Heimspiel für FS Maria S. Merian:
Forschungsschiff startet zur Mission „Deep Baltic“
in Richtung Ostsee-Eis

11.03.2021 – Biomarker: Zeitzeugen vergangener Klimabedingungen

Biomarker kann man als chemische Fossilien bezeichnen. Es sind chemische Verbindungen die über Tausende bis Millionen Jahre im (Meeres-)Boden erhalten bleiben, obwohl der Organismus der sie hervorgebracht hat, lange verrottetet ist. Biomarker in Meeressedimenten können ganz bestimmten Organismen zugeordnet werden und werden zum Beispiel zur Rekonstruktion der Wassertemperatur genutzt. Andere geben wichtige Aufschlüsse über die Verteilung der Meereisbedeckung.

Ein Biomarker für den sich die Wissenschaftler von MSM99 besonders interessieren wird „IP₂₅“ (Ice Proxy with 25 Carbon Atoms) genannt, er wird ausschließlich von bestimmten Algen, genauer gesagt Diatomeen, produziert (Abb. 1). Diese Diatomeen leben ausschließlich in den Kapillargängen an der Unterseite des Meereises, das mit hochsalzigem Wasser gefüllt ist. Sobald das Eis schmilzt, werden die Meereisalgen bzw. die in ihnen enthaltenen Biomarker am Meeresboden abgelagert. Bisher ist IP₂₅ die einzige direkte Methode das Meereis der Vergangenheit zu rekonstruieren.

Während der Expedition MSM 99 Deep Baltic werden von den Wissenschaftlern vom Institut für Geowissenschaften Eis- und Sedimentproben gesammelt, um die vergangenen Schwankungen in der Meereisbedeckung der Ostsee zu rekonstruieren (Abb. 2). Die Eis- und Sedimentkerne, die wir während der Expedition sammeln, werden gefroren bzw. gekühlt nach Kiel transportiert. Dort beginnt im Labor die chemische Aufbereitung um die enthaltenen Biomarker am Massenspektrometer bzw. Gaschromatograph zu bestimmen.

Da es noch kaum Untersuchungen zum Meereisbiomarker IP₂₅  in der Ostsee gibt, wird im Labor zuerst untersucht, ob in den Eiskernen IP₂₅ nachzuweisen ist. So kann festgestellt werden, ob die Methode in dieser Region angewendet werden kann. Durch den geringen Salzgehalt der Ostsee kann es sein, dass die Diatomeen, die IP₂₅ produzieren, nicht in der Ostsee vorkommen. Sind sie jedoch vorhanden, kann auch die Meereisbedeckung der Vergangenheit rekonstruiert werden.

Diese Rekonstruktionen sind besonders wichtig, um vergangene Klimaschwankungen in der Ostsee zu erforschen. Frühere Expeditionen mit der Maria S. Merian in die Ostsee (MSM51 und MSM62) haben die Hypothese hervorgebracht, dass während kalter Phasen die Tiefenwasserbildung und somit die Durchlüftung der tiefen Wasserschichten deutlich erhöht und während warmen Klimaphasen reduziert ist (Moros et al., 2020). Besonders in Hinblick auf die erwartete fortschreitende Klimaerwärmung ist es wichtig diese Zusammenhänge genauer zu untersuchen und zu verstehen. Genaue Meereisrekonstruktionen können helfen diese Hypothese zu untermauern und die Vorhersagen für die Zukunft zu verbessern.

References:
Brown, T. A., Belt, S. T., Tatarek, A., & Mundy, C. J. (2014). Source identification of the Arctic sea ice proxy IP 25. Nature Communications, 5(1), 1-7.
Moros, M., Kotilainen, A. T., Snowball, I., Neumann, T., Perner, K., Meier, H. M., ... & Schneider, R. (2020). Is ‘deep-water formation’in the Baltic Sea a key to understanding seabed dynamics and ventilation changes over the past 7,000 years?. Quaternary International, 550, 55-65.

Text und Fotos: Henriette Kolling (CAU) | Fotos zum Vergrößern anklicken