Wissenschaftlicher Hintergrund

Sedimentfallenbergung an Bord von RV Meteor während Expedition M140 FORAMFLUX. Video: J.-B. Stuut

Abbildung zeigt — Die Positionen der Cape Blanc Sedimentfallenverankerungen.

Überblick

Das MARUM Kap-Blanc-Sedimentfallen-Observatorium wurde 1988 eingerichtet, um die Stoffflüsse in den produktiven Gewässern vor Kap Blanc in Mauretanien, Westafrika, zu untersuchen. Es bestand zu Beginn aus einer einzigen Verankerung mit manchmal nur einer, meist aber zwei Sedimentfallen mit Auffangtiefen von etwa 3500 m für die tief und zwischen 700 m und 1300 m für die flach angebrachte Sedimentfalle. Im Jahr 2003 wurde die Verankerung CB (für Cape Blanc) durch eine zweite Verankerung in flacherem, noch produktiverem Gewässer näher an der Afrikanischen Küste ergänzt. Diese Verankerung, CBi (i steht für innere), bestand ebenfalls aus zwei Sedimentfallen, die flachere in einer direkt mit CB vergleichbaren Tiefe von etwa 1300 m, die tiefere in etwa 1900 m Wassertiefe. Im Jahr 2013 wurde in der Nähe von CB eine autonome Staub-Sammel-Boje vom Königlich Niederländischen Institut für Meeresforschung (NIOZ) ausgesetzt. Diese Boje, mit Namen Carmen, sammelt hochauflösende meteorologische Daten und physikalische atmosphärische Staubproben aus der Sahara, ähnlich wie eine Sedimentfalle. Dieser integrierte Ansatz der Probenahme auf See bietet nicht nur die Möglichkeit, die Eigenschaften der Saharastaubpartikel zu untersuchen, sondern ermöglicht vor allem einen direkten Datenvergleich zwischen den terrigenischen Einträgen an der Meeresoberfläche und den Flüssen, die in den Sedimentfallen am selben Ort aufgefangen werden.

Insgesamt stellt das Kap-Blanc-Sedimentfallen-Observatorium eine der längsten kontinuierlichen Sedimentfallen-Zeitreihen weltweit dar und nähert sich nun Längen an, die eine quantitative Untersuchung dekadischer Veränderungen der Produktivität, des lithogenen Flusses und der Zusammensetzung des Meeresplanktons ermöglichen. Das Material und die Daten aus dem CBSTO stehen einem Konsortium von Forschern am MARUM (und über Kooperationen auch anderen Instituten) zur Verfügung und wurden bisher in Dutzenden von Publikationen verwendet, die ein breites Spektrum von Themen abdecken, wie z.B. die Variabilität des Stoffflusses in Bezug auf Masse und Zusammensetzung, Partikeladvektion, Sinkraten, Degradation oder Ballastierung. Insbesondere in einer Zeit, die von beispiellosen Umweltkrisen geprägt ist, dienen Sedimentfallenaufzeichnungen als wichtiger Indikator für Veränderungen.

