Eisendüngung kühlt Eiszeitklima

Eisen ist in einigen n?hrstoffreichen Ozeanen ein Mangelelement. Insbesondere im S¨¹dlichen Ozean rund um die Antarktis und in einigen Teilen des Pazifiks w?ren an sich gen¨¹gend Nitrat und Phosphat im Wasser gel?st. F¨¹r ein ausgepr?gtes Wachstum von Algen und anderem Phytoplankton fehlt heutzutage jedoch das lebenswichtige Eisen.

Das war nicht immer so. In der letzten Eiszeit erlebte der S¨¹dliche Ozean eine Algenbl¨¹te ¨C m?glicherweise dank einer verst?rkten Eisenzufuhr. Mit starken Winden wurde damals permanent Staub von der S¨¹dspitze S¨¹damerikas in dieses Meer verfrachtet. Das im Staub vorhandene Eisen beg¨¹nstigte das Algenwachstum, was der Atmosph?re Kohlendioxid entzogen haben d¨¹rfte: Die Algen bauten den Kohlenstoff in die Pflanzenmasse ein. Starben die Organismen ab, sanken sie auf den Meeresgrund, wo der Kohlenstoff schliesslich abgelagert wurde.

Umstrittene Hypothese gest¨¹tzt

Diesen Mechanismus beschrieb Ende der 1980er der Ozeanograph John H. Martin in seiner ?Eisenhypothese?. Diese war jedoch umstritten, nicht nur wegen ihrer ?praktischen? Umsetzung ¨C einige Forscher schlugen vor, Teile des Pazifiks als Massnahme gegen den Klimawandel mit Eisen zu d¨¹ngen, um der Atmosph?re CO₂ zu entziehen ¨C sondern auch, weil andere Forscher Hinweise fanden, die daf¨¹r sprachen, dass die Produktivit?t des S¨¹dpolarmeers w?hrend den Eiszeiten sogar kleiner als heute gewesen sein soll. Sie st¨¹tzten ihre Aussagen auf der Analyse der Verh?ltnisse bestimmter Isotopen, die sie aus Diatomeen isolierten und bestimmten.

Einem Forschungsteam unter der Leitung der ETH Z¨¹rich und der Princeton University mit Beteiligung weiterer Universit?ten ist es nun aber gelungen, Puzzleteile zu finden, die die Eisenhypothese festigen. In einer Studie, die soeben in der Fachzeitschrift ?Science? erschienen ist, zeigen sie auf, dass w?hrend der letzten Eiszeit tats?chlich massiv mehr Staub und damit Eisen vom S¨¹dzipfel S¨¹damerikas in den S¨¹dlichen Ozean verfrachtet wurde als heute.

Isotopen geben ¨¹ber Algenwachstum Auskunft

Um die Eisenhypothese zu ¨¹berpr¨¹fen, rekonstruierte die Forschungsgruppe anhand von Sedimentbohrkernen aus dem subpolaren S¨¹dozean das eiszeitliche Algenwachstum. Dar¨¹ber hinaus analysierten die Wissenschaftler auch die damit einhergehenden Ver?nderungen im Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf, denn diese ver?ndern sich bei starkem Planktonwachstum markant.

Ob und wie stark diese N?hrstoffe w?hrend der letzten Eiszeit durch die biologische Produktivit?t an der Wasseroberfl?che aufbraucht wurden, konnten die Wissenschaftler anhand von Stickstoffisotopen an einzelligen Mikroorganismen, sogenannter Foraminiferen, feststellen. Diese bauen das Stickstoff-Isotopenverh?ltnis im Gleichgewicht mit den damaligen Umweltbedingungen in ihr Skelett ein. Die fossilen ?berreste dieser Kleinstlebewesen lassen sich aus Sedimentbohrkernen gewinnen. F¨¹r ihre Studie verwendeten die Forschenden eine neue Analysetechnik, die an der Princeton University entwickelt wurde. Diese erlaubte es, die Zusammensetzung der Stickstoffisotope in kleinsten Sedimentmengen zu bestimmen.

Die Analysen zeigten den Forschenden eindeutig, dass die eiszeitliche Zunahme des Staubeintrags und des Algenwachstums mit einem st?rkeren Verbrauch von N?hrstoffen zusammenh?ngt. ?Dies spricht f¨¹r die Eisenhypothese und gegen andere Erkl?rungsmodelle?, sagt Erstautor Alfredo Martinez-Garc¨ªa, Postdoc in der Gruppe von ETH-Professor Gerald Haug. ?ber zwei Jahrzehnte nach John Martins vision?rer Studie h?tten sie nun weitere Indizien zusammentragen k?nnen, die die Eisenhypothese st¨¹tzten.

K¨¹nstliche Eisend¨¹ngung nicht machbar

Die Best?tigung der Eisenhypothese unterstreicht ¨¹berdies auch den grossen Effekt einer Algenbl¨¹te auf den CO₂-Gehalt der Atmosph?re: Die Eisend¨¹ngung sei ein grundlegender R¨¹ckkoppelungsmechanismus, mit dem die Forschung nun erkl?ren k?nne, weshalb die CO₂-Konzentration der Atmosph?re w?hrend der Eiszeiten ein Minimum erreichte, sagt Martinez-Garc¨ªa.

Diese Studie liefert auch eine neue Grundlage f¨¹r die Debatte dar¨¹ber, ob die CO₂-Konzentration mithilfe einer k¨¹nstlichen Eisend¨¹ngung von n?hrstoffreichen aber eisenarmen Ozeanen gesenkt und damit der Klimawandel gebremst werden kann. ?Unsere Daten zeigen auf, dass eine kontinuierliche Eisend¨¹ngung von grossen Ozeangebieten eine abwegige Idee ist, um die CO₂-Konzentration in der Atmosph?re zu senken. Sie ist in der Eiszeit zwar nat¨¹rlicherweise vorgekommen, aber in einem ganz anderen Massstab und unter anderen ozeanographischen Rahmenbedingungen?, so Gerald Haug. ?Diesen Vorgang k¨¹nstlich nachzustellen, ist allerdings weder technisch machbar noch sinnvoll, da er enorme Risiken f¨¹r das ?kologische Gleichgewicht der Ozeane birgt und rein quantitativ keine L?sung f¨¹r das menschgemachte CO₂-Problem darstellt.?

Im Laufe der letzten Eiszeit sank die CO₂-Konzentration in der Atmosph?re dank nat¨¹rlicher Eisend¨¹ngung im Laufe von Jahrhunderten um 40 ppm (parts per million). Zurzeit steigt die CO₂-Konzentration menschgemacht allerdings viel schneller: um zwei ppm pro Jahr. Der Effekt einer k¨¹nstlichen Eisend¨¹ngung w¨¹rde demnach nicht lange anhalten. Selbst wenn man eine Fl?che im subpolaren S¨¹dozean von der dreifachen Gr?sse der USA mit dem Spurenelement d¨¹ngen w¨¹rde, w¨¹rde man die Klimaerw?rmung lediglich um maximal 20 Jahre verz?gern. Tats?chlich w?re der Effekt aufgrund einer heute grundlegend andersartigen Ozeanzirkulation im polaren S¨¹dozean deutlich geringer als w?hrend der letzten Eiszeit.