Eisenschub durch Waldbrandrauch ist ein Plus für den Kohlenstoffkreislauf des Südlichen Ozeans

Als der Rauch der australischen Waldbrände 2019–2020 über den Südlichen Ozean wogte, lösten die eisenreichen Partikel, die er auf dem Ozean ablagerte, eine Algenblüte aus, die größer war als Australien – und sie hatte schnelle und anhaltende Auswirkungen auf das Meeresökosystem des Südlichen Ozeans und seinen Kohlenstoff Kreislauf.

In einer neuen Studie des Instituts für Meeres- und Antarktisstudien (IMAS) fanden Wissenschaftler heraus, dass das Eisen der verheerenden Waldbrände innerhalb der Blüte recycelt wurde, wodurch es beispiellose neun Monate überleben konnte. Der unerwartete Eisenschub löste auch deutliche physiologische Reaktionen in Phytoplanktonzellen aus, den mikroskopisch kleinen „treibenden Pflanzen“ an der Basis der Nahrungskette des Ozeans.

„Der Südliche Ozean spielt eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf und ist für fast die Hälfte des jährlichen Kohlenstofftransfers von Oberflächengewässern in den Abgrund des Ozeans verantwortlich“, sagte IMAS Ph.D. Kandidat und Hauptautor, Jakob Weis.

„Phytoplankton spielt eine Schlüsselrolle bei diesem Transfer durch einen Prozess, der als biologische Kohlenstoffpumpe des Ozeans bezeichnet wird, der Kohlenstoff einfängt und in die Tiefsee befördert, indem ozeanische Pflanzen und Tiere sinken.

„Das Problem ist, dass Phytoplankton Eisen braucht, um zu gedeihen, und dem Südlichen Ozean fehlt es an diesem essentiellen Mikronährstoff. Daher ist seine biologische Kohlenstoffpumpe nicht so effektiv, wie sie sein könnte – und hier kommen Waldbrandasche und Wüstenstaub ins Spiel“, Jakob sagte.

„Wir wissen, dass Waldbrandasche und Mineralstaub reich an Eisen sind, und wie wir nach den jüngsten Waldbränden gesehen haben, wird das Wachstum von Phytoplankton stimuliert, wenn diese Partikel auf der Oberfläche des Südlichen Ozeans abgelagert werden. Aber die vollen Auswirkungen davon auf Meeresökosysteme wurden nicht gemessen bis jetzt.“

Das intensive einzelne Befruchtungsereignis durch die australischen Waldbrände war eine Gelegenheit für Wissenschaftler, die physiologische Reaktion von Phytoplankton auf Waldbrandemissionen und seine Fähigkeit, mit seinem eigenen recycelten Eisen zu überleben, zu untersuchen.

„Wir haben Beobachtungen von Satelliten verwendet, um dies zu untersuchen, und festgestellt, dass Phytoplanktonzellen reicher an Pigmenten und effizienter in ihrer Photosynthese wurden“, sagte Jakob. „Genau wie Pflanzen an Land absorbiert Phytoplankton während der Photosynthese CO2 und produziert Sauerstoff – und wenn dieser Prozess effizienter ist, ist es auch die biologische Kohlenstoffpumpe.“

Professor Zanna Chase, chemische Ozeanographin und Mitautorin des IMAS, sagte, die vom Forschungsteam identifizierten Reaktionen könnten direkt auf die Emissionen von Waldbränden zurückgeführt werden.

„Sie wurden zuvor bei Eisendüngungsexperimenten beobachtet, die während Forschungsreisen durchgeführt wurden, sowie nach natürlicher Düngung durch Staub, Vulkanasche und Eisen, das aus der Tiefsee aufsteigt“, sagte Prof. Chase. „Phytoplanktonblüten überleben normalerweise nicht länger als ein paar Wochen, daher war die Dauer dieser Blüte erstaunlich und wurde in solchen Zeiträumen selten zuvor beobachtet.“

Das Studienteam stellte fest, dass die Phytoplanktonblüte die Waldbrände um fast ein halbes Jahr überdauerte und längere Zeiträume überlebte, in denen Eisen nur sporadisch durch Waldbrandemissionen und Mineralstaub zugeführt wurde. „Das Eisen, das die Blüte aufrechterhält, stammt aus dem Eisenrecycling, das auftritt, wenn Eisen wieder ins Wasser abgegeben wird, wenn eine Phytoplanktonzelle stirbt, um von neuen Zellen resorbiert zu werden“, sagte Prof. Chase.

„Die Fähigkeit der Blüte, ihr eigenes Eisen so lange wiederzuverwenden, war wahrscheinlich auf ihre enorme Größe zurückzuführen, die den Verlust von intern recyceltem Eisen an den Blütenrändern verlangsamte – und dies wurde durch gelegentliche Asche- und Staubablagerungen unterstützt.“

Jakob sagte, das Ereignis habe gezeigt, wie schnell die Kohlenstoffpumpe des Südlichen Ozeans reagiert, wenn Eisen ihn in großen Mengen erreicht und sich über ein beträchtliches Gebiet ausbreitet.

„Wichtig ist, dass es die wichtige Rolle bestätigt, die der Südliche Ozean und seine Pflanzenwelt im globalen Kohlenstoffkreislauf spielen“, sagte er.

Die Studie wurde veröffentlicht in Geophysikalische Forschungsbriefe.