Langzeitbeobachtung und Forschung am Ozeanboden

Er ist Umwelt- und Klimaarchiv, sensibles Ökosystem und wichtig für den globalen Kohlenstoffkreislauf: Der Ozeanboden erfüllt viele wichtige Funktionen. Im Exzellenzcluster „Der Ozeanboden – unerforschte Schnittstelle der Erde“ untersuchen Wissenschaftler:innen aus der U Bremen Research Alliance unter anderem Überreste des Meeresplanktons, die aus der lichtdurchfluteten Oberfläche zum Meeresboden gelangen. Sie offenbaren den Forschenden, wie sich der Klimawandel auf dieses Ökosystem auswirkt.

Endlich, da sind sie! Eine Reihe von orangen Bojen taucht aus der Tiefe des Wassers auf, tänzelt auf der Oberfläche, gar nicht weit entfernt vom Forschungsschiff „Meteor“. Die Treibkörper sind das obere Ende einer Vorrichtung, die auf 4.200 Metern mit einem Anker am Meeresboden befestigt gewesen ist. Fixiert an Ketten positionierte sie zwei Trichter in 3.500 und 1.500 Metern Tiefe – Sinkstoff-Fallen, mit denen das ganze Jahr über Proben des zum Meeresboden absinkenden Materials genommen wurden. Per akustischem Signal hatte die Besatzung die Konstruktion gelöst, eine gute Viertelstunde brauchten die Bojen bis an die Oberfläche.

„Das Observatorium ermöglicht uns, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität und Produktivität des Meeres über mehrere Dekaden zu untersuchen.“

Vor der mauretanischen Küste beim Cap Blanc nimmt die „Meteor“ die Sinkstoff-Fallen an Bord. Dies ist der Standort einer Einrichtung, von der Professor Dr. Michal Kucera sagt, sie sei ziemlich einmalig – dem Cap-Blanc-Observatorium. Aufgebaut wurde es 1988 auf Initiative von Professor Dr. Gerold Wefer, Gründungsdirektor des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen, einer Mitgliedseinrichtung der U Bremen Research Alliance. Zwei Verankerungen mit Sinkstoff-Fallen sind dort seitdem auf variablen Positionen dauerhaft vorhanden. Fast jedes Jahr steuert ein Forschungsschiff das Gebiet an, werden die Fallen an Bord geholt, die Proben geborgen, die Geräte gewartet und erneut auf dem Meeresboden verankert. Auch Partnerinstitutionen aus der U Bremen Research Alliance wie das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, nutzen die Einrichtung.

Die Region ist voller Leben. Aus der Tiefe steigt nährstoffreiches Wasser empor. Es trifft auf Saharastaub, den der Wind herüberträgt und der voller Spurenelemente steckt, die das Wasser zusätzlich düngen. Dadurch reagiert das Gebiet besonders empfindlich auf den Klimawandel und ist somit ein perfekter Standort für Langzeitbeobachtungen. Welche Partikel von der Wasseroberfläche erreichen zu den verschiedenen Jahreszeiten den Meeresboden? Was passiert beim Absinken? Wie ändert sich ihre Menge und Zusammensetzung?

„Das Observatorium ermöglicht es uns, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität und Produktivität des Meeres über mehrere Dekaden zu untersuchen. Somit können wir direkte Beobachtungen mit Datenreihen aus der Erdgeschichte verbinden, die in Sedimenten des Ozeanbodens gespeichert sind“, sagt Michal Kucera. „Der Ozeanboden ist eine einzigartige Quelle von Informationen. Wir nutzen sie, um Änderungen in der Vergangenheit zu entschlüsseln und so besser zu verstehen, was im Ozean künftig unter bestimmten Bedingungen passieren wird.“

71 Prozent der festen Erdoberfläche macht der Ozeanboden aus, im Durchschnitt befindet er sich 3.700 Meter unter dem Meeresspiegel. Von einer weitgehend unerforschten Schnittstelle im System Erde, einer empfindlichen Oase des Lebens, mit vielfältigen Funktionen für den Planeten spricht Kucera. „Dort finden Prozesse statt, die das Klimasystem, den globalen Kohlenstoffkreislauf und die biologische Produktivität des Weltozeans beeinflussen.“ Der Ozeanboden ist Archiv für Umwelt- und Klimaveränderungen, einzigartiger Lebensraum und bedrohtes Ökosystem in einem.

„Ich wollte mich fachlich weiterentwickeln. Und dafür war Bremen die richtige Stelle. In unserem Feld ist Bremen eine Größe; es ist ein Mekka der Meeresforscher.“

Der Mikropaläontologe und seine Kollegin, die Biologin Dr. Julie Meilland, erforschen das Plankton, also Kleinstlebewesen, die sich in den lichtdurchfluteten obersten Wasserschichten der Ozeane bilden. Sie bewegen sich nicht aus eigener Kraft fort, sondern lassen sich treiben. Nach dem Tod sinken die Planktonpartikel als mariner Schnee gen Boden – und werden auf dem Weg von den trichterartigen Sinkstoff-Fallen eingefangen. An deren unterem Ende sind 20 Flaschen auf einer Art Karussell installiert, das sich je nach Programmierung alle 20 oder 30 Tage um eine Position dreht und dabei eine Probe des absinkenden Materials nimmt. Dieses organische Material wird später in Laboren des MARUM und der Partnerinstitutionen untersucht.

