Das Leben im Meer lebt vom Staub der Sahara, der Tausende Kilometer weit verweht wird

Eisen ist ein lebenswichtiger Mikronährstoff, der Prozesse wie Atmung, Photosynthese und DNA-Synthese ermöglicht. Die Eisenverfügbarkeit ist in den heutigen Ozeanen oft eine begrenzte Ressource, was bedeutet, dass ein erhöhter Eisenfluss in sie die Menge an Kohlenstoff erhöhen kann, die durch Phytoplankton gebunden wird, mit Folgen für das globale Klima.

Eisen kommt in Ozeanen und terrestrischen Ökosystemen durch Flüsse, schmelzende Gletscher, hydrothermale Aktivität und insbesondere Wind vor. Aber nicht alle seiner chemischen Formen sind „bioreaktiv“, das heißt, sie können von Organismen in ihrer Umgebung aufgenommen werden.

„Hier zeigen wir, dass Eisen, das im über den Atlantik nach Westen gewehten Saharastaub gebunden ist, Eigenschaften hat, die sich mit der zurückgelegten Distanz ändern: Je größer diese Distanz, desto bioreaktiver ist das Eisen“, sagte Dr. Jeremy Owens, außerordentlicher Professor an der Florida State University und Co- Autor einer neuen Studie in Die Grenzen der Meereswissenschaft.

„Dieser Zusammenhang legt nahe, dass chemische Prozesse in der Atmosphäre weniger bioreaktives Eisen in besser zugängliche Formen umwandeln. »

Der Kern des Problems

Owens und seine Kollegen haben die Mengen an bioreaktivem und Gesamteisen in Bohrkernen vom Boden des Atlantischen Ozeans gemessen, die vom International Ocean Discovery Program (IODP) und seinen früheren Versionen gesammelt wurden. Das IODP zielt darauf ab, unser Verständnis über sich verändernde Klima- und Meeresbedingungen, geologische Prozesse und den Ursprung des Lebens zu verbessern.

Die Forscher wählten vier Kerne aufgrund ihrer Entfernung vom Sahara-Sahel-Staubkorridor aus. Letzterer erstreckt sich von Mauretanien bis zum Tschad und ist bekanntermaßen eine wichtige Quelle für staubgebundenes Eisen für Leegebiete.

Die beiden Kerne, die diesem Korridor am nächsten liegen, wurden etwa 200 und 500 km westlich des Nordwestens Mauretaniens entnommen, ein dritter im mittleren Atlantik und der vierte etwa 500 km östlich von Florida. Die Autoren untersuchten die oberen 60 bis 200 Meter dieser Kerne, die Ablagerungen aus den letzten 120.000 Jahren widerspiegeln, dem Zeitraum seit der vorherigen Warmzeit.

Sie haben die Gesamteisenkonzentrationen entlang dieser Kerne sowie die Eisenisotopenkonzentrationen mithilfe eines Plasma-Massenspektrometers gemessen. Diese Isotopendaten stimmten mit denen des Saharastaubs überein.

Anschließend nutzten sie eine Reihe chemischer Reaktionen, um Anteile des gesamten in den Sedimenten vorhandenen Eisens als Eisencarbonat, Goethit, Hämatit, Magnetit und Pyrit aufzudecken. Das Eisen in diesen Mineralien ist zwar nicht bioreaktiv, dürfte aber durch geochemische Prozesse am Meeresboden aus bioreaktiveren Formen entstanden sein.

„Anstatt uns wie in früheren Studien auf den Gesamteisengehalt zu konzentrieren, haben wir Eisen gemessen, das sich leicht im Ozean auflöst und auf das Meeresorganismen für ihre Stoffwechselwege zugreifen können“, sagte Owens.

„Nur ein Bruchteil des gesamten Eisens in Sedimenten ist bioverfügbar, aber dieser Anteil könnte sich während des Eisentransports weg von seiner ursprünglichen Quelle verändern. Wir haben versucht, diese Beziehungen zu erforschen. »

Im Wind wehen

Die Ergebnisse zeigten, dass der Anteil an bioreaktivem Eisen in den westlichsten Kernen geringer war als in den östlichsten Kernen. Dies bedeutet, dass ein verhältnismäßig größerer Anteil des bioreaktiven Eisens an den Staub verloren gegangen ist und wahrscheinlich von Organismen in der Wassersäule genutzt wurde, so dass es nie die Bodensedimente erreichte.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die mineralischen Eigenschaften von staubgebundenem Eisen, das ursprünglich nicht bioreaktiv war, während des atmosphärischen Langstreckentransports ändern, wodurch es bioreaktiver wird. Dieses Eisen wird dann vom Phytoplankton absorbiert, bevor es den Boden erreichen kann“, sagte Dr. Timothy Lyons, Professor an der University of California, Riverside und Endautor der Studie.

„Wir kommen zu dem Schluss, dass Staub, der Regionen wie das Amazonasbecken und die Bahamas erreicht, möglicherweise Eisen enthält, das aufgrund der großen Entfernung von Nordafrika und der damit längeren Exposition gegenüber atmosphärischen Chemikalien besonders löslich und für das Leben verfügbar ist“, sagte Lyons.

„Transportiertes Eisen scheint biologische Prozesse auf die gleiche Weise anzuregen, wie Eisendüngung das Leben in den Ozeanen und auf Kontinenten beeinflussen kann.“ Diese Studie ist ein Machbarkeitsnachweis, der bestätigt, dass eisenhaltiger Staub in großen Entfernungen von seiner Quelle große Auswirkungen auf das Leben haben kann. »