Ein Forschungsteam hat herausgefunden, dass die Photosynthese von Skeletonema costatum (S. costatum), einer häufigen Kieselalgenart, bei deutlich geringeren Übersättigungsniveaus, die für die Ausfällung von anorganischem CaCO3 erforderlich sind, eine erhebliche Ausfällung von Aragonit aus künstlichem/natürlichem Meerwasser induzieren kann.
Forscher haben herausgefunden, dass es während des Wachstumsprozesses von S. costatum zu einer deutlichen Abnahme der Gesamtalkalität (TA) kommt [Ca2+] im Schüttgut. Durch Röntgenbeugung wurde bestätigt, dass es sich bei den ausgefällten weißen Partikeln um Aragonitkristalle handelte. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten, dass die Kieselalgenzellen von kugelförmigen Kristallen mit Durchmessern zwischen 40 und 70 μm umhüllt waren und Aggregate aus S. costatum und Aragonit bildeten.
Weitere Untersuchungen ergaben, dass dieser extrazelluläre Verkalkungsprozess hauptsächlich durch den kombinierten Effekt einer erhöhten extrazellulären CO32-Konzentration und der Adsorption und Aggregation von Ca2+ während der Photosynthese angetrieben wird. Dies ermöglicht es S. costatum, eine beträchtliche Aragonitausfällung bei deutlich niedrigeren Übersättigungsniveaus zu induzieren, als sie für die anorganische CaCO3-Ausfällung erforderlich sind.
Das Team beobachtete auch eine TA-Abweichung von der konservativen Mischung während der Blüte von S. costatum im Ostchinesischen Meer. Dies unterstützt weiter die Möglichkeit, dass im Ozean ein neuer durch Kieselalgen vermittelter Verkalkungsweg auftritt.
Diese bahnbrechende Erkenntnis hat tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis des ozeanischen Kohlenstoffkreislaufs. Kieselalgen sind die wichtigsten Primärproduzenten und Transportorgane für organischen Kohlenstoff im Ozean. Der neu entdeckte Kieselalgen-vermittelte extrazelluläre Verkalkungsweg könnte eine neuartige Verbindung zwischen der anorganischen Kohlenstoffpumpe der Partikel und der organischen Kohlenstoffpumpe herstellen.
Einerseits wird die Freisetzung von CO2 während des extrazellulären Verkalkungsprozesses als „Gegenkarbonatpumpe“ betrachtet. Bei dem durch Diatomeen verursachten extrazellulären Verkalkungsprozess kann das freigesetzte CO2 jedoch aufgrund der Aufrechterhaltung eines hohen pH-Werts im Wasser leichter von Algen absorbiert werden, als dass es in die Atmosphäre abgegeben wird.
Andererseits erhöht die Verkalkung durch die Bildung von Aggregaten aus Kieselalgen und Aragonit die Effizienz der organischen Kohlenstoffsenke und erhöht die Transportkapazität der biologischen Kohlenstoffpumpe.
Diese Studie verändert nicht nur unser Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs in Meeresökosystemen, sondern bietet auch neue Perspektiven für die Forschung zum Kohlenstoffkreislauf im Ozean.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftsbulletin. Diese Studie wurde von außerordentlichem Professor Yiwen Pan (Institute of Ocean College, Zhejiang University) geleitet.
Mehr Informationen:
Yiwen Pan et al., Neuer Weg der Diatomeen-vermittelten Verkalkung und seine Auswirkungen auf die biologische Pumpe, Wissenschaftsbulletin (2023). DOI: 10.1016/j.scib.2023.08.020