Als Teil des Weltozeans ist der Nordatlantik eng mit der Atmosphäre und der Biogeosphäre verbunden und spielt eine wichtige Rolle für das Klima, das Leben und die Wirtschaft.
Die Ozeanzirkulation ist entscheidend für die Mäßigung des Klimas in Westeuropa. Sie erleichtert auch den globalen Kohlenstoffkreislauf, da die Bildung von Tiefenwasser im Nordatlantik für die Entfernung großer Mengen von CO2 aus der Atmosphäre verantwortlich ist. Die Ozeanränder sind die Heimat florierender Ökosysteme.
Der Nordatlantik wird jedoch zunehmend durch menschliche Aktivitäten bedroht. Dies stellt eine der größten Herausforderungen für unsere Gesellschaft in den kommenden Jahrzehnten dar.
Forschung zur Ozeanzirkulation
Der Nordatlantik stellt ein entscheidendes Glied in der globalen Ozeanzirkulation dar, wobei das lokale Oberflächenwasser absinkt und den Tiefseeförderer bildet.
NIOZ beherbergt ein Ozeanbeobachtungsnetz zur Untersuchung der Tiefenwasserbildung. Dazu gehört eine Reihe von Verankerungen in der Irminger See zwischen der Südspitze Grönlands und Island.
In diesem Gebiet trägt die winterliche Konvektion von abgekühltem Oberflächenwasser in tiefere Schichten nachweislich zur vertikalen Durchmischung und zum Wärmetransport im Ozean bei. Änderungen der Zirkulation wirken sich auch auf die gelösten Bestandteile und indirekt auf die in diesen Wassermassen lebenden Organismen aus.
Ozeanische Oberflächenproduktivität
Im Nordostatlantik besteht ein geographisches Süd-Nord-Gefälle, das von einem stark und dauerhaft geschichteten System in den (Sub-)Tropen bis zu einem saisonal geschichteten System in den gemäßigten Regionen reicht. Dieser Gradient ist ein ideales System, um zu untersuchen, wie Produktivität und Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften beeinflusst werden.
Ozeanische Klimamodelle sagen eine zunehmende Schichtung voraus, die die Nährstoffbegrenzung verstärkt und folglich eine Verschiebung der Phytoplanktongemeinschaft hin zu kleineren Arten bewirkt. Es werden eine verringerte Primärproduktivität und eine Veränderung des Anteils des Weidens durch Zooplankton und der viralen Lyse am Phytoplanktonverlust erwartet. Ob das Weiden oder die virale Lyse der vorherrschende Verlustfaktor ist, wird den Fluss von Kohlenstoff und Nährstoffen durch das Nahrungsnetz bestimmen, entweder zu den höheren trophischen Ebenen (Weiden) oder zu gelösten organischen Stoffen und erhöhter Aktivität des mikrobiellen Kreislaufs (virale Lyse).
Vorläufige Ergebnisse der NIOZ-Forschung zeigen, dass virale Lyse und Weiden im Allgemeinen etwa gleich wichtig sind. Der Anteil der viralen Lyse nahm jedoch mit der Schichtung in Richtung der Subtropen zu, was auf ein stärker regeneratives System hindeutet. Es wird erwartet, dass sich diese Situation auf nördlichere Breitengrade ausweitet, wenn die Schichtung aufgrund der Erwärmung der Meeresoberflächenschicht zunimmt. Dies wiederum wird auch Auswirkungen auf die Tiefsee-Ökosysteme haben.
Tiefsee-Ökosysteme
Im Gegensatz zur landläufigen Meinung beherbergen die tieferen Teile des Nordatlantiks einzigartige, florierende Ökosysteme, darunter Kaltwasserkorallenriffe, Schwammgründe und Gemeinschaften von Hydrothermalquellen.
NIOZ-Studien zeigen, dass diese Ökosysteme in großen Tiefen im dunklen und kalten Ozean gedeihen, wo das Nahrungsangebot begrenzt ist.
Tiefsee-Ökosysteme zeichnen sich nicht nur durch eine hohe Artenvielfalt und Biomasse aus und bieten Lebensraum für eine Vielzahl von Wirbellosen und Fischen, sondern bilden auch Hotspots der Kohlenstoffmineralisierung. Kaltwasserkorallen und Schwämme bilden Riffsysteme, die so groß sind wie die tropischen Riffe. Einzigartig ist, dass sie ohne Licht leben und für ihre Nahrungsversorgung auf die Primärproduktivität an der Meeresoberfläche angewiesen sind.
Ozeanchemie
Die Ozeanzirkulation bestimmt auch die Verfügbarkeit von Nährstoffen in der Oberflächenschicht und damit die biologische Produktivität. Das Leben im Ozean hängt vom Vorhandensein von Nährstoffen und Spurenmetallen ab, was das Funktionieren ganzer Ökosysteme beeinflusst.
NIOZ beteiligt sich an großen Projekten im Nordatlantik wie GEOTRACES, deren Ziel es ist, Prozesse zu identifizieren und Flüsse zu quantifizieren, die die Verteilung wichtiger Spurenelemente und Isotope im Ozean steuern. In enger Zusammenarbeit mit unserer NMF-Abteilung wurde das Reinstwasser-Probenentnahmesystem PRISTINE entwickelt, das es Wissenschaftlern ermöglicht, die extrem niedrigen Konzentrationen von Spurenmetallen zu messen, die in vielen Gebieten der Ozeane auftreten.
Flüsse und schmelzendes Meereis können den Ozean mit Nährstoffen und Spurenmetallen anreichern. Saharastaub, der mit den ablandigen Passatwinden über weite Strecken durch die Atmosphäre transportiert wird, ist ebenfalls ein potenzieller Dünger für den Ozean. NIOZ verfolgt den Staub aus der Sahara-Wüste über den gesamten Atlantik mit einer transatlantischen Reihe von verankerten Geräten.
Paläozeanographie
NIOZ arbeitet auch an der Analyse von Tiefsee-Sedimentkernen, um die geologische Vergangenheit zu rekonstruieren.
Heute enthalten die tiefsten Teile unserer Ozeane genug Sauerstoff, um eine große Vielfalt an großen Tieren zu beherbergen. In der Vergangenheit war dies jedoch anders, als ähnliche Bedingungen wie im Schwarzen Meer herrschten, mit einer weit verbreiteten anaeroben Bodenwasserschicht. Wie kam es zu solchen Kipppunkten und welche Folgen hatte dies für den atmosphärischen CO2-Gehalt und das Klima?
Auf glazial-interglazialen Zeitskalen hat der Nordatlantik durch Unterschiede im Wärmetransport und in der Tiefenwasserbildung eine wichtige Rolle als Modulator des Klimawandels gespielt. Studien an hochauflösenden Archiven der letzten Eiszeit haben gezeigt, dass rasche Veränderungen der nordatlantischen Zirkulation das Klima weltweit beeinflusst haben.