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Rätsel um den Schnee im Meer

Überall in den Ozeanen sinken Reste abgestorbener Algen und Tiere in Form feiner Partikel zum Meeresboden. Mit diesem „Marine Snow“ gelangen große Mengen an Kohlenstoff in die Tiefe, was für das globale Klima eine wichtige Rolle spielt. Wie viel Kohlenstoff tatsächlich verschwindet, will der biologische Ozeanograph Dr. Klas Ove Möller künftig mithilfe von Kamerasystemen genauer abschätzen. Eine Hauptrolle spielen dabei Zooplankton-Organismen, die sich vom Marine Snow ernähren.

Partikel rieseln zum Meeresboden, der sog. Marine Snow

Partikel rieseln zum Meeresboden, der sog. Marine Snow (Foto: Andreas Neumann / HZG)

In den Ozeanen schneit es – täglich, ohne Unterlass. Milliarden feiner Partikel und Klümpchen rieseln permanent dem Meeresboden entgegen. Tiefseeforscher, die von ihren U-Booten aus das Dunkel der Ozeane mit starken Scheinwerfern erhellt haben, kennen dieses Phänomen schon seit Jahrzehnten. Schaltet man die Lampen an, leuchten die feinen Krümel hell auf.

Doch obwohl dieses submarine Schneegestöber schon so lange bekannt ist, weiß man wenig darüber. Klar ist, dass es sich bei diesem „Meeresschnee“ um biologische Abfallprodukte handelt – vor allem um abgestorbene Algen, Kotkrümel von Krebsen und andere Hinterlassenschaften der vielen Organismen, die nahe der Meeresoberfläche leben und sterben. Schon lange hat man versucht, diesen Schneefall genauer zu erforschen, doch die Beprobung dieser fragilen Teilchen ist äußerst schwierig.

„Dabei spielt der Marine Snow in den Meeren höchstwahrscheinlich eine größere Rolle als bislang angenommen“, sagt Dr. Klas Ove Möller, biologischer Ozeanograph am Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG). „Sowohl als Nahrung für Meerestiere als auch im weltweiten Kohlenstoffkreislauf.“

Eine Arbeitsgruppe für Meeresschnee

Dr. Klas Ove Möller hat im Herbst 2019 am HZG die Arbeitsgruppe „Marine Partikel und Plankton“ gegründet, mit der er in den nächsten Jahren genauer erforschen will, wie wichtig der feine Partikelregen für das Leben im Meer und auch für das globale Klima ist.

Weltweit versuchen Klimaforscher seit langem genau zu bilanzieren, wie viel des Treibhausgases Kohlendioxid die Meere aufnehmen. Kohlendioxid löst sich im Meerwasser. Und damit können die Ozeane eine große Menge des durch den Menschen freigesetzten Klimagases schlucken. Entscheidend ist aber, dass das Kohlendioxid in der Tiefe der Ozeane verschwindet, damit es der Atmosphäre für viele Jahrhunderte entzogen wird. Dazu trägt der Marine Snow bei: Wie die Pflanzen an Land nehmen auch die Mikroalgen im Meer, das Phytoplankton, Kohlendioxid auf. Sterben sie ab, sinken sie als Algenklümpchen in die Tiefe.

„Die entscheidende Frage ist, wie viel von dem Marine Snow tatsächlich am Meeresboden ankommt“, sagt Dr. Klas Ove Möller. „Denn beim Absinken wird ein Teil der abgestorbenen Biomasse wieder aufgefressen“, vor allem vom Zooplankton, von Kleinkrebsen und Fischlarven oder auch kleinen Quallen. Das Problem: Kaum ein Forscher hat das große Fressen am Marine Snow jemals genauer untersucht, um auch nur annähernd abschätzen zu können, wie viel von dem Bioabfall verputzt wird.

Ungeeignete Messverfahren

Das hat einen einfachen Grund: Bislang fehlte es an technischen Möglichkeiten, um zu beobachten, was sich am Marine Snow so tut. Zooplankton fischt man traditionell mit feinen Netzen oder mit Pumpen aus dem Meer. Unter dem Mikroskop werden die kleinen Tiere bestimmt und gezählt. Von den Wasserproben rechnet man dann auf die Gesamtmenge des Planktons im Wasser hoch.

