07.12.2010 Kohlenstofftransport im Meer

Kohlenstofftransport im Meer
Auf die Größe kommt es an: Das überraschende Verhalten poröser Flocken

Bremen, 7.12.2010

Im Rahmen einer Untersuchung von Transportprozessen im Meer sind Forscher des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie aus Bremen gemeinsam mit einem US-amerikanischen Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology auf einen interessanten Effekt gestoßen, der die Bilanzierung des Kohlenstofftransports wesentlich beeinflussen könnte. Die Wissenschaftler interessierte, wie schnell abgestorbenes organisches Material in Form von Flocken im Ozean versinkt. Da diese Flocken von Mikroorganismen besiedelt sind, die während des Absinkens einen Teil des Materials zu Kohlendioxid zersetzen, bestimmt die Sinkgeschwindigkeit die Menge Kohlenstoff, die die Tiefsee erreicht und über große Zeiträume gespeichert wird. Über ihre Ergebnisse berichten sie jetzt in den Proceedings of the National Academy of Science (DOI: 10.1073/pnas.1012319108).

Ähnlich wie Schwämme enthalten die Flocken (marine Aggregate) im Ozean nur einen sehr geringen Feststoffanteil und bestehen häufig zu über 95% ihres Volumens aus Wasser. Zudem sind die Wassermassen der Ozeane in Abhängigkeit von Temperatur und Salzgehalt geschichtet, d.h. die Wasserdichte steigt mit der Wassertiefe an. Durch ihre hohe Porösität, d.h. durch den hohen Anteil leichten Oberflächenwassers, können Flocken in diesen Schichtungen aufgehalten werden, bis ihre Dichte, durch Austausch der in den Poren gespeicherten Flüssigkeiten, groß genug wird, um weiter abzusinken.
Dr. Kindler vom Max-Planck-Institut betont, dass dieser Effekt bisher weitgehend vernachlässigt wurde, obwohl er seit einigen Jahren als Erklärung für ungewöhnlich scharf begrenzte Ansammlungen von Flocken, die in der Natur zu beobachten sind, diskutiert wurde.

Wie in dieser Studie durch eine Kombination von Laborexperimenten und mathematischer Modellierung jetzt zum ersten Mal gezeigt werden konnte, ist der Effekt wahrscheinlich weit wichtiger als bisher angenommen. Da die Flocken nicht durchströmt werden und die Anpassung des gespeicherten Wassers an die Umgebungsflüssigkeit im Wesentlichen durch Diffusion erfolgt, gilt: Je größer die Flocke, umso länger wird sie an der Zwischenschicht aufgehalten.
Prof. Arzhang Khalili vom Max-Planck-Institut sagt: ”Dementsprechend haben große Flocken wahrscheinlich eine viel höhere Verweilzeit in Bereichen, in denen sie von Mikroorganismen abgebaut werden können, als bisher angenommen. Diese neuen Erkenntnisse müssen in Zukunft berücksichtigt werden, um den Kohlenstofftransport im Ozean realistisch zu beschreiben, bzw. zu modellieren.“ „Je intensiver wir uns mit kleinskaligen Phänomenen beschäftigen, desto mehr entdecken wir, dass sie die entscheidenden Prozesse im Ozean steuern. Die Chancen einer nachhaltigen Nutzung der Ozeane hängen davon ab, wie gut wir diese Prozesse verstehen,“ sagt Prof.Roman Stocker vom Massachusetts Institute of Technology.

Manfred Schlösser

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Prof. Dr. Arzhang Khalili
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Originalartikel:
„Diffusion-limited retention of porous particles at density interfaces“ by Kolja Kindler, Arzhang Khalili, and Roman Stocker (2010). DOI:10.1073/pnas.1012319108.

Beteiligte Institute:
•Abteilung Biogeochemie, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
•Earth & Space Sciences Program, Jacobs University Bremen, Bremen
•Department of Civil and Environmental Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA