Die Ozeane

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Der Einfluss von Eisen und Staub auf das Klima

Die Gegenwart von Eisen sowohl im Seewasser als auch in der Atmosphäre beeinflusst unser Klima. In der Atmosphäre streuen eisenhaltige Partikel das Sonnenlicht zurück und bewirken so eine Abkühlung. Das Eisen in diesen Partikeln trägt dazu bei, dass Sulfat-Aerosole gebildet werden. Auch sie streuen das Sonnenlicht zurück und lösen eine Wolkenbildung aus. Indem es das Wachstum von Phytoplankton beeinflusst, wirkt Eisen sich auf die Fähigkeit des Ozeans aus, das wichtige Treibhausgas Kohlendioxid aufzunehmen.

In der Atmosphäre

Schon bevor der Staub das Seewasser erreicht, beeinflusst er unser Klima. Staubpartikel in der Atmosphäre streuen das Sonnenlicht zurück und verursachen eine Abkühlung der Erdoberfläche, da die Energie der Sonne den Boden nicht mehr erreicht. Chemische Reaktionen des Eisens mit schwefelhaltigen Substanzen in der Luft führen zur Bildung von Sulfataerosolen (Aerosole sind Partikel oder nicht-wässrige Flüssigkeitstropfen in der Luft). Die Aerosole haben  eine zweifache Bedeutung. Sie streuen Sonnenlicht direkt zurück, sie dienen aber auch als Keime der Wolkenbildung (engl.: CCN = cloud condensation nuclei). Solche Wolkenbildungskeime sind sehr kleine Aerosolteilchen, die erforderlich sind, damit eine Wolke zu wachsen beginnt. Auch Wolken über den Ozeanen kühlen den Planeten durch Rückstrahlung von Sonnenlicht in den Weltraum, wenngleich dieser Effekt teilweise oder ganz durch die Absorption von Infrarotlicht ausgeglichen werden kann. Nähere Auskünfte gibt die Einheit 2 in ‚Wolken und Partikel' - Basis.

1. Schema der Bedeutung von Staub und Sulfataerosol im Klimasystem. CCN steht für ‚Wolkenkondensationskeim' - kleine Aerosole, die notwendig sind, um die Wolkenbildung auszulösen. DMS steht für Dimethylsulfid, ein schwefelhaltiges Gas, das von manchen Phytoplanktonarten produziert wird. Dieses Gas wird in der Luft zu Sulfataerosol umgewandelt. Sulfataerosol wiederum beeinflusst unser Klima.
Bild: Lucinda Spokes

Einmal im Seewasser ..

Da Eisen ein essentielles Spurenelement ist, sind die Eiseneinträge aus der Atmosphäre wichtig für das Wachstum des Phytoplanktons. Wir wissen, dass Phytoplankton während der Photosynthese Kohlendioxid aufnimmt und dass Kohlendioxid ein wichtiges Treibhausgas ist, das zur Erderwärmung beiträgt. Wir wissen auch, dass Phytoplankton, wenn es aus den Oberflächengewässern in die Tiefsee absinkt, diesen Kohlenstoff mit sich nimmt. So wird der Kohlenstoff dem System entzogen und CO₂ verschwindet aus der Atmosphäre in die Ozeane. Zusammen mit den physikalischen Prozessen, die CO₂ entfernen (siehe Einheit 1 - Basis), führt dies zu einer Senkung der Konzentration in der Luft und damit zu einer Reduzierung der Erderwärmung. Manche Phytoplanktonspezies erzeugen das schwefelhaltige Gas Dimethylsulfid (DMS), wenn sie wachsen. Tritt dieses in die Atmosphäre ein, so wird es zu Sulfataerosol oxidiert, streut Sonnenlicht zurück und löst Wolkenbildung aus (siehe Einheit 3, Basis und die Texte im Themenfeld ‚Wolken und Partikel'.

Die HNLC Regionen in den Ozeanen mit ihrem geringen Phytoplankton-Wachstum sorgen nun dafür, dass die Ozeane eine weitaus geringere CO₂ Senke sind, als wir es allein aus der Verfügbarkeit von Nitrat und Phosphat schließen würden. Ein Mangel an Eisen begrenzt insbesondere das Wachstum spezieller Phytoplanktonfamilien (sogenannte Diatome) mit einer großen Silikatschale. Durch ihre Größe können sie nach ihrem Absterben besonders leicht aus dem Oberflächenwasser in die Tiefsee absinken.

Der Mangel an Eisen beschränkt also die Menge an wachsendem Phytoplankton und so die erwartete Kohlendioxidaufnahme in den Ozeanen. Besonders das Wachstum der Diatome wird beeinträchtigt und so der biologische Austrag aus der Atmosphäre und die Speicherung in der Tiefsee reduziert.

Da die hinreichende Versorgung mit Eisen für das Phytoplanktonwachstum entscheidend ist und Phytoplankton so wichtig für unser Klima ist, schlug der Wissenschaftler John Martin vor, dass eine entsprechende Zufuhr von Eisen in den Mangelgebieten der Ozeane die Speicherung von Kohlenstoff in den Weltmeeren erhöhen würde. Hierdurch sollte sich das Ausmaß der Erderwärmung verringern. Sein berühmt gewordener Ausspruch war: "Gebt mir eine Tankerladung voll Eisen und ich gebe euch die nächste Eiszeit."

Im nächsten Abschnitt betrachten wir die Vor- und Nachteile einer entsprechenden Zufuhr von Eisen in den Weltmeeren als Mittel, unser Klima zu kontrollieren.

About this page:

author: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
1. sci. reviewer: Dr. Peter Croot - Institute for Marine Research, University of Kiel, Kiel - Germany.
2. sci. reviewer: Dr. Serge Despiau - Faculte des Sciences et Techniques, Universite de Toulon Var, La Garde - France.
last updated: 2003-11-05
translation: Elmar Uherek - 2004-06-30