Im antarktischen Weddellmeer trägt dichtes Wasser, das zu Antarktischem Bodenwasser absinkt, gelöstes organisches Material fast unverändert in die Tiefsee, obwohl auf dem Kontinentalschelf darüber das Phytoplankton gedeiht. Ein internationales Team, zu dem das Alfred-Wegener-Institut (AWI) gehört, hat das Ergebnis am 10. November 2026 in Nature Communications veröffentlicht. Weil das Wasser 6 bis 12 Jahre auf dem Schelf verweilt, wird frisch gebildetes organisches Material wohl von Mikroben abgebaut, bevor es den Schelf verlassen kann.
Warum ist Antarktisches Bodenwasser ein Tor für Kohlenstoff in die Tiefsee?
Antarktisches Bodenwasser ist das kälteste und dichteste Wasser der Weltmeere und eine der volumenreichsten Wassermassen. Wenn Meereis entsteht, wird der Großteil des Salzes aus dem Eis ausgeschieden, und zurück bleibt kaltes, salziges, schweres Wasser (Pressemitteilung der Universität Hokkaido, 2022). Im Weddellmeer steigt Tiefenwasser aus dem Norden auf den Schelf, wird auf diese Weise dichter und sinkt in die Tiefsee ab. Der im Wasser gelöste Kohlenstoff sinkt mit, sodass der Schelf als Eingang für Kohlenstoff in die Tiefsee dient.
Die Zusammenfassung des Artikels nennt, dass das Volumen des Antarktischen Bodenwassers mit dem Klimawandel abnimmt und die Hälfte davon im Weddellmeer entsteht. Kohlenstoff, der die Tiefsee erreicht, bleibt für Jahrhunderte von der Atmosphäre abgeschlossen, weshalb weniger Bodenwasser die Kohlenstoffspeicherung in der Tiefe beeinflussen könnte. Das Team wollte prüfen, ob die intensive biologische Aktivität, auf die das Wasser vor dem Absinken auf dem Schelf trifft, den mitgeführten Kohlenstoff verändert.
Was hat das Team gemessen?
Der größte Speicher organischen Kohlenstoffs im Ozean ist gelöstes organisches Material, ein Gemisch aus Zehntausenden im Meerwasser gelösten Verbindungen. Das Team untersuchte es in Meerwasser von zwei Fahrten des AWI-Forschungseisbrechers Polarstern.
| Punkt | Einzelheiten |
|---|---|
| Proben | Wasser aus dem südlichen Weddellmeer, gesammelt von der Polarstern (Expeditionen 2016 und 2021) |
| Molekulare Zusammensetzung | Geräte des Instituts für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg |
| Alter des Kohlenstoffs | MICADAS-Anlage (Mini Carbon Dating System) des AWI |
| Anteil, dessen molekulare Eigenschaften untersucht wurden | Per Festphasenextraktion gewinnbares gelöstes organisches Material (SPE-DOM), laut Zusammenfassung |
MICADAS bestimmt das Alter von Kohlenstoff anhand von Radiokarbon. Die Radiokarbondatierung spielte auch in unserem Beitrag über verborgene Erdbebenlagen im Schlamm des Kumano-Trogs eine Rolle. Erstautor Dr. Gonzalo V. Gomez-Saez arbeitete früher am AWI und leitet heute eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe der DFG an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU).
Warum hinterlassen die Planktonblüten kaum eine Spur?
Dichtes Wasser bleibt im Weddellmeer 6 bis 12 Jahre auf dem Schelf und zirkuliert in dieser Zeit auch in der Kaverne unter dem Filchner-Ronne-Schelfeis. Nach Ansicht des Teams wird frisch an der Oberfläche gebildeter Kohlenstoff während dieses langen Aufenthalts von Mikroben abgebaut und zu gelöstem anorganischem Kohlenstoff, bevor das Wasser den Schelf verlässt. Diese Erklärung antwortet auf ein Ergebnis, das den Erwartungen widersprach. Wegen der intensiven saisonalen Phytoplanktonblüten auf dem Schelf erwartete man, dass frisches, leicht abbaubares organisches Material eine molekulare Spur im absinkenden Wasser hinterlässt. Gemessen wurde jedoch, dass sich Menge und Zusammensetzung des gelösten organischen Materials auf dem Weg in die Tiefsee kaum verändert hatten.
„Unsere Studie zeigt, dass die molekularen Eigenschaften des gelösten organischen Materials bei der Tiefenwasserbildung im südlichen Weddellmeer erhalten bleiben.“
— Gonzalo V. Gomez-Saez (LMU München, Erstautor)
Die Zusammenfassung folgert daraus, dass die vorherrschende Signatur des per Festphasenextraktion gewinnbaren gelösten organischen Materials (SPE-DOM) im Weddellmeer-Tiefenwasser schon feststeht, bevor sich das dichte Wasser vom Schelf mit wärmerem Wasser von außerhalb des Schelfs mischt.
