Produktivität der Ozeane sinkt mit zunehmender Hitzewelle im Meer

Der Ozean wirkt als Temperaturregler und Kohlenstoffsenke der Erde und absorbiert über 90 % der durch Treibhausgase gebundenen überschüssigen Wärme. Mit der zunehmenden globalen Erwärmung steigen die Temperaturen im Ozean, was die marinen Ökosysteme auf tiefgreifende Weise verändert. Eine neue Studie, die in Nature veröffentlicht wurde, zeigt einen beispiellosen Rückgang der Nettoprimärproduktivität (NPP) der Ozeane - der Grundlage der marinen Nahrungsnetze und der Kohlenstoffbindung - zeitgleich mit den Hitzewellen im Jahr 2023.

Die NPP bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der Phytoplankton und andere autotrophe Organismen anorganischen Kohlenstoff durch Photosynthese in organische Stoffe umwandeln. Auf der Grundlage von 21 Jahren Satellitendaten über die Farbe des Ozeans, die Temperatur und die Lichtverfügbarkeit haben Forscher des Louisiana Universities Marine Consortium, der University of Georgia und der Universität Bremen festgestellt, dass die globale NPP im April 2023 um 22 % unter den Mittelwert fällt und mit 2,76 Petamol Kohlenstoff pro Jahr den niedrigsten Wert in den Aufzeichnungen erreicht. Weitere Analysen ergaben, dass der stärkste Rückgang der NPP im September 2023 stattfand, als die Meeresoberflächentemperaturen (SST) während einer intensiven Hitzewelle auf dem Meer ihren Höhepunkt erreichten.

Die räumlichen Muster zeigten, dass der Rückgang der NPP in den äquatorialen Regionen des Atlantiks und des Pazifiks sowie im nördlichen Atlantik besonders ausgeprägt war - alles Gebiete, die mit überdurchschnittlichen SST-Anomalien zusammenfielen. Um diesen Zusammenhang zu erforschen, verglichen die Forscher Aufzeichnungen über die optimalen Temperaturen für die Photosynthese (Topt) der wichtigsten Planktongemeinschaften mit den beobachteten SST-Werten im September. Sie fanden heraus, dass Topt in 65 % der Ozeanfläche während dieses Zeitraums überschritten wurde, was darauf hindeutet, dass die hohen Temperaturen die NPP-Raten physiologisch beeinträchtigten.

Eine Aufschlüsselung der Daten nach ozeanografischen Zonen lieferte weitere Erkenntnisse. Die Oberflächengewässer im pelagischen Ozean - tiefe Gewässer fernab der Küsten - verzeichneten die deutlichsten NPP-Rückgänge. Die Analyse biogeochemischer Provinzen ergab Muster atypischer NPP-Rückgänge, die im April 2023 im äquatorialen Atlantik, im äquatorialen Pazifik und im subtropischen Wirbel des Nordatlantiks begannen. Im September 2023 fiel die NPP in diesen wichtigen Regionen um 23,8-30,2 % unter die langfristigen Durchschnittswerte, während die Temperaturen leicht um 2,5-4 % anstiegen.

Die Studie zieht Vergleiche mit dem starken El Niño von 2016 und stellt fest, dass die NPP in mehr Regionen im Jahr 2023 stärker zurückgeht. Die SST-Spitzenwerte waren im äquatorialen Pazifik bei beiden Ereignissen ähnlich oder höher, doch die Rückgänge der NPP waren gleich. Dies deutet darauf hin, dass 2023 ein zusätzlicher Mechanismus wie ein geschwächter Auftrieb die Nährstoffzufuhr beeinträchtigt hat. Angesichts der Tatsache, dass die SST in weiten Teilen des Ozeans inzwischen regelmäßig den Topt-Wert überschreitet, stellen marine Hitzewellen ein ernsthaftes Risiko für die Produktivität der Ozeane und den Kohlenstoffabbau dar, bis sich die Planktongemeinschaften angepasst haben.

An ihrem Tiefpunkt im April 2023 lag die globale NPP bereits 25 % unter den jährlichen Gesamtemissionen aus fossilen Brennstoffen - ein massiver Rückgang für Ozeansysteme, die für die globale Klimaregulierung entscheidend sind. Anhaltende Hitzewellen könnten die Auswirkungen der Nährstofflimitierung noch verstärken und die Zusammensetzung des Planktons so verändern, dass sich der Kohlenstoffexport verändert. Da die Erwärmung der Ozeane auf Jahrhunderte festgeschrieben ist, wird sich ein anhaltender Rückgang der NPP auf die marinen Nahrungsnetze auswirken und die CO2-Absorptionskapazität des Ozeans verringern, was den Klimawandel beschleunigt. Da sich die Hitzewellen im Meer verstärken, ist die Überwachung der Primärproduktion im Zusammenhang mit dem steigenden CO2-Gehalt in der Atmosphäre für die Vorhersage künftiger Veränderungen der Bewohnbarkeit der Erde unerlässlich.

Insgesamt zeigt diese umfassende Analyse von Satellitendaten einen noch nie dagewesenen Rückgang der Meeresproduktivität, der durch die anomale Wärme der Hitzewelle 2023 verursacht wird. Der Ozean absorbiert über 90 % der überschüssigen anthropogenen Wärme, aber seine Fähigkeit, als Klimaregulator zu wirken, hängt vom Gedeihen des Phytoplanktons ab. Da weltweit heißere Bedingungen in den optimalen Temperaturbereich vordringen, unterstreicht der Rückgang der NPP die dringende Notwendigkeit, die Treibhausgasemissionen einzudämmen und die Rolle des Ozeans im globalen Kohlenstoffkreislauf zu sichern.

Hinweis(e)

1. Rückgang der Nettoprimärproduktion im Ozean im Zusammenhang mit der Hitzewelle 2023 Marshall W. Bowles, Samantha B. Joye, Michael Schulz, Matthias Zabel und Kai-Uwe DOI: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-4014371/v1

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