Einzigartige Barium-Datensätze verbessern unser Wissen über ozeanische Kohlenstoffspeicherung
Datensätze aus Eisbohrkernen lassen erkennen, dass das atmosphärische Kohlendioxid im Lauf der Zeit auf natürliche Weise variiert. Zu diesem Prozess trägt das Südpolarmeer stark bei, da es die natürliche Kohlenstoffspeicherkapazität beeinflusst. Zum Einen nimmt sein Tiefenwasser Kohlenstoff und Wärme aus der Atmosphäre auf und speichert diese. Außerdem übt es einen beherrschenden Einfluss auf die Verteilung der Nährstoffe in einem großen Teil der Weltmeere aus, wodurch wiederum die Struktur der Algenpopulationen und auf diese Weise die Kohlenstoffaufnahme reguliert werden. Dr. Kate Hendry von der University of Bristol hofft, anhand des BARIUM-Projekts (Barium cycling in Antarctic waters: Understanding present and past ocean processes) den Bariumkreislauf für die Erforschung des Ablaufs der Veränderungen der ozeanischen Kohlenstoffspeicher im Lauf der Zeit anwenden zu können. „Ich habe zusammen mit meinen Doktoranden Stephanie Bates und Kimberley Pyle daran gearbeitet, unter Einsatz innovativer Methoden und Instrumente einige der präzisesten und genauesten hochauflösenden Messungen von Barium in Meerwasser und in Carbonaten durchzuführen“, erklärt Dr. Hendry. „Unser einzigartiger Datensatz gestattet uns das Nachprüfen von Theorien darüber, auf welche Weise die Zirkulation des Südpolarmeers über mehrere Zeiträume hinweg mit dem globalen Klima verknüpft ist und wie der Nährstoffkreislauf auf den zukünftigen Klimawandel reagieren wird.“ Diese Erkenntnisse könnten sowohl für politische Entscheidungsträger als auch für die Industrie von großem Interesse sein. Die klimaempfindlichsten Gebiete Die Arbeit des Teams konzentrierte sich hauptsächlich auf die westliche Antarktische Halbinsel, die nicht nur auf globale Temperaturänderungen stärker als andere Gebiete der Region reagiert, sondern auch stark von komplexen, miteinander vernetzten, lokalen und regionalen Prozessen — seien es Meereis- und Gletscherdynamik bis hin zu ozeanischer und atmosphärischer Zirkulation — beeinflusst wird. „Diese Tatsache sowie die geringen Werte der vom Menschen verursachten Hintergrundbelastung machen die westliche Antarktische Halbinsel zu einem zentralen Ort für das Verständnis der Ozeanchemie“, betont Dr. Hendry. Das hinderte das Team jedoch nicht daran, seine Arbeit auf die Drakestraße und Proben aus weiter entfernten Gebieten auszuweiten. „Wir haben einen fantastischen Datensatz zu gelöstem Barium aus den zur westlichen Antarktischen Halbinsel und Drakestraße gehörenden Regionen des Südlichen Ozeans erstellt“, erklärt die Forscherin. „Unsere Resultate vom Schelfeisgebiet der Westantarktischen Halbinsel gewähren einen Einblick in die Prozesse (Sedimentlösung, Meereisprozesse, Ozeanzirkulation und Meeresbiologie usw.), welche die Bariumquellen und -senken im Meerwasser kontrollieren, und zeigen außerdem, dass es infolge der Veränderungen in diesen Prozessen eine beträchtliche Variabilität zwischen den Jahren gibt. Unsere Ergebnisse aus dem offenen Meer beweisen, auf welche Weise die physikalische Struktur der Fronten innerhalb des Südpolarmeers das Verhalten von Barium im Meerwasser beeinflusst. Diese Resultate geben uns Hilfestellung dabei, den Zusammenhang zwischen Barium, Nährstoffen und Kohlenstoffabbau im Südpolarmeer zu erkennen.“ Zudem rekonstruierte das Team Klimaaufzeichnungen aus der Vergangenheit, indem man Daten über sedimentäre Abfolgen des in Carbonatschalen einzelliger Organismen, sogenannten Foraminiferen, aus dem Südlichen Ozean eingefangenen Bariumgehalts verwendete. „Diese Archive liefern uns Informationen über Veränderungen im Bariumeintrag und über andere Aspekten der Ozeanchemie in der Vergangenheit. Wir haben erhebliche Unterschiede zwischen der Bariumkonzentration des Südpolarmeers heute und vor 125.000 Jahren, während der letzten Warmperiode (Zwischeneiszeit) vor der letzten Eiszeit, festgestellt“, teilt Dr. Hendry mit. Eisbohrkernaufzeichnungen belegen, dass dieser Zeitraum wärmer als die vorindustrielle Ära war und eine höhere atmosphärische Kohlendioxidkonzentration aufwies, was sie zu einem potenziellen Vergleichspunkt mit der in den nächsten Jahrzehnten zu erwartenden Erwärmung werden lässt. Dazu ergänzt die Wissenschaftlerin: „Unsere Ergebnisse haben Auswirkungen darauf, wie die Zirkulation des Südpolarmeers auf eine wärmere Welt reagieren kann, sowie auch auf unsere Prognosen zukünftiger Veränderungen.“ Ein weiteres zentrales Resultat des Projekts sind die ersten Barium-Isotopenmessungen für Foraminiferen und für Meerwasser im Äquatorialatlantik, die von enormem Wert für die Zunahme des wissenschaftlichen Verständnisses der die Bariumverteilungen im Meerwasser steuernden Prozesse sind und Hilfestellung bei der Interpretation von Bariumarchiven in Meeressedimenten leisten. Lehren gezogen und Pläne geschmiedet Insgesamt stecken in den Resultaten von BARIUM wertvolle Informationen darüber, wie Barium im Ozean zirkuliert und wie sein Verhältnis zur Biologie ist, d. h. wer und was im Ozean wo wächst, sowie über Nährstoff- und Kohlenstoffaufnahme. „Das bedeutet letztlich, dass wir besser nachvollziehen können, wie man in Meeressedimenten eingeschlossene Bariumarchive nutzen kann, um frühere Veränderungen in den Meeren in vom Klimawandel geprägten Zeiträumen zu interpretieren. Verstehen wird erst, wie das Meer in der Vergangenheit auf den Klimawandel reagiert hat oder gar Triebkraft für ihn war, können wir besser vorhersagen, was in der Zukunft passieren wird“, so Dr. Hendry. Für Dr. Hendry und ihr Team verspricht die Zukunft noch mehr Forschung und Entdeckungen. „Wie es bei den meisten wissenschaftlichen Forschungsvorhaben der Fall ist, haben unsere Ergebnisse noch mehr Fragen aufgeworfen“, erläutert sie. „Eine dieser Fragen betrifft die Rolle des Meereises im Bariumkreislauf und wo hier das Bindeglied zur Kohlenstoffaufnahme vorborgen ist. Im Rahmen einer neuen Zusammenarbeit mit Kollegen vom Norwegischen Polarinstitut konnten wir unser Projekt bereits auf die Arktis ausweiten. Gemeinsam führten wir 2015 eine Feldkampagne zur Untersuchung des Wintermeereises nördlich von Spitzbergen durch. Und sind bereits einige faszinierende Resultate aus diesem neuen Projekt bekannt. Also behalten Sie die Gegend im Blick!“
Schlüsselbegriffe
BARIUM, Barium-Isotopenmessungen, Klimawandel, Westantarktische Halbinsel, westliche Antarktische Halbinsel, Ozeanchemie, Meereschemie, Eisbohrkern