Ein wichtiger Bestandteil des Planktons sind Foraminiferen, deren Kalkgehäuse sich am Meeresboden ablagern. Mithilfe von Überresten dieser planktonischen Einzeller lässt sich der Zustand des Planktons in vorindustrieller Zeit rekonstruieren. Vergleicht man die Zusammensetzung der Fossilien mit Material aus Sinkstoff-Fallen, zeigt sich, dass seit Beginn der Industrialisierung und dem damit einhergehenden Klimawandel ganze Artengemeinschaften des Planktons ihre angestammten Gebiete bereits verlassen haben. „Durch die Langzeit-beobachtung können wir die Einwanderung neuer Arten, das Verschwinden anderer und damit die Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität nachvollziehen“, sagt Kucera.

Und dann ist da noch die Sache mit dem Kohlenstoffkreislauf: Ein Teil des Planktons bindet Kohlendioxid und nimmt es mit auf den Meeresboden. Wie viel dieses Treibhausgases wird dort gespeichert? Und wie genau funktioniert der Transfer von Kohlenstoff von der Ozeanoberfläche bis zum Meeresboden? An dieser „biologischen Pumpe“ forscht Julie Meilland. Auch ihr Spezialgebiet sind die Foraminiferen und der Kohlenstoff, den sie in ihren Schalen am Meeresboden speichern.

Julie Meilland und Michal Kucera forschen im Exzellenzcluster „Der Ozeanboden – unerforschte Schnittstelle der Erde“. In diesem Verbund arbeiten Wissenschaftler:innen verschiedenster Disziplinen der Meereswissenschaften aus der Region Bremen zusammen. Unter ihnen befinden sich Forschende aus mehreren Einrichtungen der U Bremen Research Alliance, wie dem Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, dem Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, dem Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung und eben dem MARUM der Universität Bremen, unter dessen Dach der Exzellenzcluster angesiedelt ist.

Finanziert von Bund und Ländern sollen solche Cluster international sichtbare Spitzenforschung ermöglichen. Wer diesen Status erreichen will, muss gut sein, sehr gut sogar, denn der Wettbewerb um die Förderung ist intensiv. „Dass wir das geschafft haben, ist auch eine Bestätigung der gezielten, klugen und verlässlichen Unterstützung des Schwerpunktes Meereswissenschaften durch das Land Bremen“, meint Kucera. „Der große Vorteil des Clusters ist, dass wir uns langfristig auf unsere Forschung konzentrieren können, ohne alle zwei Jahre neue Förderungsanträge stellen zu müssen.“ Und er hilft, dringend benötigte und teure Infrastrukturen mitzufinanzieren, wie etwa das MARUM-Observatorium vor Cap Blanc oder Spezialgeräte, mit denen die Forschenden Bohrkerne aus dem Ozeanboden gewinnen.

Kucera, aufgewachsen weitab jeden Ozeanes in der Tschechoslowakei, kam über das Studium der Geologie zur Meeresforschung. Nach Promotion in Göteborg sowie Stationen in den USA, in England und Tübingen, wechselte er vor zehn Jahren nach Bremen. „Ich wollte mich fachlich weiterentwickeln. Und dafür war Bremen die richtige Stelle. In unserem Feld ist Bremen eine Größe; es ist ein Mekka der Meeresforscher.“ Nicht viel anders war das bei Julie Meilland, gebürtige Französin, die über Stationen in Norwegen und Frankreich nach Bremen kam.

2025 wird erneut über die Exzellenzstrategie und damit die Fortführung des Clusters entschieden. „Das Klima“, prognostiziert Kucera, „wird sich weiter ändern. Es wird sich schneller ändern. Umso wichtiger wird es sein, die Auswirkungen auf den Ozean und das Leben im Meer weiter zu beobachten und zu untersuchen.“ Je länger die Beobachtungsreihen werden, desto besser können die beobachteten Veränderungen zugeordnet, verstanden und prognostiziert werden. Das Cap-Blanc-Observatorium bietet dafür ideale Voraussetzungen.

Originalpublikation:

Impact – Das Wissenschaftsmagazin der U Bremen Research Alliance

In der U Bremen Research Alliance kooperieren die Universität Bremen und zwölf Forschungsinstitute der vier deutschen Wissenschaftsorganisationen sowie das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz – alle mit Sitz im Bundesland.

Das seit 2019 erscheinende Magazin Impact dokumentiert die kooperative Forschungsstärke der Allianz und ihre gesellschaftliche Relevanz. „Langzeitbeobachtung und Forschung am Ozeanboden“ wurde in Ausgabe 5 (Januar 2022) veröffentlicht.

https://www.uni-bremen.de/fileadmin/user_upload/sites/research_alliance/Impact_M…

Weitere Informationen:

http://www.marum.de