Neue Studie enthüllt, wie Grönlands Seetang Kohlenstoff in der Tiefsee speichert

Grönlands felsige Küste. Mathilde Cureau | Unsplash

Eine interdisziplinäre Studie bestätigt erstmals die ozeanographischen Transportwege, über die treibende Makroalgen aus den Küstengewässern Südwestgrönlands in Tiefsee-Kohlenstoffspeicher gelangen und möglicherweise eine bisher unterschätzte Rolle bei der globalen Kohlenstoffspeicherung spielen.

Makroalgen, auch Seetang genannt (einschließlich Kelp), sind hochproduktive Küstenlebensräume, die erhebliche Mengen an atmosphärischem Kohlenstoff (CO₂) aufnehmen können. Frühere Studien schätzten, dass weltweit jährlich 4–44 Teragramm (1 Tg = eine Million Tonnen) des von Makroalgen stammenden Kohlenstoffs Tiefen von 200 m erreichen und dort für mindestens 100 Jahre gespeichert werden können.

Allerdings ist es aufgrund verschiedener Probleme schwierig, den Beitrag von Makroalgen zur langfristigen Kohlenstoffspeicherung mit Sicherheit zu quantifizieren: die große Bandbreite an Eigenschaften der Makroalgen, die berücksichtigt werden müssen; die Komplexität der Wechselwirkungen mit physikalischen ozeanographischen Transportprozessen; und ein Mangel an wissenschaftlichen Erkenntnissen über die Wanderung und Umwandlung abgelöster Makroalgen nach dem Verlassen küstennaher Felsküsten.

Um diese Wissenslücke zu schließen, nutzte das Forschungsteam unter der gemeinsamen Leitung des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde und des Helmholtz-Zentrums Hereon in Deutschland sowie unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Plymouth Marine Laboratory, der Universität Exeter, Portugals, Saudi-Arabiens und Dänemarks eine Kombination aus Satellitenbildern, Driftbojen-Tracking, numerischer Modellierung und fortgeschrittenen Turbulenzanalysen. Die Ergebnisse zeigen, dass ausgedehnte Algenmatten Hunderte von Kilometern vor der Küste treiben können. Schließlich sinken diese Matten möglicherweise in große Tiefen, wo ihr organischer Kohlenstoff langfristig gespeichert wird.

Daten von 305 ozeanographischen Überwachungsgeräten, die an der Oberfläche treiben, um Meeresströmungen zu untersuchen, und numerische Simulationsmodelle zeigten, dass die Meeresströmungen schwimmende Makroalgen aus Küstenzonen in tiefere Gewässer auf ökologischen Zeitskalen (durchschnittlich 12–64 Tage) transportieren können, oft bevor es zu einem strukturellen Zusammenbruch kommt.

Diese Ergebnisse wurden durch die Analyse von über 1.300 hochauflösenden, multispektralen Bildern des Sentinel-2-Satelliten, die über einen Dienst des EU-Programms Copernicus bereitgestellt wurden, untermauert. Die Bilder zeigten fast 8.000 treibende Makroalgenansammlungen im grönländischen Schelfmeer und der angrenzenden Labradorsee und bestätigten damit das weitverbreitete Vorkommen von Makroalgen vor der Küste.

[A] Standorte schwimmender Makroalgenmatten, farblich nach Monat kodiert. Ebenfalls dargestellt sind die kombinierten Flächenausdehnungen der Sentinel-2-Kacheln und die 1000-m-Isobathe (gestrichelte schwarze Linie). Index für schwimmende Algen [B] und Echtfarbenbild [C]: Sentinel-2-Bild vom 19. August 2020, das die größte einzelne erfasste schwimmende Makroalgenmatte mit einer Fläche von 221.900 m² zeigt. Der Ausschnitt in [B] zeigt den Standort der Matte. © PML

Hochdetaillierte dreidimensionale Ozeanmodelle, die auf Large-Eddy-Simulationen basieren, zeigten zudem, dass die winterliche Tiefseekonvektion, bei der durch abkühlendes Oberflächenwasser eine intensive vertikale Durchmischung entsteht, schwimmende Makroalgen weit unter die Oberfläche versenken kann. Unter dem hohen Druck dieser tieferen Wasserschichten kollabieren die Auftriebsstrukturen der Algen, wodurch diese absinken und Kohlenstoff in die Tiefsee transportieren.

© PML

Südwestgrönland wurde als Fallstudiengebiet ausgewählt, da es ideale Bedingungen bietet, um die Annahmen zu überprüfen, die den Schätzungen des Makroalgenexports aus Küstengebieten in die Tiefsee zugrunde liegen. Die Region weist an ihrer felsigen Küste einen reichen Makroalgenbestand auf; die dominanten Braunalgenarten schwimmen, wenn sie sich ablösen. Andere Studien haben bestätigt, dass Sediment-DNA Makroalgen in Sedimenten nachweist, die sich von flachen Küstenbereichen bis in eine Tiefe von 1460 m und 350 km vor der Küste erstrecken. Das Vorherrschen von Makroalgen in grönländischen und arktischen Schelf-, Hang- und Tiefseesedimenten, mit einer Dominanz von Braunalgen, ist seit Jahrtausenden erhalten geblieben und belegt, dass der Makroalgenexport aus Grönland zur langfristigen Kohlenstoffspeicherung in der Arktis beiträgt.

Für zukünftige Studien empfiehlt das Team eine groß angelegte interdisziplinäre Studie, um die drei Hauptprozesse zu beobachten, die zum Export von schwimmenden Makroalgen aus küstennahen Quellen zu potenziellen Senken in der Labradorsee führen: 1) Ablösung; 2) Export ins offene Meer durch Oberflächenströmungen; 3) vertikaler Export.

Um dies zu erreichen, müssen die Lebensdauer und die Aufstiegsgeschwindigkeit der dominanten schwimmenden Makroalgenarten experimentell bestimmt werden, ebenso wie ihre Sinkgeschwindigkeit nach dem Zusammenbruch der Auftriebsstrukturen. Ebenso muss die Tiefe ermittelt werden, in der der Zusammenbruch der Auftriebsstrukturen erfolgt, um zuverlässige Parametrisierungen für den vertikalen Export zu entwickeln.