In den letzten 25 Jahren ist die Menge des sommerlichen arktischen Meereises um mehr als 1 Million Quadratkilometer zurückgegangen. Dadurch sind weite Teile des Arktischen Ozeans im Sommer durchschnittlich eisfrei. Wissenschaftler beobachten genau, wie sich dies auf die Verfügbarkeit von Sonnenlicht und die Meeresökosysteme im hohen Norden auswirkt.
„Wenn so große Gebiete eisfrei werden und Sonnenlicht empfangen können, stellen sich viele Fragen. Ein vorherrschendes Paradigma legt nahe, dass der Arktische Ozean schnell produktiver wird, da Sonnenlicht in der Meeresumwelt reichlicher vorhanden ist. Es ist jedoch unklar, wie sich die Ökosysteme weiterentwickeln werden.“ Reaktion auf die zunehmende Verfügbarkeit von Sonnenlicht und wie verschiedene Komponenten davon betroffen sein werden“, sagt Karl Attard, Meeresforscher und Assistenzprofessor am Fachbereich Biologie der Universität Süddänemark.
Attard hat ein internationales Forschungsteam geleitet, das die Verfügbarkeit von Sonnenlicht und die Photosyntheseproduktion auf dem wenig erforschten arktischen Meeresboden untersucht. Ihre Studie wurde in veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Das Forschungsteam konzentrierte sich auf die riesigen Schelfregionen des Arktischen Ozeans; Abschnitte des Meeresbodens, die relativ flach sind und selten tiefer als 200 Meter sind. Diese riesigen Regionen, die etwa die Hälfte der Fläche des Arktischen Ozeans ausmachen, machen es besonders interessant zu untersuchen, wie Meeresbodenökosysteme reagieren, wenn das Meereis weiter abnimmt.
Wissenschaftler untersuchen Meeresleben unter trüben Schmelzwasserfahnen im Nordosten Grönlands. Bildnachweis: Karl Attard, Universität Süddänemark
Sonnenlicht ist eine entscheidende Energiequelle für Lebensformen, die durch Photosynthese wachsen. Sie benötigen Wasser, Kohlendioxid, Nährstoffe und Sonnenlicht. Wissenschaftler bezeichnen diese Organismen als Primärproduzenten und gedeihen im Meereis, in der Wassersäule und auf dem Meeresboden. Diese Organismen dienen als Grundlage für ein breiteres Nahrungsnetz im Ozean und unterstützen kommerziell wichtige Fischereien und große Raubtiere wie Eisbären. Die wichtigsten Primärproduzenten am Meeresboden sind Mikroalgen, Algen und Seegräser.
„Es mag vernünftig erscheinen, anzunehmen, dass die Fülle an Primärproduzenten auf dem Meeresboden in den flacheren Regionen des Arktischen Ozeans zunehmen würde, wenn mehr Sonnenlicht den Boden erreicht. Tatsächlich legen unsere Untersuchungen nahe, dass seit 2003 die dem Sonnenlicht ausgesetzte Meeresbodenfläche gestiegen ist.“ „Die Gesamtmenge an Sonnenlicht, die den arktischen Meeresboden erreicht, nimmt merkwürdigerweise jedoch nicht zu“, sagt Karl Attard und verweist auf die Modelle des Forschungsteams, die auf Satellitendaten aus 20 Jahren basieren aus dem Arktischen Ozean.
Dieses überraschende Ergebnis ist offenbar auf die Wassertransparenz zurückzuführen, die in vielen Teilen des Arktischen Ozeans abgenommen hat.
„Sonnenlicht, das den eisfreien Ozean erreicht, wird schnell von Phytoplankton, Sedimenten und gelösten Substanzen im Wasser absorbiert, wodurch verhindert wird, dass ein Großteil der Sonnenstrahlen den Meeresboden erreicht. Unsere Modelle prognostizieren einen Anstieg der Primärproduktion in einigen Regionen, in anderen jedoch nicht Allerdings sind alle diese Regionen mittlerweile eisfrei und empfangen Sonnenlicht an der Meeresoberfläche“, erklärt Karl Attard.