Regionale Lage

Die Kap-Blanc-Region ist Teil des kanarischen Auftriebsökosystems und zeigt sowohl saisonal als auch ganzjährig in verschiedenen Unterregionen aktiven Auftrieb. Das dominierende Merkmal der Hydrographie des kanarischen Auftriebsökosystems ist die Kap-Verde-Front, die sich an der südlichen Grenze des Subtropischen Wirbels im Nordatlantik bildet. Der Kanarenstrom, der die östliche Grenze des Subtropischen Wirbels im Nordatlantik bildet, fließt in südwestlicher Richtung an der afrikanischen Küste entlang, bis er sich bei etwa 20° von der Küstenlinie löst und mit dem Nordäquatorialstrom verschmilzt. Die südwestlichen Passatwinde fördern den ganzjährigen Auftrieb zwischen 32° und 20° N mit ausgedehnten Filamenten und Wirbeln, die durch die geografische Heterogenität der Region verursacht werden. Südlich der Kapverdischen Front schwanken die Strömungen und die Intensität des Auftriebs jahreszeitlich aufgrund einer komplexen Wechselwirkung zwischen der ITCZ und der Verschiebung des nordäquatorialen Gegenstroms und einer anschließenden Kompression oder Dilatation einer Rezirkulationszelle und der Guinea-Kuppel. Der östliche Teil dieser Rezirkulationszelle südöstlich der Cabo-Verde-Inseln ist der nordwärts fließende Mauretanienstrom, der an der Kapverdischen Front nach Westen abgelenkt wird und sich als Cabo-Verde-Strom fortsetzt. Auftrieb und erhöhte Chlorophyllkonzentrationen an der Oberfläche in der Region südlich von Kap Blanc bei etwa 20° N sind von Dezember bis Mai zu beobachten und in der übrigen Zeit des Jahres praktisch nicht vorhanden. Das kanarische Auftriebsökosystem als Ganzes ist eine wichtige sozioökonomische, ozeanographische und klimatologische Region.

Exemplarische Forschungsthemen

Die bereits bestehenden und weiter fortgeführten Zeitreihen bieten vielfältige Möglichkeiten zur quantitativen und qualitativen Untersuchung von dekadischen Veränderungen verschiedenster Parameter, die mit den Stoffflüssen von der Meeresoberfläche in die Tiefsee verbunden sind.

Gesamtstofffluss, Zusammensetzung der Stofflüsse und ihre Variabilität

Zu den ersten und grundsätzlich durchegührten Analysen des aus den Sedimentfallen stammenden Materials gehört die Bestimmung der Gesamtmasse und der chemischen Zusammensetzung der Proben. Der Stofffluss vom Oberflächenozean zum Meeresboden besteht zu unterschiedlichen Anteilen aus organischem Material (Überreste planktischer Organismen und deren Ausscheidungen), Karbonat- und Silikatschalen planktischer Organismen und lithogenen Partikeln (Staub oder in hohen Breiten Sedimente, die beim Schmelzen von Meereis freigegeben werden). Sowohl die Gesamtmasse als auch die relativen Mengen dieser Komponenten in den Proben unterscheiden sich im Laufe eines Jahres und zwischen aufeinanderfolgenden Jahren erheblich. Jede dieser Komponenten kann detailliert auf ihre Zusammensetzung untersucht werden. Der lithogene Teil auf die einzelnen Mineralkörner und ihre wahrscheinliche Herkunftsquelle; die Schale der planktischen Organismen auf ihre taxonomische Zusammensetzung und die organische Substanz auf ihre detaillierte chemische Zusammensetzung.

Modifikation des Stoffflusses

Die meisten Arten von Material, sowohl organisches als auch anorganisches, erfahren beim Absinken durch die Wassersäule Veränderung. Organisches Material wird von Mikroorganismen abgebaut, Kalkschalen können beginnen, sich aufzulösen. Das Ausmaß der Veränderungen hängt zu einem großen Teil von der Sinkgeschwindigkeit der Partikel oder Aggregate ab; eine geringe Dichte führt zu längeren Verweilzeiten in der Wassersäule und in der Regel zu einem stärkeren mikorbiellen Abbau. Partikel oder Aggregate mit hoher Dichte sinken schneller und erreichen Zonen mit niedrigen Temperaturen, die die biologische Aktivität hemmen, und schließlich den Meeresboden schneller. Ein interessanter Aspekt des Materieflusses in den Ozeanen diebezüglich ist Ballastierung: Aggregate mit geringer Dichte aus Meeresschnee werden durch Partikel mit hoher Dichte ballastiert, wodurch sich die Sinkgeschwindigkeit des Aggregats erhöht und folglich auch die Gesamtmenge der vom Oberflächenozean in die Tiefsee übertragenen Masse vermehrt. Lithogene Partikel (Staub) und die Schalen von Planktonorganismen können als Ballast dienen.

Monatliche Klimatologie der fernerkundeten Chlorophyll-a-Konzentration in der Cape-Blanc-Region.