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Die geheimnisvollste Region im Ozean: Wie wirken sich nährstoff- und chlorophyllarme Regionen auf den Kohlenstoffkreislauf der Erde aus?
Im riesigen Ozean ist die Zone mit geringem Nährstoffgehalt und geringem Chlorophyllgehalt (LNLC) zweifellos einer der mysteriösesten Teile. Diese Gebiete sind durch geringe Mengen an Nährstoffen (wie Stickstoff, Phosphor oder Eisen) im Wasser und daher eine extrem niedrige Photosyntheseproduktivität gekennzeichnet, was sich in relativ niedrigen Chlorophyllkonzentrationen widerspiegelt. Etwa 75 % der Weltmeerfläche bedecken solche Gebiete, hauptsächlich in subtropischen Wirbelgebieten, aber auch im Mittelmeer und einigen Binnenseen.
„Die Existenz nährstoff- und chlorophyllarmer Gebiete steuert Veränderungen in Meeresökosystemen und spielt eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde.“
Physikalische Prozesse führen in diesen Gebieten zu einer begrenzten Nährstoffverfügbarkeit und fördern so das Wachstum von photosynthetisch synthetisiertem kleinem Phytoplankton. Diese LNLC-Gebiete sind im Allgemeinen nicht mit der Küste verbunden, da Küstengebiete mehr Nährstoffe vom Land erhalten und Auftriebsphänomene aufweisen. Mit den Auswirkungen des Klimawandels hat sich die menschliche Forschung zu Gebieten mit niedrigem Nährstoff- und Chlorophyllmangel allmählich vertieft. Saisonale und jährliche Veränderungen in diesen Gebieten haben erhebliche Auswirkungen auf den globalen Kohlenstoffkreislauf.
Chlorophyll und Primärproduktion
Chlorophyll ist ein lichtsammelndes Pigment in photosynthetischen Organismen, das Lichtenergie in Zellenergie umwandeln und organische Stoffe synthetisieren kann. In Gewässern wird die Chlorophyllkonzentration häufig als Indikator für die Häufigkeit des photosynthetischen Phytoplanktons verwendet, was wiederum den Status der Primärproduktion widerspiegelt. Bei der Primärproduktion handelt es sich um den Prozess der Umwandlung von Kohlendioxid (sei es in gasförmiger oder wässriger Form) und anderen Elementen in organische Verbindungen. Im Ozean erfolgt die Primärproduktion hauptsächlich durch Photosynthese, und photosynthetische Produzenten sind die Grundlage der Wassernahrungskette.
Mangel an Nährstoffen und Umweltbedingungen schränken die Primärproduktion in LNLC-Gebieten ein. In diesen Gebieten wird die Phytoplanktongemeinschaft hauptsächlich vom Mikrophytoplankton dominiert, da dieses kleine Phytoplankton aufgrund seiner größeren spezifischen Oberfläche Nährstoffe effizienter aufnehmen kann und so eine begrenzte Primärproduktion unterstützt.
Ernährungskreislauf in der LNLC-Region
Phytoplankton wächst hauptsächlich im oberen Ozean (Mischschicht), wo ausreichend Lichtenergie vorhanden ist, um ihr Wachstum zu unterstützen. Die Nährstoffversorgung erfolgt jedoch aus mehreren Hauptquellen, darunter reinjizierte Nährstoffe aus der Tiefsee, recycelte Nährstoffe im Oberflächenozean und externe Nährstoffeinträge. Die Kombination dieser Prozesse führt zu einer begrenzten Nährstoffverfügbarkeit in der LNLC-Region, die durch eine Kombination aus biologischen Pumpen, Ekman-Absenkung und Grundwasserleiterschichtung beeinflusst wird.
„Die Existenz und Veränderungen dieser Gebiete offenbaren das empfindliche Gleichgewicht der Funktionsweise des Meeresökosystems.“
In überschwemmten oder geschichteten LNLC-Gebieten sind externe und recycelte Nährstoffquellen immer noch der Schlüssel zur Förderung des Phytoplanktonwachstums, auch wenn die Primärproduktivität im Allgemeinen niedrig ist. Dieser Prozess macht die Stickstofffixierung zu einem wichtigen Mechanismus, der den Stickstoffgehalt in der Wassersäule weiter anpasst, um die Regeneration des Phytoplanktons zu unterstützen.
Produktivität der LNLC-Region
Trotz der geringen Primärproduktivität pro Flächeneinheit dieser Regionen aufgrund ihrer weiten Verbreitung wird geschätzt, dass etwa 40 % der globalen Meeresproduktivität aus LNLC-Regionen stammen. Phytoplanktongemeinschaften in diesen Gebieten sind zur Aufrechterhaltung der Produktion stark auf die Stickstofffixierung und die Versorgung mit recycelten Nährstoffen angewiesen. Saisonale und kurzlebige Ereignisse der Nährstoffversorgung können die Primärproduktivität sofort steigern.
In subtropischen Wirbelregionen bringt die vertikale Vermischung im Winter und Frühling Nährstoffe aus tieferen Gewässern in hellere Gewässer und trägt so dazu bei, vorübergehende Steigerungen der Primärproduktivität auszulösen. Während dieser Ereignisse profitiert größeres Phytoplankton wie Kieselalgen von einer Vielzahl von Nährstoffen.
Wie es den globalen Kohlenstoffkreislauf beeinflusst
Da sich die globale Erwärmung und die Schichtung der Ozeane verstärken, kann es sein, dass die LNLC-Region oligotropher wird, was auch andere tropische und subtropische Gewässer betrifft und dem Risiko einer verringerten Produktivität ausgesetzt ist. Dies vertieft das menschliche Verständnis und die Aufmerksamkeit für die LNLC-Region weiter. Die Wechselbeziehung zwischen diesen Regionen und dem Kohlenstoffkreislauf macht sie zu einem immer wichtigeren Forschungsgebiet.
„In diesen mysteriösen Meeresgebieten warten noch unzählige ungelöste Fragen darauf, von uns erforscht und verstanden zu werden.“
Künftig wird die Erforschung dieser LNLC-Regionen nicht nur dazu beitragen, Veränderungen im globalen Kohlenstoffkreislauf zu verstehen, sondern uns möglicherweise auch neue Strategien für den Umgang mit dem Klimawandel liefern. Wie werden Veränderungen in diesen Regionen die Zukunft der Erde prägen? Lohnt es sich, darüber nachzudenken?
