Studie zeigt, dass Salpen eine überragende Rolle bei der Dämpfung der globalen Erwärmung spielen

Jan 13, 2024

Der Mensch verstärkt weiterhin die globale Erwärmung, indem er jedes Jahr Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre ausstößt. Eine neue Studie zeigt, dass ein entfernter menschlicher Verwandter eine übergroße Rolle bei der Dämpfung der Auswirkungen dieses Treibhausgases spielt, indem er große Mengen Kohlenstoff von der Meeresoberfläche in die Tiefsee pumpt, wo er nichts zur aktuellen Erwärmung beiträgt.

Die von Deborah Steinberg vom Virginia Institute of Marine Science bei William & Mary geleitete Studie erschien in der neuesten Ausgabe von Global Biogeochemical Cycles. Es berichtet über Forschungsarbeiten im Rahmen von EXPORTS, einem vierjährigen, multiinstitutionellen Feldprogramm, das von der NASA finanziert wird. Die Co-Autoren stammen von Meeresinstituten in Maine, Bermuda, Kalifornien, Neufundland, British Columbia und Alaska.

Das Ziel von EXPORTS, für EXport Processes in the Ocean von RemoTe Sensing, ist die Kombination von Schiffs- und Satellitenbeobachtungen, um die globalen Auswirkungen der „biologischen Pumpe“ genauer zu quantifizieren. Hierbei handelt es sich um eine Reihe biologischer Prozesse, die Kohlenstoff und andere organische Stoffe aus sonnenbeschienenen Oberflächengewässern in die Tiefsee transportieren und so effektiv Kohlendioxid aus dem Oberflächenozean und der Atmosphäre entfernen. Winzige treibende Tiere namens Zooplankton spielen eine Schlüsselrolle bei der Pumpe, indem sie Phytoplankton fressen, das während der Photosynthese Kohlenstoff aus Kohlendioxid in sein Gewebe einbaut.

Während einer einmonatigen EXPORTS-Expedition in den Nordostpazifik im Jahr 2018 stießen Steinberg und Kollegen zufällig auf eine große Blüte eines wenig untersuchten Akteurs in der biologischen Pumpe: einer gelatineartigen Zooplanktonart namens Salpa aspera. Wie andere Salpen beginnen diese „Geleefässer“ ihr Leben mit einer Chorda – der Struktur, die sich bei Menschen und anderen Wirbeltieren zum Rückenmark entwickelt – und treiben als Erwachsene wie winzige durchsichtige Wale durch die Weltmeere und filtern mikroskopisch kleine Pflanzen, die im Wasser schwimmen.

Drei Merkmale weckten das Interesse des Teams an Salpen und insbesondere an S. aspera. Zum einen können sich diese Organismen ungeschlechtlich vermehren und unter den richtigen Bedingungen schnell zu riesigen Blüten klonen. Zweitens ist S. aspera größer und filtert mehr Wasser als die meisten anderen Zooplanktonarten und produziert daher größere, schwerere Kotpellets. Drittens wandert es jeden Tag durch das Wasser auf und ab, steigt auf, um sich im Schutz der Nacht von Phytoplankton zu ernähren, und strömt in den Sonnenstunden in die ewige Dunkelheit der Tiefsee, um seinen eigenen Raubtieren, zu denen Meeresschildkröten und Meeresvögel gehören, auszuweichen und Fische.

Zusammengenommen hatten diese Merkmale die Forscher zu der Vermutung geführt, dass Salpen eine wichtige Rolle in der biologischen Pumpe spielen könnten, da große Blüten dieses relativ sperrigen Zooplanktons Kohlenstoff durch ihre schweren, schnell sinkenden Kotpellets effektiv in die Tiefe transportieren könnten; vertikale Wanderungen, die diesen Pellets einen Vorsprung auf ihrer Reise in die Tiefe verschaffen; und das Absinken unzähliger Salpenkadaver während einer Blüte (einzelne Salpen leben nur wenige Wochen).

