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CArbon Production of under-ICE phytoplankton blooms in a changing Arctic Ocean

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Erkenntnisse zum Beitrag des Phytoplanktons bei der Kohlenstoffproduktion unter dem Eis ermöglichen eine bessere Vorhersage des Klimawandels

Die unter dem Namen Phytoplankton bekannten mikroskopisch kleinen Meerespflanzen machen im Arktischen Ozean dramatische Veränderungen durch. EU-finanzierte Forschende haben untersucht, welchen Einfluss die großen Blüten von Phytoplankton unter dem dünner werdenden Meereis auf den Kohlenstoffkreislauf und die Nahrungskette haben.

Klimawandel und Umwelt icon Klimawandel und Umwelt

Meereis vermindert die Wirkung der Sonneneinstrahlung stark. Es wird angenommen, dass das Phytoplankton, das die CO2-Speicherung im arktischen Meer fördert, nur im offenen Meer gedeiht, wenn sich das Meereis im Frühling zurückzieht. Die Entdeckung von großen Blütevorgängen des Phytoplanktons, das unter dem Meereis wächst, widerspricht dieser Annahme jedoch. Die Produktivität der Blüte von Phytoplankton unter Eis in eisbedeckten Regionen soll zehnmal größer sein als derzeit in Modellen angenommen, was auf große Unsicherheiten in den Vorhersagen des Klimawandels hinweist. Das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführte, EU-finanzierte Projekt CAP-ICE untersuchte das Vorkommen von Blütevorgängen des Phytoplanktons unter Eis sowie die physikalischen Mechanismen, die deren Entstehung und Produktivität steuern. Ziel war die genaue Quantifizierung, wie Blütevorgänge des Phytoplanktons unter Eis den arktischen Kohlenstoffkreislauf und das Klima beeinflussen.

Auswirkungen der Klimaerwärmung

CAP-ICE zielte darauf ab zu verstehen, warum, wann und wo diese Blütevorgänge des Phytoplanktons entstehen. „Solche Veränderungen können zu kaskadenartigen Auswirkungen auf diejenigen führen, die von diesen Ressourcen abhängen, wie Zooplankton, Fische und besonders indigene Gemeinschaften. CAP-ICE steht daher kurz vor der Aufdeckung von klimawandelbedingten Veränderungen und der gesellschaftlichen Relevanz für die im hohen Norden lebenden Gemeinschaften“, erklärt Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiat Mathieu Ardyna. Die Haupthypothese von CAP-ICE ist, dass Blütevorgänge des Phytoplanktons unter Eis im derzeitigen wärmeren Klima häufiger und produktiver sind als bei Blütevorgängen im offenen Meer. Dies ist auf die hohen Nährstoffkonzentrationen unter dem Meereis sowie auf die erhöhte Lichtdurchlässigkeit durch dünneres Meereis zurückzuführen. Um diese Theorie zu testen, untersuchten die Forschenden die optimalen Umweltbedingungen, die das Entstehen und den Umfang von Blütevorgängen des Phytoplanktons unter Eis steuern.

Beitrag von Satelliten und autonomen Plattformen

CAP-ICE kombinierte Erdbeobachtung, Modellierung und neuartige Technologieansätze mit mehreren panarktischen Expeditionen, um neue Feldbeobachtungen zu den Umweltbedingungen zu liefern, die Blütevorgänge des Phytoplanktons unter Eis steuern. Das Team entwickelte ein gekoppeltes, satellitengestütztes Meereis/Biogeochemie-Modell, das an die arktischen Gewässer unter dem Eis angepasst ist, und berücksichtigte den Kohlenstoffbeitrag von Blütevorgängen des Phytoplanktons unter Eis zum marinen arktischen Kohlenstoffkreislauf, um ein genaueres Bild zu erhalten. „Da Blütevorgänge des Phytoplanktons unter Eis für die Farbsensoren der Ozeane unsichtbar sind, wird die Entwicklung eines neuartigen Modells, das an Umgebungen unter dem Eis angepasst ist, die Quantifizierung des Beitrags von Blütevorgängen des Phytoplanktons unter Eis zum arktischen Kohlenstoffkreislauf ermöglichen“, erklärt Ardyna. Schließlich wird die kürzliche Einführung autonomer Roboterplattformen, bekannt als Biogeochemical-Argo-Floats, die erste Bewertung der Primärproduktion von Blütevorgängen des Phytoplanktons unter Eis und des Kohlenstoffexports im Arktischen Ozean und die Implementierung eines Biogeochemical-Argo-Arktis-Netzwerks unterstützen. Die Floats sind an die extremen Bedingungen der Arktis angepasst und beinhalten den Einsatz von Systemen zur Eisvermeidung. Andere autonome Plattformen sind Gleiter, an Eis gebundene Profiler und ferngesteuerte Fahrzeuge.

Wissenschaftliche Erkenntnisse

Das Projekt hat dazu beigetragen, die Wissenschaftsgemeinde mit dringend benötigtem Wissen über die Phytoplanktondynamik im Arktischen Ozean und möglichen neuen Richtungen für die Arktisforschung zu beliefern. CAP-ICE hat mit Hilfe moderner autonomer Forschungsplattformen herausgefunden, dass Phytoplankton-Blütevorgänge durch hydrothermale Schächte im Südpolarmeer induziert werden. CAP-ICE hat durch Expeditionen, Satelliten und moderne autonome Plattformen wesentliche Beiträge zum Verständnis der biogeochemischen Kreisläufe unter dem Eis geleistet. „Diese Arbeit wird in die europäische Strategie für weltweite Meeresbeobachtungen einfließen, die europäische Forschungsqualität verbessern und eine der großen gesellschaftlichen Herausforderungen angehen“, fasst Ardyna zusammen.

Schlüsselbegriffe

CAP-ICE, UIB, Meereis, Kohlenstoffkreislauf, Satellit, autonom, Arktischer Ozean, Blütevorgänge des Phytoplanktons unter Eis, Biogeochemical-Argo-Float

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