemänderungen im Bereich des saisonal meereisbedeckten Gebietes im Südozean zur CO2 Abspeicherung beigetragen haben“, fasst Abelmann die Ergebnisse der Geologen und Modellierer zusammen. Die Studie belegt, dass die Kombination moderner Rekonstruktionsmethoden und Modellierung neue Erkenntnisse zu saisonalen Prozessen liefern kann. „Für zukünftige Prognosen müssen wir Prozesse aus der Vergangenheit und heutige Veränderungen noch stärker gemeinsam betrachten“, so die AWI-Wissenschaftlerin.
Original publication
Andrea Abelmann, Rainer Gersonde, Gregor Knorr, Xu Zhang, Bernhard Chapligin, Edith Maier, Oliver Esper, Hans Friedrichsen, Gerrit Lohmann, Hanno Meyer und Ralf Tiedemann: The seasonal sea-ice zone in the glacial Southern Ocean as a carbon sink. Nature Communications 6:8136 (2015). doi: 10.1038/ncomms9136
