Selbst der entfernteste Ozean mit Zink aus menschlichen Quellen belastet

Selbst in den abgelegenen Regionen des Südpazifischen Ozeans übersteigt die Konzentration anthropogener Zink-Emissionen mittlerweile die natürlichen Background-Werte. Eine Studie der ETH Zürich und des Geomar Kiel belegt, dass Metall-Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe sowie industrieller Abgase über Aerosole weite Distanzen überwinden. Diese atmosphärische Deposition beeinflusst die marine Chemie bis in unbesiedelte Meeresgebiete. Die steigende Zink-Konzentration gefährdet die Homöostase von Plankton-Gemeinschaften und marinen Nahrungsnetzen.

„Es gibt keine unberührte Natur mehr, nicht mal mehr im Südpazifik, der so weit entfernt von der nächsten Zivilisation ist wie die Astronauten der Internationalen Raumstation“, konstatiert Tal Ben Altabet. Bei der Metallverhüttung und der energetischen Nutzung von Öl und Kohle gelangen Metalle in die Atmosphäre und binden an Aerosol-Partikel. Diese Partikel transportieren industrielle Spurenelemente über tausende Kilometer, bis sie durch Deposition auf der Ozeanoberfläche akkumulieren und so selbst entlegenste marine Ökosysteme anthropogen modifizieren.

Plankton braucht Zink

Spurenelemente wie Zink sind essenzielle Kofaktoren für die marine CO2-Fixierung. In der Meeresgeochemie dient die Isotopenanalytik dabei als Werkzeug zur Quellenzuordnung: Während natürliches Meerwasser schwerere Isotope 66Zn anreichert, sind anthropogene Emissionen durch leichtere Isotope 64Zn charakterisiert. Aktuelle Daten deuten darauf hin, dass Isotopen-Anomalien in den Deckschichten primär durch industrielle Aerosole statt durch natürliche Adsorptionsprozesse verursacht werden. Die präzise Bestimmung dieser Verhältnisse erlaubt eine klare Abgrenzung menschlicher Einflüsse vom natürlichen Hintergrund des Spurenelementkreislaufs.

Aerosole transportieren Zink zum Südpazifik

Zur Klärung der Herkunft mariner Zink-Anomalien untersuchte das Team um Ben Altabet Proben aus dem Südpazifik, einer der weltweit am wenigsten anthropogen beeinflussten Meeresregionen. Der Nachweis einer spezifischen Emissionssignatur in diesem Habitat gilt als Indikator für den globalen Grad der Umweltkontamination. Methodisch setzten die Forschenden auf einen integrativen Ansatz: Parallel zur Analyse des gelösten Zinks im Meerwasser wurde die Isotopenzusammensetzung in partikulärer Phase sowie in atmosphärischen Aerosolen bestimmt. Zur weiteren Validierung und Quellenzuordnung wurde Blei als komplementärer Schadstoff-Indikator herangezogen. Durch die korrelierte Messung der Blei-Isotopensignatur konnte der anthropogene Fingerabdruck im marinen Spurenelementkreislauf präzise von geogenen Hintergrundwerten abgegrenzt werden.

Fast nur Zink aus menschlichen Quellen nachweisbar

Die analytischen Befunde der Studie belegen eine eindeutige anthropogene Signatur in den oberen Wasserschichten des Südpazifiks. Die Daten zeigen, dass das detektierte Zink primär aus menschlichen Emissionen resultiert und via atmosphärischem Aerosoltransport deponiert wurde, während natürliche Zinkquellen quantitativ kaum noch nachweisbar sind. „Praktisch das gesamte Zink in den Partikeln aus den Oberflächengewässern des Südpazifik ist unnatürlich. Diese Ergebnisse zeigen, dass selbst Elemente, die bisher als nicht stark von menschlichen Aktivitäten beeinflusst galten, mittlerweile von industrieller Verschmutzung dominiert werden, die die abgelegensten Teile des offenen Ozeans erreicht hat“, konstatiert Ben Altabet. Damit wird deutlich, dass industrielle Kontaminationen die marinen Spurenelementkreisläufe selbst in geographisch isolierten Regionen bereits grundlegend transformiert haben.

Kreislauf aus der Balance?

In der photischen Zone des Ozeans führt die metabolische Aktivität des Phytoplanktons natürlicherweise zu einer Depletion von Zink und anderen essenziellen Spurenelementen. Für eine optimale Primärproduktion ist eine stöchiometrisch ausgewogene Verfügbarkeit dieser Mikronährstoffe im Meerwasser essenziell. Die Forschenden prognostizieren jedoch, dass die kontinuierliche Zunahme anthropogener Metall-Emissionen dieses sensitive Gleichgewicht destabilisieren könnte. Da neben Zink auch Eisen, Kupfer und Cadmium Anzeichen einer durch menschliche Aktivitäten induzierten Anreicherung zeigen, ist eine signifikante Verschiebung der Nährstoffverfügbarkeit zu erwarten. Die ökologischen Konsequenzen für die marine Nahrungskette sowie die spezifischen adaptiven Reaktionen der Phytoplankton-Gemeinschaften bleiben aufgrund der komplexen biogeochemischen Interaktionen schwer vorhersehbar.

Andere Meere auf Zink-Isotope untersuchen

Zukünftige Studien sollen die Isotopensignaturen von Zink, Eisen und Kupfer in marinen Partikeln global charakterisieren. Ziel ist es, die ozeanweite Dynamik dieser Mikronährstoffe und deren Einfluss auf biologische Systeme zu validieren. „Nur wenn wir verschiedene Meeressysteme untersucht haben, werden wir verstehen, wie sich Spurenmetalle über den gesamten Ozean betrachtet verhalten und wie Meeresorganismen auf Verschiebungen des Nährstoffgleichgewichts reagieren“, erklärt Ben Altabet. Diese Daten sind essenziell, um die Reaktion mariner Ökosysteme auf anthropogene Nährstoffverschiebungen zu modellieren.

Quelle

ETH Zürich (05/2026)