Ein Mantel für den Ozean – Mikrobenmatten beeinflussen Wärme- und Wasserhaushalt der Meere

Die riesige Oberfläche der Weltmeere können Wissenschaftler nur dank Satellitentechnologie beobachten: Der Blick von oben ermöglicht unter anderem zu beurteilen, welche Rolle die Ozeane im Wärme- und Wasserhaushalt und damit für das Klima auf der Erde spielen.

Dafür leiten Forscher aus Daten zum Salzgehalt an der Meeresoberfläche beispielsweise ab, wie stark es in einer bestimmten Region regnet. Vor allem in tropischen Regionen aber auch beispielsweise in der sommerlichen Ostsee bilden sich bei warmen, ruhigen Wetterlagen typische Ansammlungen von sogenannten Cyanobakterien, die eine Fläche von mehr als 1000 Quadratkilometer einnehmen können.

Die auf der Oberfläche treibenden fadenartigen Bakterien sind von einer gelartigen Substanz umgeben, die sich wie ein Film auf das Wasser legt. Die Matten – Experten sprechen von „Slicks“ – dämpfen Bewegungen und ändern die physikalischen Eigenschaften der Grenzschicht zwischen Wasser und Luft.

„Bislang wussten wir nicht, wie stark Cyanobakterien beispielsweise den Salzgehalt in den Slicks der Meere beeinflussen“, sagt Wurl. Das Problem sei, dass aus technischen Gründen oft erst ab einer Tiefe von zehn Zentimetern unterhalb der Wasseroberfläche gemessen werden könne. „Doch gerade Messungen direkt in den Oberflächenfilmen sind wichtig, um Satellitendaten mit vor Ort gewonnenen Daten abzugleichen“, erläutert der Meereschemiker.

Auf ihrer Expedition Ende 2016 in den tropischen Indopazifik mit dem US-amerikanischen Forschungsschiff Falkor konnten Wurl und seine Kollegen den möglichen Einfluss der Mikrobenmatten erstmals genauer messen. Dafür setzten sie einen eigens umgebauten Katamaran ein, der kontinuierlich Proben von den obersten hundertstel Millimetern des Meeres sammeln kann.

Zum Vergleich: Ein Menschenhaar ist zwischen einigen hundertstel und wenigen zehntel Millimeter dick. Der ferngesteuerte Katamaran arbeitet mit rotierenden Scheiben, an denen dank Oberflächenspannung der dünne Film der Meeresoberfläche hängen bleibt, per Wischer in Probengefäße befördert wird und so für Messungen, beispielsweise der Temperatur und des Salzgehalts, zur Verfügung steht. Mit Hilfe einer Infrarotkamera untersuchten die Wissenschaftler zudem die Temperatur in den obersten zwei hundertstel Millimetern. Das Vorkommen der Cyanobakterien bestimmten sie mittels molekulargenetischer Methoden.

Das Ergebnis: Die Meeresoberfläche in Gebieten mit Matten aus Cyanobakterien war bis zu mehrere Zehntelgrad wärmer und weniger salzhaltig als das darunterliegende Wasser und dort, wo sich die fädigen Mikroorganismen nicht angesammelt hatten.

Gleichzeitig war deutlich mehr organisches Material zu finden, mit dem die Mikroorganismen sich umgeben. Die Forscher nehmen an, dass die dichten Matten die sonst starke Verdunstung gerade in tropischen Meeresgebieten hemmen, wodurch der Salzgehalt im Vergleich zur Umgebung nicht steigt. Zudem bleibt auch der kühlende Effekt der Verdunstung aus.

Bisher gingen Wissenschaftler vor allem bei der Interpretation von Satellitendaten davon aus, dass weniger salziges Wasser vor allem auf Regen in der Region zurückzuführen ist. „Das heißt, dass die Slicks die Abschätzung, wo es geregnet hat, in die Irre führen“, betont Wurl. Um Satellitendaten auch künftig sinnvoll interpretieren zu können, sollten die Effekte der Mikrobenmatten daher noch stärker untersucht werden. Ähnliches könnte für die Oberflächentemperatur gelten, die Wissenschaftler ebenfalls mit Hilfe von Satellitenmessungen bestimmen. Auch hier sind genaue Daten wichtig, um regionale Änderungen des Wärmehaushalts und künftige Auswirkungen des Klimawandels abschätzen zu können.

Originalpublikation: Wurl, O., Bird, K., Cunliffe, M., Landing, W. M., Miller, U., Mustaffa, N. I. H. et al (2018). Warming and inhibition of salinization at the ocean's surface by cyanobacteria. Geophysical Research Letters, 45. doi:10.1029/2018GL077946

https://doi.org/10.1029/2018GL077946
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