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Überraschung aus den Weltmeeren

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 11.09.2007 19:57

Die Weltmeere sind der größte Lebensraum des Planeten und uns doch unbekannter als Mond oder Mars. Da bleibt es nicht aus, dass wir unser Bild vom Geschehen an und unter der Wasseroberfläche immer wieder kräftig korrigieren müssen. Eine solche Korrektur verlangt jetzt ein Ozeanograph an der Universität des US-Bundesstaates Washington in Seattle. Er schreibt in der Wissenschaftszeitschrift "Nature", dass einer der grundlegenden Stoffkreisläufe im Ökosystem Ozean anders verläuft als bisher gedacht.

Stickstoff ist als Dünger für Pflanzen unverzichtbar, das weiß jeder Landwirt und jeder Gärtner. Nährstoffe in Form von Nitraten - ganz gleich ob als Mineral- oder als Naturdünger - müssen regelmäßig in die Erde, damit die Pflanzen gedeihen. Denn das in der Atmosphäre im Überfluss vorhandene Gas kann von den Pflanzen nicht direkt verwendet werden - sie brauchen jemanden, der es ihnen aufbereitet. In den Ozeanen ist das nicht anders. Hier sorgen bestimmte Mikroorganismen, vor allem ein Klasse von Cyanobakterien, für Nachschub: Sie wandeln das im Wasser gelöste Distickstoffgas in brauchbare Verbindungen um. Das pflanzliche Plankton hängt von dieser Stickstoffzufuhr ab, und mit ihm alles Leben. Denn das Nahrungsnetz wird auf der Grundlage dieses Phytoplankton geknüpft. Ohne die rastlose Stickstoffumwandlung gäbe es in den Ozeanen nicht das Leben, wie wir es kennen.

Cyanobakterien der Gattung Trichodesmium gehören zu den vergleichsweise seltenen Organismen, die Stickstoff binden und in eine bioverfügbare Form umwandeln können. Foto: Nasa/JSC

Bislang ging man davon aus, dass es zwischen den Ozeanbecken so eine Art Arbeitsteilung gäbe: Die brauchbaren Stickstoffverbindungen sollten hauptsächlich im Atlantischen Ozean hergestellt werden und mit den Meeresströmungen in die Becken von Pazifik und Indik gespült werden. Der Atlantik deshalb, weil er relativ schmal ist, so dass eisenhaltiger Staub von den Kontinenten ins Wasser gelangt. Eisen aber, so glaubt die Wissenschaft, brauchen die Cyanobakterien für ihren Stoffwechsel, mit dem sie Distickstoffgas umwandeln. Die Gebiete, in denen der umgekehrte Prozess stattfindet, und der bioverfügbare Stickstoff wieder in das unbrauchbare Distickstoffgas verwandelt wird, liegen vor allem im Pazifischen und im Indischen Ozean. Dort gibt es Meereszonen, in denen es nur wenig Sauerstoff gibt, und so nehmen Bakterien die Stickstoffverbindungen als Sauerstoffersatz. Durch diesen Abbau kommt es zu einem Gleichgewicht und eine natürliche Überdüngung der Meere wird vermieden. Doch dieser angeblich weltumspannende Stickstoffkreislauf ist regional aufgebaut. Die Produktion von bioverfügbarem Stickstoff findet in allen Weltmeeren statt.

"Gerade im Pazifik und im Indischen Ozean findet sie besonders stark statt, während die Rate im Atlantischen Ozean vergleichsweise gering ist", erklärt Curtis Deutsch. Deutsch hat sich die Ergebnisse von Messungen genauer angesehen, die in den vergangenen Jahrzehnten überall auf den Weltmeeren durchgeführt wurden. Danach gibt es gerade in der Mitte von Pazifik und Indik große Gebiete, in denen die Cyanobakterien Stickstoff aus der Luft fischen. Das stellt die Ozeanographen vor ein weiteres Problem: Die Gebiete sind so weit von den Kontinenten entfernt, dass sie von ablandigen Winden nicht mehr erreicht werden können.

Das aber kippt eine lang gehegte Vorstellung der Ozeanographen. Diese Winde sollten nämlich mit Staub von den Kontinenten Eisen ins Wasser wehen und damit die stickstoffbindenden Organismen düngen. Die brauchen Eisen für die Enzyme, mit denen sie die energieaufwendige Stickstoffumwandlung durchführen. Deshalb spielte der Atlantik in dem Modell eine so große Rolle, denn er ist vergleichsweise schmal und hat mit der Sahara eine hervorragende Staubquelle zur Verfügung. Saharastaub kommt sogar bis in die Karibik und den Süden der USA, also wäre eine Düngung des Atlantiks kein Problem. Doch wenn die Organismen in Pazifik und Indik so viel mehr Stickstoff binden als die im Atlantik, dann kann das Eisen aus dem Wüstenstaub keine so große Rolle spielen. "Die Alternative wären", so Deutsch, "andere Quellen als den Staub." So könnten zum Beispiel Ozeanströme Eisen aus der Tiefsee in die obersten Wasserstockwerke transportieren.

Sieht man das Gesamtsystem Erde, ist Deutschs Entdeckung eine erfreuliche Nachricht. Denn so können die Ozeane viel flexibler auf Veränderungen im Stickstoffgehalt reagieren als man bisher vermutete. In einem weltumspannenden Stickstoffkreislauf hätte es lange gedauert, bis man etwa in der Produktionszone Atlantik von Veränderungen in den Verbrauchszonen von Pazifik und Indik erfahren hätte. Die Meeresströme brauchen etwa 1000 Jahre um Wassermoleküle einmal um die Welt zu transportieren. Etwa so träge würde ein weltumspannendes System reagieren. Liegen die Produktionsstätten viel näher zur Zerstörung der Stickstoffverbindungen, können sie schneller auf den Mangel an bioverfügbarem Stickstoff reagieren und die Produktion anwerfen. Damit wären die Stickstoffkreisläufe in den Ozeanen wesentlich reaktionsschneller als bislang gedacht - eine in Zeiten des Klimawandels gute Nachricht.