Studie zeigt Sauerstoffanstieg im oberen tropischen Ozean während des Paläozän-Eozän-Wärmemaximums

Sauerstoff ist für die Erhaltung des Lebens auf der Erde von grundlegender Bedeutung. Der Ozean bezieht seinen Sauerstoff aus seinen obersten Schichten, die mit der Atmosphäre in Kontakt stehen. Während sich unser Planet weiter erwärmt, verliert der Ozean allmählich seine Fähigkeit, Sauerstoff aufzunehmen, mit schwerwiegenden Folgen für die Meeresökosysteme und die von ihnen abhängigen menschlichen Aktivitäten. Während diese Trends wahrscheinlich auch in Zukunft anhalten werden, bleibt unklar, wie sich der Sauerstoff im Ozean im Inneren des Ozeans umverteilen wird, wo Meeresströmungen und der biologische Abbau von Biomasse gegenüber der atmosphärischen Diffusion dominieren.

„Marine Sedimente sind das Geschichtsbuch des Ozeans. Durch die Untersuchung vergangener Zeitabschnitte, in denen die Temperaturen schnell anstiegen, können wir wertvolle Erkenntnisse darüber gewinnen, wie der Sauerstoff und die Biologie des Ozeans auf Klimaveränderungen reagierten“, sagte Simone Moretti, die Hauptautorin einer Studie erscheinen In Wissenschaft.

Mithilfe einer Kombination chemischer und morphologischer Messungen an Foraminiferen, mikroskopisch kleinen Fossilien, die über Millionen von Jahren in Meeressedimenten konserviert wurden, hat ein Forscherteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Chemie in Zusammenarbeit mit der Princeton University die Reaktion der Sauerstoffanreicherung tropischer Ozeane rekonstruiert das Paläozän-Eozän-Thermalmaximum (PETM).

Stickstoffisotope und Fossilgröße verraten den Sauerstoffgehalt des Meerwassers

In fossilen Foraminiferen konservierte Stickstoffisotope ermöglichten es den Wissenschaftlern, frühere Veränderungen der Säulendenitrifikation im Wasser zu verfolgen. Dieser Prozess, bei dem Nitrat durch Bakterien in molekularen Stickstoff (N2) umgewandelt wird, findet nur in den sauerstoffärmsten Gewässern des Ozeans statt: den Sauerstoffmangelzonen.

„Unsere Messungen zeigten, dass entgegen den meisten Erwartungen die Denitrifikation während des PETM abnahm, was darauf hindeutet, dass sich die sauerstoffarmen Zonen des Ozeans während dieses Zeitraums der abrupten globalen Erwärmung zusammengezogen haben“, sagte Alfredo Martínez-García, Leiter des Labors am MPIC, wo die Studie durchgeführt wurde.

Darüber hinaus erwies sich die Größe der Foraminiferenfossilien als grundlegendes Puzzleteil. Modelle, die den Stoffwechsel von Meeresorganismen beschreiben, ermöglichen es, ihre Körpergröße mit der Umgebungstemperatur und dem Sauerstoffgehalt des Wassers, in dem sie leben, zu verknüpfen. Eine Verringerung der Körpergröße ist eine wirksame Anpassung an ein wärmeres Klima, da sie es den Organismen ermöglicht, ihren Stoffwechsel zu reduzieren in stressigen Zeiten.

„Bemerkenswerterweise und unerwartet zeigen Beweise, dass planktonische Foraminiferen aus dem zentralen tropischen Pazifik während der PETM-Erwärmung größer wurden, was auf einen tropischen Sauerstoffanstieg in den oberen Schichten des Ozeans schließen lässt“, kommentierte Curtis Deutsch, Professor für Geowissenschaften an der University of Princeton. der diese Studie mitverfasst hat. Planktonische Foraminiferen leben in den oberen Schichten des Ozeans, im Gegensatz zu denen auf dem Meeresboden.

Der Anstieg des Sauerstoffgehalts hätte das Massensterben im oberen Ozean abmildern können

Die Feststellung, dass der Sauerstoffgehalt im tropischen Ozean während der PETM-Erwärmung eher zunahm als abnahm, liefert den Forschern auch einen Hinweis auf ein weiteres Rätsel, nämlich die Veränderungen in der marinen Artenvielfalt. Das PETM war das größte Aussterben von Tiefseeorganismen im Känozoikum, das sich über die letzten 66 Millionen Jahre erstreckte. Eines der vielen Rätsel im Zusammenhang mit dem PETM ist, dass sich dieses große Aussterbeereignis zwar in größeren Tiefen abspielte, die im obersten Teil des Ozeans lebenden Organismen jedoch weniger betroffen waren.

„Die in unserer Studie aufgedeckte vorübergehende Sauerstoffanreicherung in den Tropen könnte dazu beigetragen haben, die Bewohnbarkeit trotz großer Temperaturbelastung zu erhalten“, sagte Moretti. „Während des PETM wurde die Fauna im Oberflächenozean dennoch stark beeinträchtigt, und es dauerte mehr als hunderttausend Jahre, bis sich diese Ökosysteme wieder in ihrem ursprünglichen Zustand befanden, eine Ewigkeit im Zeitmaßstab der menschlichen Zivilisation.“