Eine umfangreiche Modellstudie zeigt, wie subglaziales Schmelzwasser dem Phytoplankton in der Diskobucht zu einer zusätzlichen Blüte im Sommer verhilft. Die für das Klima wichtige Kohlenstoffspeicherung erhöht sich gleichzeitig jedoch nur unwesentlich.
In Qeqertarsuup Tunua, der grönländischen Diskobucht, zeigt eine vom Moss Landing Marine Laboratories geleitete Studie, wie subglazialer Abfluss Nährstoffe vom Fjordboden in die lichtdurchflutete Oberflächenschicht befördert und so die zweite, sommerliche Blüte von pflanzlichem Plankton verstärkt.
Dabei bringt das Schmelzwasser die Nährstoffe nicht selbst mit, sondern reißt sie beim Aufsteigen – Süßwasser ist «leichter» als Salzwasser – aus der Tiefe mit an die Oberfläche. In einer Region, in der im Sommer insbesondere das für das Phytoplanktonwachstum essenzielle Nitrat praktisch aufgebraucht ist, macht dieser Prozess den entscheidenden Unterschied: Die Produktivität hält länger an und setzt sich im Nahrungsnetz fort, bis das Nitrat erneut erschöpft ist.
Im Fokus der Studie, die am 5. August in Nature Communications Earth & Environment veröffentlicht wurde, stand der Jakobshavn-Gletscher (grönländisch Sermeq Kujalleq), Grönlands aktivster Auslassgletscher. Während des Höhepunkts der sommerlichen Schmelze strömen aus dem subglazialen Abflusssystem pro Sekunde rund 1.200 Kubikmeter Süßwasser ins Meer. In etwa 850 Metern Tiefe, wo der Gletscher auf dem Grundgestein aufliegt, trifft das Schmelzwasser auf das salzhaltige Fjordwasser, steigt aufgrund seiner geringeren Dichte als turbulente Auftriebsfahne auf und bildet so eine Art «Rolltreppe» für Nährstoffe.
Um den Einfluss des subglazialen Schmelzwassers auf die Produktion in der Diskobucht zu quantifizieren, integrierte das Forschungsteam nahezu alle verfügbaren hochauflösenden Ozeanbeobachtungen der letzten drei Jahrzehnte in das komplexe ECCO-Darwin-Modell («Estimating the Circulation and Climate of the Ocean-Darwin»).
Die Ergebnisse zeigen, dass die durch Schmelzwasser angetriebene Aufwärtspumpe die sommerliche Phytoplanktonproduktion im Untersuchungsgebiet um etwa 15 bis 40 Prozent steigert. Satellitengestützte Beobachtungen der Chlorophyllkonzentration belegen dieses Ergebnis, besonders stromab der Gletscherfronten.
Sie zeigen auch, dass die Wachstumsraten von arktischem Phytoplankton bereits seit den späten 1990er-Jahren deutlich zunehmen – die aktuelle Studie in der Diskobucht liefert dafür nun einen schlüssigen Mechanismus.
Das Nährstoffplus erhöht zwar die Primärproduktion des Phytoplanktons – es wird mehr Kohlendioxid in Biomasse umgewandelt. Gleichzeitig löst sich jedoch das Kohlendioxid im wärmeren und weniger salzhaltigen Wasser im Sommer schlechter als im Frühjahr, sodass trotz der deutlich erhöhten Phytoplanktonproduktion insgesamt nur rund drei Prozent mehr Kohlendioxid vom Meerwasser aufgenommen und gespeichert werden.
«Wir haben rekonstruiert, was in einem zentralen System geschieht, aber es gibt mehr als 250 solcher Gletscher rund um Grönland», sagte Dustin Carroll, Ozeanograph an der San José State University und Co-Autor der Studie, in einer Pressemitteilung des Jet Propulsion Laboratory der NASA. Er fügte hinzu, dass die Simulationen auf die gesamte grönländische Küste und darüber hinaus ausgeweitet werden sollen.
Klimamodellierungen für Grönland projizieren bis Ende des Jahrhunderts 100 bis 300 Prozent mehr Abfluss aus dem Eisschild. Dort, wo Gezeitengletscher wie der Sermeq Kujalleq ihre tiefliegende Aufsetzlinie erhalten können, dürfte die sommerliche Primärproduktion dank der anhaltenden Gletscherdüngung weiter zunehmen.
Ökologisch wirkt sich dies spürbar aus. Mit Phytoplankton an der Basis des Nahrungsnetzes setzen sich Veränderungen in dessen Produktivität in allen Stufen darüber fort – über das Zooplankton, zu den Fischen und Meeressäugern. Die Berechnungen zeigen nicht nur ein Mehr an Biomasse, sondern auch eine Verschiebung in der Artengemeinschaft: Diatomeen (Kieselalgen) sowie winzige Einzeller und Cyanobakterien nehmen zu. In grönländischen Fjorden, in denen Bestände wie der wirtschaftlich wichtige Heilbutt stark an die Produktivität gekoppelt sind, kann das Erträge verändern. Und nicht zuletzt profitieren Ringelrobben, Narwale und Eisbären, die die Fjorde saisonal nutzen, indirekt von der höheren Nährstoffverfügbarkeit.
«Wir haben diese Tools nicht für eine bestimmte Anwendung entwickelt. Unser Ansatz ist auf jede Region anwendbar, vom Golf von Texas bis nach Alaska», sagte Michael Wood, Ozeanograph in den Moss Landing Marine Laboratories der San José State University und Hauptautor der Studie, in der Pressemitteilung. «Wie ein Schweizer Taschenmesser können wir es in vielen verschiedenen Szenarien einsetzen.»