Durch die „Wasserwüste“ von Afrika nach Australien: Expedition SO308 untersucht Spurenelemente im Indischen Ozean

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 Eine internationale Forschungsexpedition unter
Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel ist mit dem
deutschen Forschungsschiff SONNE in den noch weitgehend unerforschten
Südindischen Ozean aufgebrochen. Dieses Meeresgebiet ist von großer
Bedeutung für das globale Klima und die Nährstoffkreisläufe im Ozean. Auf
der knapp achtwöchigen Fahrt von Afrika nach Australien wird das
Forscherteam untersuchen, wie Spurenelemente und ihre Isotope – darunter
lebenswichtige Mikronährstoffe wie Eisen, Kobalt, Kupfer und Zink – marine
Ökosysteme und ihre Fähigkeit zur CO₂-Aufnahme beeinflussen.

Der Südindische Ozean mit seinem großen nährstoffarmen Wirbel gilt als
oligotrophe Zone – quasi eine „Wasserwüste“ mit extrem geringen
Nährstoffkonzentrationen im Oberflächenwasser. Gleichzeitig treten
südwestlich von Madagaskar regelmäßig starke Phytoplanktonblüten auf, die
eine wichtige Rolle für die Produktivität des Ozeans und den
Kohlenstoffkreislauf spielen. Phytoplankton nutzt Spurenelemente wie Eisen
und Stickstoff für sein Wachstum und hilft so, CO₂ aus der Atmosphäre zu
binden. Auf einer Expedition von Mosambik bis nach Australien wird
erstmals im Detail untersucht, wie diese Mikro- und Makronährstoffe hier
in den Ozean gelangen, zirkulieren und für das marine Leben verfügbar
gemacht werden.

„Die Ergebnisse dieser Expedition werden unser Wissen über den
Südindischen Ozean erheblich erweitern und zeigen, wie diese Meeresregion
globale Kreisläufe und das Klima beeinflusst“, sagt Fahrtleiter Eric
Achterberg, Professor für Chemische Ozeanographie am GEOMAR Helmholtz-
Zentrum für Ozeanforschung Kiel.

Verteilung, Herkunft, Transport und Bedeutung von Spurenelementen

Die Expedition verfolgt vier zentrale Forschungsziele. Zum einen soll die
Verteilung und chemische Zusammensetzung von Spurenelementen und Isotopen
bestimmt werden. Dazu nimmt das Team Proben von der Wasseroberfläche bis
in Tiefen von 5.000 Metern, um den exakten Gehalt und die chemischen
Bindungsformen von Mikronährstoffen wie Eisen, Mangan und Zink sowie von
Isotopen wie Neodym, Thorium und Plutonium zu bestimmen.

Ein weiteres Ziel ist es, die Quellen dieser Spurenelemente zu
identifizieren: Durch den Eintrag von Staub aus der Atmosphäre, durch
kontinentale Zuflüsse wie den Sambesi, aus Meeressedimenten oder durch
hydrothermale Quellen aus der ozeanischen Kruste gelangt eine Vielzahl von
Spurenelementen in den Ozean. Die Wissenschaftler:innen wollen
untersuchen, welchen Anteil diese verschiedenen Quellen am gesamten
Spurenelementevorrat des Ozeans haben.

Ein dritter Schwerpunkt der Expedition liegt auf der Untersuchung des
Transports dieser Spurenelemente im Ozean. Mit Hilfe von chemischen
Tracern und ozeanographischen Messungen wird analysiert, wie die
Zirkulationsströmungen im Südindischen Ozean die Nährstoffe über weite
Strecken transportieren, bis sie schließlich das Oberflächenwasser
erreichen und dem marinen Nahrungsnetz zur Verfügung stehen.

Schließlich beschäftigt sich das Forscherteam mit der ökologischen und
klimatischen Bedeutung der Spurenelemente. Da Phytoplankton als Basis der
marinen Nahrungskette auf Mikro- und Makronährstoffe angewiesen ist, wird
die Expedition untersuchen, wie Nährstoffflüsse und Planktonaktivität
zusammenhängen und welche Rolle der Südindische Ozean als Kohlenstoffsenke
spielt.

Route der Forschungsreise: Von Durban nach Fremantle

Die Route führt das Forschungsteam zunächst von der Küste Mosambiks nach
Madagaskar und dann auf einer schnurgeraden Ost-West-Strecke von
Madagaskar nach Australien. An rund 50 Stationen werden die
Nährstoffquellen und Flüsse von Spurenelementen und Isotopen dokumentiert.
An insgesamt 15 so genannten Superstationen werden besonders aufwändige
Probenahmen durchgeführt. Hier kommen unter anderem In-situ-Pumpen zum
Einsatz, die Partikel direkt in verschiedenen Tiefen bis zu 800 Metern
filtern. Darüber hinaus werden an jeder Station Sedimentkerne entnommen.

„Der Südindische Ozean ist ein Schlüsselsystem für die globale
Tiefenwasserzirkulation und die Versorgung der oberflächennahen
Wasserschichten mit Mikronährstoffen,“ erklärt Professor Achterberg.
„Dennoch sind die Spurenelemente-Biogeochemie und die chemische
Ozeanographie in dieser Region unterrepräsentiert. Unsere Expedition wird
entscheidende Daten liefern, um die chemische Struktur und Dynamik des
Südindischen Ozeans besser zu verstehen und seinen Beitrag für das Klima
und die marine Nahrungskette einzuordnen.“

Expedition auf einen Blick:

Name: SONNE-Expedition SO308
Fahrtleitung: Prof. Dr. Eric Achterberg
Zeitraum: 31.10.2024-22.12.2024
Beginn und Ende: Durban (Südafrika) – Fremantle (Australien)
Fahrtgebiet: Südindischer Ozean
Wissenschaftliche Crew: 40 Wissenschaftler:innen aus 14 Nationen

Die Ausfahrt ist Teil des international koordinierten GEOTRACES-Programms.
Beteiligte Institutionen: GEOMAR, Constructor University Bremen, Leibniz-
Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT), Helmholtz-Zentrum Hereon,
Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Woods Hole
Oceanographic Institution, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
(ETH), International Atomic Energy Agency (IAEA) Monaco, Zhejiang
University, Stanford University, University of Chicago, University of
Tasmania, Universität Rostock.

Hintergrund Spurenelemente und Isotope
Spurenelemente und Isotope, englisch Trace Elements and Isotopes (TEI),
sind Stoffe, die im Meerwasser nur in geringen Konzentrationen vorkommen,
aber eine entscheidende Rolle im Ozean spielen: Einige sind wichtige
Nährstoffe für mikroskopisch kleine Organismen und beeinflussen
biogeochemische Prozesse. So benötigt zum Beispiel Phytoplankton
Spurenelemente wie Eisen für das Wachstum, was wiederum Auswirkungen auf
die gesamte Nahrungskette und die Fähigkeit des Ozeans hat, Kohlenstoff zu
binden. In der Wissenschaft werden Isotope von Elementen wie Thorium oder
Neodym als sogenannte Tracer (englisch trace = Spur) verwendet, um die
Bewegung von Wassermassen und Stoffkreisläufe im Ozean zu verstehen.