Die Ozeane wimmeln von Leben, wobei mikroskopisch kleine Grünalgen, bekannt als Phytoplankton, eine entscheidende Rolle spielen. Sie gedeihen ausschließlich in der lichtdurchfluteten oberen Schicht des Meeres. Ähnlich wie Landpflanzen nutzen diese Grünalgen Sonnenlicht als Energiequelle, um durch Photosynthese Kohlendioxid in organische Materie für ihr Wachstum umzuwandeln.
Phytoplankton auf Spurenmetalle angewiesen
Phytoplankton spielt eine entscheidende Rolle im Klimasystem, da es annähernd die gleiche Menge an Kohlenstoff bindet wie alle Landpflanzen zusammen. Für sein Wachstum benötigt es neben Kohlenstoff auch andere essenzielle Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor (die auch in landwirtschaftlichen Düngemitteln verwendet werden) sowie verschiedene Spurenmetalle wie Eisen, Zink oder Kupfer. Diese Spurenmetalle sind in den Oberflächengewässern jedoch nur in begrenztem Maße vorhanden.
Leben braucht Spurenelemente auf
Die Forschung geht davon aus, dass ein biologischer Prozess die lichtdurchfluteten Wasserschichten dieser wichtigen Metalle beraubt: Wenn Algen absterben, sinken sie mit den von ihnen aufgenommenen Spurenelementen in tiefere Wasserschichten. Dort zersetzen Bakterien die Algenzellen, wodurch die Metalle wieder ins Meerwasser freigesetzt werden. Dies führt zu einem Mangel an Spurenelementen, die das Phytoplankton für sein Wachstum und seine Vermehrung in den oberen, lichtdurchfluteten Wasserschichten benötigt. Wie diese Spurenelemente wieder an die Oberfläche gelangen, um den Kreislauf des Lebens aufrechtzuerhalten, ist noch nicht genau bekannt.
Manganoxid-Partikel eliminieren Spurenmetalle
Geochemiker der ETH Zürich um Derek Vance haben in einer neuen Studie gezeigt, dass ein Großteil der im Meerwasser gelösten Metalle schnell und dauerhaft entfernt wird. Dies geschieht jedoch nicht primär durch biologische Prozesse, sondern durch einen anderen Mechanismus: Die Spurenmetalle werden in feste Manganoxid-Partikel eingebaut. Diese Partikel fallen aus dem Meerwasser aus und sinken durch die gesamte Wassersäule bis in das Sediment am tiefen Meeresgrund.
Doch die Metalle sind damit nicht verloren: Die Forschenden der ETH entdeckten, dass in den mit Meerwasser gefüllten Sedimentporen chemische Reaktionen ablaufen. Diese Reaktionen lösen die Spurenmetalle wieder aus den festen Manganoxiden heraus. Eisen, Kupfer, Kobalt und andere Elemente diffundieren anschließend in das Tiefenwasser. Dieses Tiefenwasser wird dann mitsamt den Mikronährstoffen durch die weltumspannende Ozeanzirkulation zurück in die Oberflächengewässer geführt.
Ozeanchemie anders betrachten
„Die Studie verändert unsere Sicht auf die Ozeanchemie und ihre Auswirkungen auf die Meeresbiologie und das Klima“, betont Vance. Sie zeige zum ersten Mal, dass diese Mikronährstoffe nicht dauerhaft verloren gehen und beeinflusse damit wesentlich die Forschung über das Meerwasser und zu den vielen Elementen, die für das Funktionieren der Meeresbiologie entscheidend sind.
„Phytoplankton ist für das Klima wichtig, weil es das im Wasser gelöste CO₂ entnimmt, in seine Biomasse einbaut und in die Tiefsee transportiert. Dadurch bleibt der CO₂-Gehalt der Atmosphäre niedriger, als er ohne diese winzigen Algen wäre“, gibt der ETH-Professor zu bedenken. Schon länger wird darüber diskutiert, ob man das Phytoplankton gezielt mit Eisen oder anderen Nährstoffen düngen könnte, um sein Wachstum anzukurbeln. Die Idee dahinter: Mehr Phytoplankton würde der Atmosphäre mehr CO₂ entziehen und somit das Klima entlasten.
Tatsächlich ist die Wachstumsrate des pflanzlichen Planktons maßgeblich davon abhängig, wie viele gelöste Nährstoffe und Spurenelemente im Meerwasser verfügbar sind – und diese sind im oberen, lichtdurchfluteten Ozean sehr knapp. „Nur wenn wir verstehen, wie diese Elemente aus dem oberen Ozean entfernt und aus der Tiefe dorthin zurückgeführt werden, können wir sinnvolle Aussagen über das vergangene, gegenwärtige und zukünftige Klima der Erde treffen“, sagt Vance.
Quelle
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) (06/2025)
Publikation
Publikation:
Du J, Haley BA, McManus J, Blaser P, Rickli J, Vance D: Abyssal seafloor as a key driver of ocean trace-metal biogeochemical cycles, Nature (2025), doi: 10.1038/s41586-025-09038-3
https://doi.org/10.1038/s41586-025-09038-3