In den Proceedings der US-amerikanischen Akademie der Wissenschaften (PNAS) berichtet ein internationales Forscherteam von überraschenden Vorgängen im Ozean: Als sich die Erde am Ende der letzten Eiszeit erwärmte, nahmen die Wachstumsraten des pflanzlichen Planktons im Nordost-Pazifik ab. Dennoch wurde mehr Überreste der mikroskopisch kleinen Pflanzen am Meeresboden abgelagert. In ihrem Artikel klären die Forscher das scheinbare Paradoxon auf und zeigen seine Bedeutung für unsere Klimazukunft auf.

Mikroskopisch kleine pflanzliche Meeresorganismen wie etwa Kieselalgen nutzen das im Ozeanwasser gelöste Kohlenstoffdioxid und wandeln es in organisches Material, also in Biomasse um. Wenn das Plankton abstirbt und deren Überreste zum Meeresboden absinken, ist das darin gebundene Treibhausgas Kohlenstoffdioxid langfristig in Hinblick auf die Klimaerwärmung neutralisiert. "Überraschenderweise mussten wir jetzt feststellen, dass es Zeiten gab, in denen die Erde sich erwärmte und verstärkt organisches Material am Ozeangrund abgelagert wurde, obwohl das Pflanzenwachstum an der Meeresoberfläche zurück ging", sagt PNAS-Koautor Prof. Alan Mix von der US-amerikanischen Oregon State University. Zumindest gelte dies für das Ende der letzten Eiszeit im Nordost-Pazifik.

Die portugiesische Meeresforscherin Dr. Cristina Lopes, Erstautorin der PNAS-Studie, und Prof. Michal Kucera vom MARUM entdeckten dieses scheinbare Paradoxon, indem sie die Produktivität des Planktons mit einem methodischen Ansatz berechneten, der oft im Finanz- und Versicherungssektor angewendet wird: der Methode der künstlichen neuronalen Netze.

"Bisher war es üblich, die Konzentration von organischem Material in Meeresablagerungen zu messen, um daraus auf die Produktivität der Ozeanregion zu schließen", sagt MARU-Forscher Michal Kucera, seit 2012 Professor für Mikropaläontologie und Paläozeanografie an der Universität Bremen. "Wir wenden jetzt einen mathematischen Algorithmus an, der komplexe Zusammenhänge durch selbstständiges Lernen erfasst: In diesem Fall die Häufigkeit bestimmter Kieselalgenarten und die Produktivität der Meeresregion." Die so gefundenen Zusammenhänge hat das Forscherteam dann auf Sedimentproben übertragen, die vor der Küste Oregons im Nordost-Pazifik gewonnen wurden und die natürliche Erwärmung am Ende der letzten Eiszeit dokumentieren.

Demnach wurde während der Eiszeit das im Phytoplankton gebundene Kohlenstoffdioxid weitestgehend im oberen Stockwerk des Ozeans wiederverwendet und daher weniger Kohlenstoff zum Meeresgrund "exportiert". Als sich Atmosphäre und Ozean nach dem Ende der letzten Eiszeit erwärmten, erlahmte die Produktivität des Phytoplanktons. Doch jetzt dominierten relativ größere Kieselalgen das Ökosystem im Nordost-Pazifik. Nach jeder Algenblüte sanken die größeren und damit schwereren Organismen schneller zum Meeresboden, wo sie durch rasche Einbettung im Sediment besser erhalten blieben. So konnte trotz geringerer pflanzlicher Produktivität mehr Kohlenstoff am Meeresboden abgelagert werden.

"Der Weltozean nimmt etwa ein Drittel des vom Menschen produzierten Kohlenstoffdioxids auf und dämpft damit den Anstieg des Treibhausgases in der Atmosphäre", sagt Michal Kucera. "Unsere Studie zeigt aber, dass wir über die Rolle des Planktons bei der Entnahme von Kohlenstoffdioxid aus dem Ozean und über unsere Modelle des ozeanischen Kohlenstoffkreislaufs möglicherweise neu nachdenken müssen. Denn zwischen pflanzlicher Produktivität im Meer und dem am Meeresboden abgelagerten Kohlenstoff besteht keine einfache, lineare Beziehung wie bisher oftmals angenommen."