Tief

Eine Übersetzung dieses Artikels wurde durch eine Partnerschaft mit Planeteando ermöglicht. Eine Übersetzung dieses Artikels wurde durch eine Partnerschaft mit Planeteando ermöglicht.

Als das Forschungs-U-Boot Alvin 1968 vor der Küste von Massachusetts sank, nahm es das Mittagessen der Besatzung mit. In Wachspapier eingewickelte Sandwiches, ein paar Thermoskannen Brühe und der ein oder andere Apfel kamen beim legendären Forschungsschiff zur Ruhe. Und zum Schock der Wissenschaftler, die später zurückkehrten, um das Wrack zu bergen, blieben sie dort – praktisch unberührt, obwohl sie fast ein Jahr lang mehr als einen Kilometer unter der Oberfläche lagen.

Ein Sandwich, das man auf der Arbeitsplatte liegen lässt oder das man einfach mal ins Meer wirft, kann glücklicherweise länger als ein oder zwei Tage haltbar sein, bevor es schlecht wird oder verschlungen wird. Warum also hat irgendetwas nicht das Mittagessen der Alvin-Crew gegessen?

Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der extreme Druck der Tiefsee den mikrobiellen Kohlenstoffabbau verlangsamt, den Prozess, der für den Verderb von Sandwiches und die Wiederverwertung von organischem Kohlenstoff zu Kohlendioxid verantwortlich ist, einem entscheidenden Schritt im Kohlenstoffkreislauf. Das Forschungsteam hinter der neuen Studie sagt, dass ihre Ergebnisse wichtige Auswirkungen auf die Kohlenstoffbudgets haben könnten, die in Klimamodellen verwendet werden, und auf zukünftige Geoengineering-Strategien, die die Speicherung von überschüssigem Kohlenstoff auf dem Meeresboden vorschlagen. Die Ergebnisse wurden in Nature Geoscience veröffentlicht.

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Seit Jahrzehnten fragen sich Wissenschaftler, ob der mikrobielle Kohlenstoffabbau in der Tiefsee unterdrückt wird. Doch die Beantwortung dieser scheinbar einfachen Frage hat sich als Herausforderung erwiesen.

Von der sonnenbeschienenen Oberfläche fallen Flachwassermikroben kontinuierlich in die Tiefsee. Diese unwilligen Eindringlinge würden den Kohlenstoff in der Tiefe vermutlich langsamer abbauen, weil sie sich nicht an den Druck angepasst haben.

„In der Tiefsee überleben diese Mikroben zwar kaum, aber wirklich wohl fühlen sie sich dort nicht“, sagt der Meeresmikrobiologe Gerhard Herndl von der Universität Wien.

Aber anderen Mikroben macht Druck überhaupt nichts aus. Einige werden sogar sterben, wenn sie dekomprimiert werden. Einige dieser druckliebenden Piezophilen scheinen einen großen Appetit auf organischen Kohlenstoff zu haben, was einige Wissenschaftler zu der Annahme veranlasst, dass die mikrobielle Aktivität in der Tiefsee tatsächlich recht hoch sein könnte – obwohl es möglich ist, dass Wissenschaftler bei der Beprobung dieser Gemeinschaften „nur isolieren“. das „Unkraut“, das schnell wächst“, sagte der Meeresmikrobiologe Douglas Bartlett von der Scripps Institution of Oceanography, der nicht an der neuen Studie beteiligt war.

Was alles noch komplizierter macht, ist die enorme technische Herausforderung, in der Tiefe zu arbeiten. Um eine Tiefseeprobe unter Druck zu halten, nachdem sie an die Oberfläche gebracht wurde, ist eine robuste Titankammer erforderlich, die Druckunterschiede aushält, die hundertmal größer sind als die zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Internationalen Raumstation.

„Das ist wirklich eine schwierige technische Aufgabe“, sagte Bartlett. Daher haben Wissenschaftler die Kohlenstoffabbauraten in der Tiefsee hauptsächlich in drucklosen Proben gemessen, die an die Oberfläche gebracht wurden.

Aber ohne eine Möglichkeit, Messungen unter natürlichen Tiefseebedingungen – Druck und allem – durchzuführen, ist es unmöglich zu wissen, ob die Beobachtungen, die Forscher in dekomprimierten Proben gemacht haben, widerspiegeln, was in der Tiefe vor sich geht.

Anstatt Tiefseeproben für Experimente an die Oberfläche zu bringen, brachten sie ihre Experimente in die Tiefsee.

Nachdem Herndl und seine Kollegen jahrelang versucht hatten, Druckkammern zum Laufen zu bringen, wählten sie einen anderen Ansatz; Anstatt Tiefseeproben für Experimente an die Oberfläche zu bringen, würden sie ihre Experimente in die Tiefsee bringen.

Zuvor hatten Forscher in Japan zusammen mit Herndls Gruppe ein Gerät entwickelt, das von einem Schiff aus abgesenkt werden kann, um Messungen unter Wasser durchzuführen. Das Gerät entnimmt eine Wasserprobe, führt ein Experiment durch und fügt der Probe dann eine spezielle Flüssigkeit hinzu, um sie zu „fixieren“, wodurch Mikroben genau so konserviert werden, wie sie in der Tiefsee waren. Anschließend wird die Probe zur Messung an die Oberfläche gebracht.

Im Pazifik, im Atlantik und im Südpolarmeer ergaben Experimente mit diesem Gerät, dass mikrobielle Gemeinschaften in 4.000 Metern Tiefe insgesamt etwa ein Drittel so schnell Kohlenstoff verbrauchten wie an der Oberfläche.

Etwa 85 % der Mikroben verbrauchten Kohlenstoff unabhängig von der Tiefe etwa gleich schnell, und nur etwa 5 % der Mikroben in Meerwasserproben waren druckliebende Piezophile. Die restlichen 10 % der Mikroben waren Druckhasser. Diese Gemeinschaften „reagieren enorm, wenn man sie vom Druck befreit“, und verbrauchen Kohlenstoff viel schneller als in der Tiefsee, sagte Herndl. Da diese Organismen bei Meeresoberflächendruck viel aktiver sind, seien frühere Schätzungen der Kohlenstoffabbauraten mikrobieller Gemeinschaften in der Tiefsee „wirklich stark überschätzt“ worden, fügte er hinzu.

Die Entdeckung könnte wichtige Auswirkungen auf Geoengineering und auf die Kohlenstoffbudgets haben, die Wissenschaftler zur Erstellung von Klimamodellen verwenden.

„Eine der Fragen unserer Zeit ist, was wir gegen die Auswirkungen des Klimas tun können.“

„Eine der Fragen unserer Zeit ist, was wir gegen die Auswirkungen des Klimas tun können“, sagte Bartlett. Das Pumpen von Kohlendioxid in die Atmosphäre treibt den Klimawandel voran und veranlasst einige dazu, kreative Lösungen zur Kohlenstoffspeicherung zu entwickeln. „Die Menschen denken darüber nach, mehr partikulären organischen Kohlenstoff in die Tiefsee zu bringen, um ihn dort zu vergraben und zu binden“, daher ist es wirklich wichtig, die Geschwindigkeit zu kennen, mit der Mikroben organischen Kohlenstoff in der Tiefsee abbauen“, sagte er.

Im Hinblick auf die CO2-Budgetierung, fügte Herndl hinzu, löst die Entdeckung ein seit langem bestehendes Problem. Frühere Schätzungen der Kohlenstoffabbauraten in der Tiefsee ergaben ein besorgniserregendes Missverhältnis: Der Vorrat an organischem Material, das von der Oberfläche herabsinkt, schien weitaus geringer zu sein als der Appetit der Tiefseemikroben auf diesen Kohlenstoff. Wenn die Budgets wirklich unausgeglichen seien, „dann verstehen wir offenbar nicht, wie die Tiefsee funktioniert“, sagte Herndl.

Aber die in dieser Studie gemessene neue, geringere CO2-Nachfrage stimmt genau mit dem Angebot überein. Die Diskrepanz scheine einfach eine Frage der Überschätzung der Kohlenstoffabbauraten in drucklosen Proben gewesen zu sein, sagten Herndl und Bartlett.

„Es scheint, als wäre das die Wunderwaffe gewesen – die Lösung, die mikrobiellen Ozeanographen all die Jahre entgangen war“, sagte Bartlett, „nicht die mikrobielle Aktivität unter den tatsächlichen Tiefseebedingungen zu messen.“

„Mikroben tragen bei weitem am meisten zur Kohlenstoffverarbeitung in der Tiefsee bei“, sagte Herndl. „Es macht also einen Unterschied, wenn man ein globales Kohlenstoffbudget [berechnet] … es macht einen Unterschied, ob man die mikrobielle Aktivität in der Tiefe richtig einschätzt oder nicht.“

–Elise Cutts (@elisecutts), Wissenschaftsautorin

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