Aber der Beweis liegt auf der Hand, und der kurzlebige Lebenszyklus und die ungleichmäßige Verteilung der Salpen haben die Bemühungen, ihre Rolle beim Kohlenstoffexport und in den Nahrungsnetzen der Tiefsee zu untersuchen, lange Zeit in Frage gestellt. „Salpen folgen einem ‚Blüte- oder Büste‘-Lebenszyklus“, sagt Steinberg, „mit Populationen, die von Natur aus räumlich und zeitlich lückenhaft sind. Das macht es schwierig, ihren Beitrag zum Kohlenstoffexport in die Tiefsee zu beobachten oder zu modellieren.“

Während der EXPORTS-Expedition in den Pazifik im Jahr 2018 konnten Steinberg und Kollegen diese Herausforderungen meistern, indem sie eine breite Palette von Meeresbeobachtungsinstrumenten einsetzten, von traditionellen Planktonnetzen und Sedimentfallen bis hin zu Unterwasser-Videorecordern und sonarbasierten Computermodellen. Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler durch den Einsatz zweier Forschungsschiffe – der 277 Fuß langen Roger Revelle und der 238 Fuß langen Sally Ride – die Bedingungen nicht nur innerhalb der Salpblüte, sondern auch in den umliegenden Gewässern beobachten und so einen breiteren geografischen Kontext für ihre Studie liefern.

Die Ergebnisse der beispiellosen Feldkampagne des Teams waren eindeutig. „Hohe Salp-Vorkommen in Kombination mit einzigartigen Merkmalen ihrer Ökologie und Physiologie führen zu einer übergroßen Rolle in der biologischen Pumpe“, sagt Steinberg.

Um die Sache ins rechte Licht zu rücken: Die beobachtete Salpblüte erstreckte sich über mehr als 4.000 Quadratmeilen (ca. 11.000 km2), etwa so groß wie Connecticut. Experimente an Bord zeigten, dass Salpen in der Lage sind, täglich durchschnittlich 9 Milligramm Kohlenstoff durch jeden Quadratmeter 100 Meter unter der Blüte zu exportieren. Die in die Tiefsee exportierte Kohlenstoffmenge betrug also etwa 100 Tonnen pro Tag. Zum Vergleich: Ein typischer Pkw emittiert 4,6 Tonnen pro Jahr. Ein Vergleich dieser Werte zeigt, dass der Kohlenstoff, der dem Klimasystem an jedem Tag der Blüte entzogen wird, der Entfernung von 7.500 Autos von der Straße entspricht. Die Anpassung dieser Werte unter Verwendung der vom Team gemessenen höchsten Rate an salzvermitteltem Export (34 mg C pro Tag) erhöht den CO2-Ausgleich auf mehr als 28.000 Fahrzeuge.

Für die Zukunft fordert das Team eine stärkere Anerkennung der Schlüsselrolle, die Salpen beim globalen Kohlenstoffexport spielen. „Blüten wie die, die wir beobachtet haben, bleiben oft unentdeckt“, sagt Steinberg, „und ihr Beitrag zur biologischen Pumpe wird selten quantifiziert, selbst in einigen der am besten untersuchten Regionen der Weltmeere.“ Die Einbeziehung der Salzdynamik in ein aktuelles Kohlenstoffkreislaufmodell verdeutlicht das Potenzial des salzvermittelten Exports. In diesem globalen Modell exportierten Salpen und andere Manteltiere jedes Jahr 700 Millionen Tonnen Kohlenstoff in die Tiefsee, was den Emissionen von mehr als 150 Millionen Autos entspricht.

„Ein stärkerer Einsatz neuer Technologien, wie zum Beispiel das Hinzufügen von Videobildsystemen zu autonomen Schwimmkörpern, würde helfen, diese Salpblüten zu erkennen“, sagt Steinberg. „Unsere Studie dient als ‚Aufruf‘, diese Prozesse besser zu erkennen und zu quantifizieren, indem wir Technologien und Probenahmeschemata nutzen, die ihre Einbeziehung in Messungen und Modelle der biologischen Kohlenstoffpumpe ermöglichen.“

Anmerkung des Herausgebers: Wasser ist eine von vier Eckpfeilerinitiativen im strategischen Plan Vision 2026 von W&M. Besuchen Sie die Website von Vision 2026, um mehr zu erfahren.

David Malmquist, VIMS