Fische, Wale, Delfine, Krabben, Seevögel und fast alles andere, was in oder außerhalb der Ozeane seinen Lebensunterhalt verdient, verdanken ihre Existenz Phytoplankton, einzelligen Pflanzen, die an der Meeresoberfläche leben.
Phytoplankton ist die Grundlage dessen, was Wissenschaftler als ozeanische biologische Produktivität bezeichnen, die Fähigkeit eines Wasserkörpers, Leben wie Pflanzen, Fische und Wildtiere zu unterstützen.
„Ein Maß für die Produktivität ist die Nettomenge an Kohlendioxid, die von Phytoplankton aufgenommen wird“, sagte Jorge Sarmiento, Professor für Atmosphären- und Ozeanwissenschaften an der Princeton University in New Jersey.
Die einzelligen Pflanzen nutzen die Energie der Sonne, um Kohlendioxid und Nährstoffe in komplexe organische Verbindungen umzuwandeln, die neues Pflanzenmaterial bilden. Dieser Prozess, bekannt als Photosynthese, ist, wie Phytoplankton wächst.
Pflanzenfressende Meeresbewohner fressen das Phytoplankton. Fleischfresser wiederum fressen die Pflanzenfresser und so weiter die Nahrungskette bis zu den Top-Raubtieren wie Killerwalen und Haien.
Aber wie liefert der Ozean die Nährstoffe, die das Phytoplankton zum Überleben braucht und um alles andere zu unterstützen, was seinen Lebensunterhalt im oder außerhalb des Ozeans verdient? Details rund um diese Antwort sind genau das, was Sarmiento zu lernen hofft.
Robert Frouin, ein Forschungsmeteorologe an der Scripps Institution of Oceanography in La Jolla, Kalifornien, sagte, dass das Verständnis des Prozesses, durch den Phytoplankton ozeanische Nährstoffe erhält, wichtig ist, um die Verbindung zwischen dem Ozean und dem globalen Klima zu verstehen.
„Marine biogeochemische Prozesse reagieren sowohl auf das Klima als auch beeinflussen es“, sagte Frouin. „Eine Veränderung der Phytoplanktonhäufigkeit und -arten kann auf Veränderungen der physikalischen Prozesse zurückzuführen sein, die die Nährstoffversorgung und die Verfügbarkeit von Sonnenlicht steuern.“
Sauerstoffversorgung
Phytoplankton benötigt für die Photosynthese und damit ihr Überleben zwei Dinge: Energie aus der Sonne und Nährstoffe aus dem Wasser. Phytoplankton absorbiert beides über seine Zellwände.
Bei der Photosynthese gibt Phytoplankton Sauerstoff an das Wasser ab. Die Hälfte des weltweiten Sauerstoffs wird über die Photosynthese von Phytoplankton produziert. Die andere Hälfte wird durch Photosynthese an Land von Bäumen, Sträuchern, Gräsern und anderen Pflanzen produziert.
Wenn grüne Pflanzen sterben und zu Boden fallen oder auf den Meeresboden sinken, wird ein kleiner Teil ihres organischen Kohlenstoffs vergraben. Es bleibt dort für Millionen von Jahren, nachdem es die Form von Substanzen wie Öl, Kohle und Schiefer angenommen hat.
„Der Sauerstoff, der in die Atmosphäre freigesetzt wurde, als dieser vergrabene Kohlenstoff vor Hunderten von Millionen Jahren photosynthetisiert wurde, ist der Grund, warum wir heute so viel Sauerstoff in der Atmosphäre haben“, sagte Sarmiento.
Heute halten Phytoplankton und terrestrische Grünpflanzen ein stetiges Gleichgewicht in der Menge des atmosphärischen Sauerstoffs der Erde aufrecht, der laut Frouin etwa 20 Prozent des Gasgemisches ausmacht.
Ein ausgewachsener Wald zum Beispiel nimmt während der Photosynthese Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und wandelt es in Sauerstoff um, um neues Wachstum zu unterstützen. Aber derselbe Wald gibt vergleichbare Mengen an Kohlendioxid ab, wenn alte Bäume sterben.
„Im Durchschnitt hat dieser reife Wald also keinen Nettofluss von Kohlendioxid oder Sauerstoff in oder aus der Atmosphäre, es sei denn, wir fällen alles für den Holzeinschlag“, sagte Sarmiento. „Der Ozean funktioniert genauso. Der größte Teil der Photosynthese wird durch eine gleiche und entgegengesetzte Menge an Atmung ausgeglichen.“
Kohlenstoffsenke
Die Wälder und Ozeane nehmen nicht mehr Kohlendioxid auf oder lassen mehr Sauerstoff ab. Aber menschliche Aktivitäten wie das Verbrennen von Öl und Kohle, um unsere Autos zu fahren und unsere Häuser zu heizen, erhöhen die Menge an Kohlendioxid, die in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Die meisten Wissenschaftler der Welt sind sich einig, dass diese steigenden Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre die Erde erwärmen. Viele Forscher glauben, dass dieses Phänomen zu potenziell katastrophalen Folgen führen könnte.
Einige Forscher argumentieren, dass die Anreicherung der Ozeane mit Eisen das Wachstum von Phytoplankton stimulieren würde, was wiederum überschüssigen Kohlenstoff aus der Erdatmosphäre einfangen würde. Aber viele Ozean- und Atmosphärenwissenschaftler diskutieren, ob dies tatsächlich eine schnelle Lösung für das Problem der globalen Erwärmung bieten würde.
Untersuchungen von Frouin und seinem Kollegen von der Scripps Institution of Oceanography, Sam Iacobellis, legen nahe, dass eine Zunahme des Phytoplanktons tatsächlich dazu führen könnte, dass die Erde aufgrund der erhöhten Sonnenabsorption wärmer wird.
„Unsere Simulationen zeigen, dass durch die Erhöhung der Phytoplanktonhäufigkeit in der oberen Ozeanschicht die Meeresoberflächentemperatur sowie die Lufttemperatur erhöht werden“, sagte Frouin.
Wie Sarmiento bemerkt, bezieht Phytoplankton den größten Teil seines Kohlendioxids aus den Ozeanen, nicht aus der Atmosphäre.
„So ziemlich das gesamte Kohlendioxid, das vom Phytoplankton aufgenommen wird, stammt aus der Tiefe des Ozeans, genau wie Nährstoffe, wo Bakterien und andere Organismen es produziert haben, indem sie die organische Substanz atmeten, die von der Oberfläche sank“, sagte Sarmiento.