Algen lassen Stickstoff aus Ozeanen verschwinden

Die Ozeane sind ein entscheidender Faktor im Klimasystem der Erde - und entsprechend wichtig ist es, die Vorgänge in den Meeren so gut wie möglich zu kennen, um präzise Computermodelle entwickeln zu können. Stickstoff ist hier von großer Bedeutung, denn er ist die Nahrungsgrundlage für Mikroorganismen und damit letztlich für das gesamte Leben in den Ozeanen.

Jetzt haben Forscher herausgefunden, dass der Stickstoffkreislauf der Ozeane vor allem vom Algenwachstum in den sogenannten Sauerstoff-Minimumzonen (SMZ) abhängt. Diese Meeresgebiete, etwa vor der Atlantikküste von Namibia oder zwischen Indien und der Arabischen Halbinsel, stellen zwar weniger als ein Prozent des Meeresvolumens. Doch dort produzieren Mikroorganismen bis zu 40 Prozent allen Stickstoffgases, das aus den Ozeanen in die Atmosphäre entweicht.

Über die Details der Produktion von Stickstoffgas in diesen Zonen gab es bislang kaum gesicherte Erkenntnisse. Manche Forscher dachten, dass schon der geringe Sauerstoffgehalt die Produktion von Stickstoffgas ankurbelt. Forscher aus Bremen und Kiel haben nun aber herausgefunden, dass das Algenwachstum der entscheidende Faktor ist.

Algenwachstum als entscheidender Faktor

Das Team um Marcel Kuypers vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie hatte Wasserproben aus der SMZ vor der peruanischen Pazifikküste entnommen und auf die Nährstoffverteilung und weitere Faktoren untersucht. Demnach steigt - wie bereits bekannt - vor der Küste Perus extrem nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe zur Oberfläche auf. Dort kurbelt der Stickstoffgehalt zunächst das Algenwachstum stark an. Abgestorbene Algen sinken in die sauerstoffarmen Zonen ab. Dort wird der organische Stickstoff von Meeresbakterien zunächst zu anorganischem Stickstoff verarbeitet und dann zu Stickstoffgas, das in die Atmosphäre aufsteigen kann.

Wie die Forscher im Fachblatt "Nature Geoscience" schreiben, ist diese grundlegende Erkenntnis wichtig für globale Klimamodelle, denn die Speicherkapazität der Ozeane für das Treibhausgas CO2 hängt maßgeblich von Algen ab. Wenn höhere Stickstoffkonzentrationen in den oberflächennahen Schichten ihr Wachstum ankurbeln, dann können sie mehr Kohlendioxid aufnehmen.

Darüber hinaus deuten Studien darauf hin, dass die globale Erwärmung weltweit die Ausdehnung von SMZ fördert. Zum einen ist Sauerstoff in wärmerem Wasser weniger löslich. Zum anderen drosselt die Wärme einen globalen Pumpmechanismus: An den Polen sinkt sauerstoffreiches Wasser in die Tiefe und zirkuliert von dort aus weltweit.

Laut Kuypers ermöglichen die Ergebnisse ein besseres Verständnis darüber, welche Folgen die von Menschen verursachte Sauerstoffarmut und die sich ändernde Biomasse-Produktion auf den Stickstoffkreislauf aller anderen SMZ hat - und möglicherweise sogar auf alle Ozeane. "Davon hängt ab, wie viel Kohlendioxid die Ozeane aufnehmen können", sagt Kuypers. "Das ist wichtig für Klimamodelle."