Doch diese Verfahren sind ungenau. „Kleine Quallen zum Beispiel werden meist zerquetscht und lassen sich kaum zählen oder Fortsätze von Ruderfußkrebsen brechen bei der traditionellen Probennahme meist ab, was die Bestimmung der Art erschwert “, sagt Dr. Klas Ove Möller. „Und ob die Tiere tatsächlich Marine Snow oder andere Nahrung gefressen haben, lässt sich so überhaupt nicht ermitteln.“

Ruderfußkrebs Microsetella mit langem Fortsatz

Der Ruderfußkrebs Microsetella mit langem Fortsatz, der durch die traditionelle Probennahme lange im Verborgenen blieb. (Foto: Klas Ove Möller / HZG)

Zooplankter im Blitzlicht

Seit einiger Zeit gehen Forscher wie Dr. Klas Ove Möller deshalb einen anderen Weg. Sie setzen hochauflösende Unterwasserkameras ein, um vom Marine Snow Fotos zu schießen. Man könne damit einzelne Partikel genau analysieren und ihre Größe messen, sagt er. Mitunter lassen sich sogar die abgestorbenen Algen bestimmen. Selbst die winzigen Kotkrümel der Krebse werden sichtbar. Und natürlich sind auch die verschiedenen Zooplankter zu sehen, die sich auf den Partikeln tummeln. „Anhand der Fotos können wir ihre Art und auch die Menge bestimmen.“

Foto von Zooplankton und Marine Snow

Zooplankton und Marine Snow mit einer Unterwasserkamera fotografiert (Foto: Klas Ove Möller / HZG)

Freilandlabor im Fjord

Zusammen mit Wissenschaftlern von der Universität Tromsø in Norwegen, der DTU in Dänemark sowie dem MARUM in Bremen hat Dr. Klas Ove Möller im Balsfjord in Nordnorwegen genau ermittelt, wie viel Marine Snow das Zooplankton wegfrisst.

Der Balsfjord hat kaum Strömung und ist damit ein ideales Untersuchungsgebiet. So konnte das Team mit dem Kamerasystem die herabsinkenden Partikel perfekt fotografieren. Die Forscher stellten fest, dass eine Zooplanktonart hier besonders aktiv ist: die nur einen halben Millimeter lange Microsetella norvegica, ein kleiner Ruderfußkrebs.

Balsfjord in Norwegen

Der Balsfjord in Norwegen bietet ein ideales Untersuchungsgebiet (Foto: Klas Ove Möller / HZG)

Zum einen beobachteten die Forscher die Krebse in aller Ruhe im Labor: Sie vermaßen genau, wie viel Microsetella in einer bestimmten Zeit frisst. Dann nahmen sie die Unterwasserfotos sowie die physikalischen Eigenschaften des Meerwassers im Fjord auf. Von der Zahl der Tiere auf den Marine-Snow-Partikeln konnten sie dann hochrechnen, wie viel von dem Marine Snow die Tiere verspeisen: Während die Partikel absinken, fressen die Ruderfußkrebse etwa 20 Prozent des Marine Snows weg.

Damit hat das deutsch-dänisch-norwegische Team weltweit die erste konkrete Zahl über die Fraßaktivität von freilebenden Zooplanktern am Marine Snow überhaupt geliefert. Diese Zahl ist beachtlich und wichtig – vor allem auch für Klimamodelle, in denen die Kohlenstoffbilanz des Marine Snows bislang nur relativ ungenau berücksichtigt wird. „Sowohl der Marine Snow selbst als auch die Aktivität des Zooplanktons sind bislang völlig unterschätzt, weil man den Marine Snow bisher nur ungenau beprobt hat“, sagt Dr. Klas Ove Möller.

Ausbringen eines Messgeräts von Bord des Schiffes

Ausbringen eines autonomen Video Plankton Rekorders (DAVPR) (Foto: Klas Ove Möller)

Internationale Kooperation für einheitliche Daten

Zusammen mit mehreren Forscherteams aus anderen Ländern will er das ändern. Die Experten haben sich in der internationalen Arbeitsgruppe TOMCAT zusammengetan, die sich auf die Beobachtung von Marine Snow mit Kamerasystemen spezialisiert hat. Ein Ziel der Wissenschaftler ist, die Erfassung künftig zu vereinheitlichen, damit nicht unterschiedliche Verfahren ganz verschiedene Ergebnisse liefern.

