Der Amazonas ist der größte Fluss der Welt. Es leitet etwa ein Fünftel des weltweiten Süßwasserabflusses ab, was zu einer Süßwasserfahne führt, die reich an Nährstoffen und Spurenelementen ist und in den Atlantischen Ozean gelangt.
Bisher ging man davon aus, dass sich die Schwebstoffe teilweise in der Wasserfahne des Ästuars lösen und somit eine wichtige Quelle für Spurenmetalle darstellen, doch neueste Ergebnisse widerlegen diese Theorie. Untersucht wurden Isotope der Elemente Neodym (Nd) und Hafnium (Hf). Diese können als Tracer oder Herkunft dienen, d. h. durch ihre Analyse kann festgestellt werden, woher Wassermassen stammen. Jeder Fluss hat seine eigene Isotopensignatur, die das Ausgangsgestein im Hinterland darstellt.
„Eine frühere Studie hatte einen Anstieg der gelösten Konzentration und Variabilität von Neodym-Isotopen im Amazonas-Mündungsgebiet festgestellt und kam zu dem Schluss, dass diese aus Partikeln gelöst werden, die der Fluss auf seinem Weg ins offene Meer transportiert“, sagt der Erstautor der Studie, Antao Xu.
Er ist ein Ph.D. Student in der Gruppe Chemische Paläozeanographie unter der Leitung von Professor Dr. Dr. Andrea Koschinsky, Konstrukteurin Universität Bremen).
„Diese Schlussfolgerung haben wir nun widerlegt“, sagt Martin Frank. „Wir können zeigen, dass die Veränderungen in der Isotopenzusammensetzung auf die Beimischung von Süßwasser aus dem nahegelegenen Fluss Pará zurückzuführen sind.“
Der Zufluss des benachbarten Pará-Flusses südlich der Amazonasmündung weist deutlich erhöhte gelöste Neodym- und Hafniumkonzentrationen auf. Gleichzeitig weist es einen niedrigen pH-Wert auf. Dies führte zu einer weiteren wichtigen Erkenntnis. Co-Autor Ed Hathorne sagt: „Wir haben den Zusammenhang zwischen der Neodymkonzentration und dem pH-Wert in Flüssen auf der ganzen Welt untersucht.“
Es stellte sich heraus, dass die Neodymkonzentration direkt vom pH-Wert abgeleitet werden kann. Dies ermöglichte eine überarbeitete Schätzung des globalen Flusses von gelöstem Neodym in Flüssen, der mindestens dreimal höher ist als bisher angenommen, so Co-Autor Georgi Laukert von der Dalhousie University in Halifax (Kanada) und der Woods Hole Oceanographic Institution in Woods Hole (USA).
Die Studie ist Teil des internationalen Langzeitprojekts GEOTRACES, dessen Ziel es ist, die globale Verteilung der im Meerwasser gelösten Spurenmetalle und ihrer Isotope zu kartieren, um deren Quellen, Senken und Verbreitungswege besser zu verstehen. Als Paläoozeanograph interessieren sich Martin Frank und seine Arbeitsgruppe eigentlich für Spurenmetalle in ihrer Funktion als Indikatoren vergangener Klimageschichte und Ozeanprozesse.
„Die Isotopenzusammensetzung dient uns als Indikator für die Ozeanzirkulation der Vergangenheit“, sagt Frank. „Wir benötigen jedoch noch ein besseres Verständnis der Steuerungsprozesse im heutigen Ozean, um diese Proxys zuverlässiger anwenden zu können.“ Dies steht im Einklang mit dem transdisziplinären Ansatz der integrierten Forschung am GEOMAR, dessen thematischer Schwerpunkt „Metalle im Ozean“ ist.
Frank sagt: „Um zuverlässige Modelle für das gesamte System Ozean-Atmosphäre-Klima entwickeln zu können, müssen wir die globale Ozeanzirkulation und die damit verbundene Verteilung der Spurenmetalle besser verstehen, deren Inputs wir kennen müssen.“ von Spurenelementen vom Land.
GEOTRACES ist ein globales Programm, das darauf abzielt, das Verständnis der biogeochemischen Kreisläufe von Spurenelementen und ihren Isotopen in der Meeresumwelt zu verbessern. Vieles, was über die Meeresbedingungen in der Vergangenheit und damit über die Rolle des Ozeans bei der Klimavariabilität bekannt ist, stammt aus Spurenelement- und Isotopenmustern, die in Meeresarchiven (Sedimente, Korallen usw.) aufgezeichnet wurden.
Ein besseres Wissen über die Prozesse, die die Verteilung dieser Tracer im modernen Ozean bestimmen, kann unser Verständnis der in Meeresarchiven aufgezeichneten Meeresbedingungen in der Vergangenheit verbessern und auf dieser Grundlage zuverlässigere Vorhersagen über zukünftige Veränderungen treffen.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.
Mehr Informationen:
Antao Xu et al., Übersehene Flussbeiträge von gelöstem Neodym und Hafnium zur Amazonasmündung und den Ozeanen, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39922-3