Die Erklärung für das trübe Wasser liegt darin, dass der Arktische Ozean von Land umgeben ist und einige der größten Flüsse der Welt in ihn münden. Mit dem Flusswasser kommen zahlreiche Partikel aus den Einzugsgebieten, durch die die Flüsse fließen, und diese Partikel können erhebliche Teile des Arktischen Ozeans trüben.
Diese Flüsse entspringen bis in die Mongolei oder Zentral-Nordamerika und führen erhebliche Mengen an Partikeln mit sich, wenn sie in den Arktischen Ozean münden. Das Flusswasser enthält außerdem gelöste Moleküle, die das Wasser färben und Sonnenlicht absorbieren.
In den Modellen der Forscher gibt es regionale Unterschiede in der Menge der am Boden der neuen eisfreien Gebiete produzierten Biomasse. Die Modelle deuten auf einen Anstieg der Primärproduktion an mehreren Orten entlang der ausgedehnten Küsten Grönlands und Kanadas hin. Umgekehrt ist auf weiten Teilen des russischen Festlandsockels ein Rückgang der Primärproduktion zu verzeichnen.
„Dann stellt sich die Frage: Warum nimmt die Verfügbarkeit von Sonnenlicht und die Primärproduktion in einigen Gebieten zu, während sie in anderen abnimmt? Leider liefern unsere Modelle keine klare Antwort darauf, was genau diese Veränderung vorantreibt, und um diese Informationen zu erhalten, müssen einzelne Regionen untersucht werden.“ „Validierung unserer Modelle mit mehr Beobachtungsdaten“, sagt Karl Attard.
„Die neuesten Modelle deuten darauf hin, dass sich Algen und Seegras auf dem flachen Meeresboden an der Küste ansiedeln und sich in den Arktischen Ozean ausbreiten, wenn das Eis weiter abnimmt und die Wassertemperatur steigt. Auch hier sind weitere Beobachtungen erforderlich, um die Unsicherheiten im Modell zu testen.“
Traditionell haben Seegras und Algen in eisgefüllten Gewässern Probleme, da das Eis die Verfügbarkeit von Sonnenlicht verringert und ihr Gewebe zermahlt und schädigt. In zunehmend eisfreien Gewässern können jedoch ausgedehnte Unterwasservegetationsflächen entstehen, die als Lebensraum für Fischbrut und andere Organismen dienen.
Die von den Forschern berechnete Primärproduktion für den Meeresboden des Arktischen Ozeans ist nur ein Teil der gesamten marinen Primärproduktion, die auch in der Wassersäule und im Meereis vorkommt.
„Wir haben zum ersten Mal die Primärproduktion des Meeresbodens durch Mikroalgen, Seegras und Algen geschätzt, und sie ist signifikant. Wir schätzen, dass sie viermal größer ist als die Produktion im Meereis, die größere Aufmerksamkeit erhalten hat und in unserer Studie besser repräsentiert ist.“ Verständnis der arktischen Ökosysteme. Die Einbeziehung aller Komponenten der marinen Primärproduktion ist entscheidend für das Verständnis, was in den Ökosystemen des Arktischen Ozeans geschieht“, sagt Karl Attard.
Der Arktische Ozean hat in den letzten Jahrzehnten einen rasanten Umweltwandel erlebt, und er geht davon aus, dass sich dieser Wandel fortsetzen wird.
„Unsere Studie legt nahe, dass die Auswirkungen des Klimawandels auf die Verfügbarkeit von Sonnenlicht und die Primärproduktion im Arktischen Ozean komplex sind. Darüber hinaus könnten wir mit der weiteren Erwärmung des Arktischen Ozeans beobachten, wie mehr Arten aus niedrigeren Breiten einwandern, was möglicherweise zu einem produktiveren Meeresleben führt.“ Umwelt als heute – auf Kosten des Verlustes dessen, was für die Arktis besonders ist“, sagt er.
Mehr Informationen:
Attard, Karl, Primärproduktion am Meeresboden in einem sich verändernden Arktischen Ozean, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2303366121. doi.org/10.1073/pnas.2303366121