Eisen ist ein wichtiger Mikronährstoff, ohne den Phytoplankton nicht wachsen kann. In einem bisher einzigartigen Ansatz konnte ein Team des Alfred-Wegener-Instituts erstmals experimentell nachweisen, dass antarktisches Phytoplankton Eisen aus Schmelzwasser von Gletschern aufnehmen und für sich nutzen kann. Aus Grundwasser in den Ozean exportiertes Eisen hingegen konnten die mikroskopisch kleinen Algen nicht nutzen. Dies steht im Widerspruch zu bisherigen, nicht experimentell belegten Annahmen, dass Eisen aus Grundwasser ebenfalls bioverfügbar sei, wie das Team jetzt in der Fachzeitschrift Communications Earth and Environment veröffentlicht.
Natürliche Eisen-Quellen wie Gletscherwasser, Schelfsedimente und Grundwasser tragen zur Düngung großer Phytoplanktonblüten bei, die in der Region um Südgeorgien (Insel im atlantischen Sektor des Südlichen Ozeans) auftreten und maßgeblich zur Aufnahme von CO2 beitragen. Durch die globale Erwärmung schmelzen Gletscher schneller und Permafrost taut auf. Bisher wird die Bioverfügbarkeit von diesen Eisen-Quellen in vielen geochemischen Studien nur geschätzt. Somit ist die Fähigkeit beeinträchtigt, die biologische CO₂-Aufnahme im Südpolarmeer zu modellieren, die hauptsächlich über die Eisen-Verfügbarkeit kontrolliert wird.
„Wir haben zum ersten Mal die Eisen-Bioverfügbarkeit von diesen Quellen durch Messung von Eisenaufnahmeraten von antarktischem Phytoplankton in Experimenten quantifiziert“, berichtet Jasmin Stimpfle, Doktorandin in der Sektion Chemische Ökologie am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Erstautorin der Studie. „Dabei haben wir herausgefunden, dass die Eisen-Bioverfügbarkeit stark variiert, je nachdem ob die Quelle Gletscherwasser oder Grundwasser war.“ Jasmin Stimpfle berichtet: „Es war für uns unerwartet, dass Eisen aus Grundwasser nicht von den Algen genutzt werden konnte. Wir hatten angenommen, es wäre ebenso gut verfügbar, wie wir es für das Eisen aus Gletscherwasser nachweisen konnten. Um eine Erklärung dafür zu finden, müssen wir noch weiter forschen.“
Des Weiteren konnten die Forschenden zum ersten Mal zeigen, dass nicht nur die Eisen-Quelle alleine, sondern auch die chemische Zusammensetzung des Meerwassers, zu der die Eisen-Quelle dazugegeben wird, entscheidend dafür ist, wie bioverfügbar das Eisen für antarktisches Phytoplankton ist. Sammelt sich etwa gelöstes organisches Material im Meerwasser an, bindet dieses das Eisen unabhängig von der hinzugefügten Quelle (Gletscherschmelzwasser oder Grundwasser). Dadurch ist es für Phytoplankton nicht mehr verfügbar. Nur wenn das Meerwasser frei von Ansammlungen gelösten organischen Materials war, traten Unterschiede bei verschiedenen Eisenquellen auf: Das Eisen aus Gletscherwasser war nutzbar, hingegen war das Spurenmetall nicht bioverfügbar, wenn Grundwasser als Eisenquelle hinzugefügt wurde.
Die Experimente wurden während der Polarstern-Expedition Island Impact rund um Südgeorgien im November und Dezember 2022 durchgeführt. In dem bisher einzigartigen Ansatz quantifizierten die Forschenden die Eisen-Bioverfügbarkeit von Schmelzwasser verschiedener Gletscher und Grundwasser von Südgeorgien, indem sie die Eisenaufnahmeraten einer typischen Eisen-limitierten antarktischen Phytoplanktongemeinschaft nach Zugabe der zu untersuchenden Eisen-Quellen in Exprimenten an Bord bestimmten. Diese Ergebnisse brachten sie dann in Verbindung mit geochemischen Prozessen wie der chemischen Speziation von Eisen, den Redox- und Verwitterungsprozesse an den Probenahmestellen.
Dr. Scarlett Trimborn, AWI-Seniorwissenschafterin in der Ökologischen Chemie und Mitautorin der Veröffentlichung, ordnet ein: „Der Südliche Ozean hat ein gewaltiges Potenzial, Kohlenstoff zu speichern oder auch freizusetzen. Unsere Studie demonstriert die Komplexität von Eisen-Bioverfügbarkeit für Phytoplankton und wie wichtig weitere Forschung an diesem Thema ist. Nur so können wir besser modellieren, wie sich Primärproduktion und CO₂-Aufnahme in Zukunft verändern werden. Dies ist vor allem wichtig im Hinblick auf die Klimaerwärmung mit schneller schmelzenden Gletschern und tauendem Permafrost.“
Originalpublikation:
Stimpfle, J., Koch, F., Ebner, B., Völkner, C., Zitoun, R., Sukekava, C., Sander, S., Henkel, S., Bundy, R., Ruacho, A., Kasten, S., Trimborn, S.: Glacially derived iron is more bioavailable to Antarctic phytoplankton than other sources. Communications Earth and Environment (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-03092-5