Das Leben im Ozean gedeiht dank Saharastaub, der aus Tausenden von Kilometern Entfernung herübergeweht wurde

Eisen ist ein für das Leben unverzichtbarer Mikronährstoff, der Prozesse wie Atmung, Photosynthese und DNA-Synthese ermöglicht. Die Eisenverfügbarkeit ist in den heutigen Ozeanen oft eine begrenzte Ressource, was bedeutet, dass eine Erhöhung des Eisenzuflusses in die Ozeane die Menge an Kohlenstoff erhöhen kann, die durch Phytoplankton gebunden wird, was wiederum Folgen für das globale Klima hat.

Eisen gelangt über Flüsse, schmelzende Gletscher, hydrothermale Aktivitäten und vor allem Wind in die Ozeane und terrestrischen Ökosysteme. Doch nicht alle chemischen Formen sind „bioreaktiv“, das heißt, sie sind für Organismen verfügbar, die es aus ihrer Umwelt aufnehmen können.

„Hier zeigen wir, dass Eisen, das an Staub aus der Sahara gebunden ist, der westwärts über den Atlantik geweht wurde, Eigenschaften hat, die sich mit der zurückgelegten Entfernung ändern: Je größer diese Entfernung, desto bioreaktiver ist das Eisen“, sagte Dr. Jeremy Owens, außerordentlicher Professor an der Florida State University und Co-Autor einer neuen Studie in Grenzen der Meereswissenschaften.

„Dieser Zusammenhang lässt darauf schließen, dass chemische Prozesse in der Atmosphäre weniger bioreaktives Eisen in leichter zugängliche Formen umwandeln.“

Der Kern der Sache

Owens und seine Kollegen maßen die Mengen an bioreaktivem Eisen und an Gesamteisen in Bohrkernen vom Boden des Atlantischen Ozeans, die vom International Ocean Discovery Program (IODP) und seinen Vorgängern gesammelt wurden. Ziel des IODP ist es, unser Verständnis der sich ändernden Klima- und Meeresbedingungen, der geologischen Prozesse und der Entstehung des Lebens zu verbessern.

Die Forscher wählten vier Kerne aufgrund ihrer Entfernung vom sogenannten Sahara-Sahel-Staubkorridor aus. Letzterer erstreckt sich von Mauretanien bis zum Tschad und ist als wichtige Quelle für staubgebundenes Eisen für windabwärts gelegene Gebiete bekannt.

Die beiden Kerne, die diesem Korridor am nächsten liegen, wurden etwa 200 km und 500 km westlich von Nordwestmauretanien gesammelt, ein dritter mitten im Atlantik und der vierte etwa 500 km östlich von Florida. Die Autoren untersuchten die oberen 60 bis 200 Meter dieser Kerne, die Ablagerungen der letzten 120.000 Jahre widerspiegeln – der Zeit seit der letzten Zwischeneiszeit.

Sie maßen die Gesamteisenkonzentrationen entlang dieser Kerne sowie die Konzentrationen von Eisenisotopen mit einem Plasma-Massenspektrometer. Diese Isotopendaten stimmten mit Staub aus der Sahara überein.

Anschließend nutzten sie eine Reihe chemischer Reaktionen, um die Anteile des Gesamteisens zu ermitteln, das in den Sedimenten in Form von Eisenkarbonat, Goethit, Hämatit, Magnetit und Pyrit vorhanden war. Das Eisen in diesen Mineralien ist zwar nicht bioreaktiv, hat sich aber wahrscheinlich durch geochemische Prozesse auf dem Meeresboden aus bioreaktiveren Formen gebildet.

„Anstatt uns wie in früheren Studien auf den Gesamteisengehalt zu konzentrieren, haben wir Eisen gemessen, das sich leicht im Ozean auflöst und auf das Meeresorganismen für ihre Stoffwechselwege zugreifen können“, sagte Owens.

„Nur ein Bruchteil des Gesamteisens im Sediment ist biologisch verfügbar, aber dieser Bruchteil könnte sich während des Transports des Eisens von seiner ursprünglichen Quelle verändern. Unser Ziel war es, diese Zusammenhänge zu erforschen.“

Im Wind wehen

Die Ergebnisse zeigten, dass der Anteil an bioreaktivem Eisen in den westlichsten Kernen geringer war als in den östlichsten. Dies bedeutete, dass ein entsprechend größerer Anteil an bioreaktivem Eisen durch den Staub verloren gegangen und vermutlich von Organismen in der Wassersäule verwendet worden war, so dass es nie die Sedimente am Boden erreicht hatte.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich während des atmosphärischen Transports über weite Distanzen die mineralischen Eigenschaften des ursprünglich nicht bioreaktiven, an Staub gebundenen Eisens ändern und es dadurch bioreaktiver wird. Dieses Eisen wird dann vom Phytoplankton aufgenommen, bevor es den Boden erreichen kann“, sagte Dr. Timothy Lyons, Professor an der University of California in Riverside und Letztautor der Studie.

„Wir schlussfolgern, dass Staub, der Regionen wie das Amazonasbecken und die Bahamas erreicht, aufgrund der großen Entfernung von Nordafrika und der damit verbundenen längeren Einwirkung chemischer Prozesse in der Atmosphäre besonders lösliches und für Leben verfügbares Eisen enthalten könnte“, sagte Lyons.

„Das transportierte Eisen scheint biologische Prozesse auf ähnliche Weise anzuregen, wie Eisendüngung das Leben in den Ozeanen und auf den Kontinenten beeinflussen kann. Diese Studie ist ein Machbarkeitsnachweis, der bestätigt, dass eisenhaltiger Staub große Auswirkungen auf das Leben in großen Entfernungen von seiner Quelle haben kann.“