Eine Schwierigkeit besteht zum Beispiel darin, von einem zweidimensionalen Foto auf die Größe von Marine-Snow-Partikeln und Zooplanktern im dreidimensionalen Raum – in einem Volumen – zu schließen. Die Experten arbeiten gemeinsam an Algorithmen, die die Bilder künftig automatisch auswerten – denn das spart sehr viel Zeit. Inzwischen können die Programme bereits recht zuverlässig Copepoden, Ruderfußkrebse, von Partikeln unterscheiden und diese zählen. Einzelne Arten aber können sie noch nicht genau genug identifizieren.

Das große Ziel: Echtzeit-Auswertung und Plankton-TV

Dr. Klas Ove Möller hat mit seinem Team sowie Partnern vom Alfred-Wegener- und Thünen-Institut in Bremerhaven gemeinsam ein neues Kamerasystem im vergangenen Jahr vor Helgoland getestet. „Wir haben viel Zeit investiert, um technische Fehler zu beheben“, sagt er. „Auch ist die Kameralinse immer wieder von Meereslebewesen, vor allem Algen und Seepocken, überwuchert worden. Jetzt aber sind wir soweit, das System langfristig einzusetzen.“

Taucher auf einem Schlauchboot

Tauchergruppe der AWI Kollegen vor Helgoland (Foto: Klas Ove Möller / HZG)

Im Mai soll vor Helgoland ein Langzeitversuch starten. Das Kamerasystem soll ein Jahr oder länger im Wasser bleiben und Bilder aufnehmen. Langfristig will Dr. Klas Ove Möller Marine-Snow- und Plankton-Daten live ins Labor übertragen, um sie in Echtzeit und automatisiert auszuwerten. „Ich stelle mir ein Plankton- und Partikel-TV vor, das in dieser Form künftig in verschiedenen Meeresgebieten oder auf Forschungsfahrten eingesetzt werden könnte und gleichzeitig jeder zu Hause diese fabelhafte Unterwasserwelt live via Internet entdecken kann.“

Den Einfluss der Meeresphysik verstehen

Mit seiner neuen Arbeitsgruppe will er in den kommenden Jahren auch klären, wie stark Meeresströmungen die Menge oder Verteilung des Marine Snows beeinflussen. Das können Strömungen sein, die Partikel von den Küstengewässern auf das Meer hinaustragen oder auch Meereswirbel, sogenannte Eddies, die überall in den Ozeanen auftreten und wie große Küchenmixer im Zeitlupentempo die Wassersäule durchrühren. Als biologischer Ozeanograph interessiert sich Dr. Klas Ove Möller auch für den Marine Snow als Lebensraum. „Wir wissen kaum etwas über die Lebensgemeinschaften auf den Partikeln, die Zusammensetzung der Arten – das ist noch völlig unerforscht und deshalb besonders spannend.“

Marine Snow transportiert Mikroplastik

Und auch für das Thema Mikroplastik spielt der Marine Snow möglicherweise eine große Rolle. Forscher fragen sich seit einiger Zeit, warum Mikroplastikpartikel in die Tiefe absinken, obwohl viele von ihnen eine geringe Dichte haben und im Wasser schweben. Da man schon öfter Mikroplastikpartikel entdeckt hat, die sich im Marine Snow verfangen haben, geht man davon aus, dass sie auf diesem Weg zum Meeresboden gelangen. Welche Ausmaße dieser Mikroplastiktransport hat, kann man aber erst abschätzen, wenn die Menge des Marine Snows besser bekannt ist. Kein Zweifel: Auf Dr. Klas Ove Möller warten in den kommenden Jahren noch viele spannende Fragen.

(Text: Wissenschaftsjournalist Tim Schröder)

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Dr. Klas Ove Möller
Dr. Klas Ove Möller

Arbeitsgruppe Marine Partikel und Plankton

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