Wie viel Kohlenstoff gelangt jedes Jahr aus dem Weddellmeer ins Antarktische Bodenwasser?
Die Zusammenfassung schätzt, dass jährlich 0,155 ± 0,03 Petagramm Kohlenstoff aus dem Weddellmeer ins Antarktische Bodenwasser gelangen. Ein Petagramm entspricht 1 Milliarde Tonnen, also sind das rund 155 Millionen Tonnen. Die Schätzung betrifft nur den Eintrag aus dem Weddellmeer ins Antarktische Bodenwasser, nicht den gesamten Ozean. Die Zahl steht nicht in der Pressemitteilung des AWI, sondern nur in der Zusammenfassung.
Die Zusammenfassung handelt vom gelösten organischen Material, lässt aber offen, ob sich die 0,155 Petagramm nur auf gelösten organischen Kohlenstoff beziehen oder auch andere Formen von Kohlenstoff einschließen. Den vollständigen Artikel konnten wir nicht beschaffen und dies daher nicht prüfen. Laut Zusammenfassung wurden die molekularen Eigenschaften an dem Anteil untersucht, der sich per Festphasenextraktion aus dem Meerwasser gewinnen lässt (SPE-DOM).
Was ändert sich, wenn die Erwärmung den antarktischen Schelf erreicht?
Laut Pressemitteilung hängt die Antwort von der Form des Kohlenstoffs ab. Nach Formen geordnet ergibt sich folgendes Bild.
| Form des Kohlenstoffs | Was die Studie zeigt | Reaktion auf Erwärmung (Pressemitteilung) |
|---|---|---|
| Gelöstes organisches Material | Menge und Zusammensetzung ändern sich auf dem Schelf kaum | Möglicherweise weitgehend unberührt |
| Zum Meeresboden sinkende organische Partikel | Hier nicht untersucht | Möglicherweise stärkere Reaktion |
| Gelöster anorganischer Kohlenstoff | Frisches organisches Material wird wohl in diese Form remineralisiert | Möglicherweise stärkere Reaktion |
Partikel und anorganischer Kohlenstoff könnten stärker auf Veränderungen von Temperatur, Meereis und Meeresleben reagieren. Zum Speicher an gelöstem organischem Material sagt Dr. Moritz Holtappels, Biogeochemiker am AWI:
„Die globale Erwärmung erreicht inzwischen die antarktischen Schelfmeere. Wenn der große Speicher an gelöstem organischem Material von den Prozessen auf dem Schelf kaum beeinflusst wird, deutet das darauf hin, dass dieser Kohlenstoffspeicher in dieser Region vom Klimawandel weitgehend unberührt bleiben könnte.“
— Moritz Holtappels (Biogeochemiker, AWI)
Wie sich Kohlenstoff im antarktischen Winter durch das Südpolarmeer bewegt, soll eine für 2028 geplante Polarstern-Expedition ins Weddellmeer untersuchen. Die Pressemitteilung ordnet die Fahrt in Vorhaben wie Antarctica InSync ein, eine internationale Initiative zur Erforschung der sich rasch wandelnden Antarktis. Mitgeleitet wird sie von Prof. Dr. Alexander Haumann, Ozeanograph am AWI und an der LMU München und Mitautor des Artikels.
Wie hängt das mit der japanischen Antarktisforschung zusammen?
Antarktisches Bodenwasser entsteht nur an wenigen Orten. Eine Pressemitteilung der Universität Hokkaido aus dem Jahr 2022 nennt das Rossmeer, das Weddellmeer und die Küste vor Adélieland als die drei großen Bildungsgebiete. 2013 beschrieb eine Forschungsgruppe um Professor Keiichiro Ohshima von der Universität Hokkaido in einer gemeinsamen Mitteilung mit der Tokyo University of Marine Science and Technology und dem National Institute of Polar Research das Meer vor Kap Darnley, 1.200 km östlich der japanischen Station Syowa, als viertes Bildungsgebiet. Laut derselben Mitteilung macht Wasser, das aus Antarktischem Bodenwasser hervorgeht, 30 bis 40 % des gesamten Meerwassers der Erde aus.
Die neue Studie hat untersucht, was eines dieser Bildungsgebiete, das Weddellmeer, in Form von organischem Material in die Tiefsee schickt. Wenn die lange Verweilzeit auf dem Schelf der Grund dafür ist, dass die Signatur verschwindet, bleibt die Frage, ob Gebiete mit anderer Verweilzeit andere Ergebnisse liefern. Ob auch das organische Material im Bodenwasser vor Kap Darnley unverändert bleibt, dazu sagen weder die Zusammenfassung noch die Pressemitteilung etwas. Ein weiteres Beispiel dafür, dass Tiefseegemeinschaften enger an Wassermassen als an die Tiefe gebunden sind, beschrieben wir in unserem Beitrag über Tiefseeschwämme und -korallen vor Alaska.