Die Entdeckung der NASA enthĂŒllt den "Regenwald" der Pflanzenwelt unter dem arktischen Eis

Das scheinbar unfruchtbare Eis der Arktis kann riesige hellgrüne Blüten mikroskopischer pflanzenähnlicher Organismen beherbergen - alles vor Satelliten verborgen -, was darauf hindeutet, dass der Arktische Ozean viel produktiver ist als bisher angenommen, haben Wissenschaftler einer von der NASA gesponserten Expedition herausgefunden.

Es bleibt jedoch unklar, ob solche Fruchtbarkeit unerwartete Nachteile für das Leben in der Arktis haben könnte, sagten Forscher.

Die fraglichen einzelligen Organismen werden als Phytoplankton bezeichnet, die das grüne Pigment Chlorophyll genauso wie die Pflanzen besitzen und ihnen helfen, vom Sonnenlicht zu leben. Sie sind lebenswichtig für das Leben in den Meeren und dienen als grundlegende Nahrungsquelle für viele Meerestiere. Tatsächlich sind sie der Schlüssel zum Leben auf der Erde - sie machen etwa die Hälfte des gesamten Sauerstoffs aus, den das gesamte Pflanzenleben produziert.

Phytoplankton blüht in der Arktis im Sommer auf, wenn die Sonne ständig über dem Horizont steht. Wissenschaftler gingen weitgehend davon aus, dass das Wachstum und die Menge von Phytoplankton in Gewässern unter dem Eis dort vernachlässigbar sind, obwohl es in den Barents und Beaufort Meeren und im Kanadischen Arktischen Archipel Hinweise auf Phytoplanktonblüten unter dem Eis gibt.

"Als jemand, der seit 25 Jahren marine Meeresökosysteme erforscht, hatte ich immer gedacht, dass die Idee von Phytoplanktonblüten unter dem Eis Unsinn ist", sagte der Forscher Kevin Arrigo, ein Meeresbiologe an der Stanford University in Kalifornien. "Es gibt einfach nicht genug Licht, das durch das Eis in den Ozean gelangt, damit sie wachsen können."

Wie sich herausstellt, gedeiht Phytoplankton nicht nur unter dicken Eisschichten, sondern wächst unter dem Eis etwa viermal so hoch wie im offenen Wasser.

"Die Idee, dass Phytoplankton nicht nur unter 3 Fuß dickem Eis blühen kann, sondern dass sie eine Zahl erreichen können, die ihre offenen Wassertiere beschämt, war eine völlige Überraschung", sagte Arrigo OurAmazingPlanet, einer Schwester-Website von ProfoundSpace.org. "Es bedeutet, dass wir viele unserer Vorstellungen darüber, wie die Ökosysteme des Arktischen Ozeans funktionieren, überdenken müssen."

Phytoplankton-Überraschung

Arrigo und seine Kollegen waren in der Arktis auf der ICESCAPE-Kreuzfahrt - ICESCAPE steht für Auswirkungen des Klimas auf Ökosysteme und Chemie der arktischen Pazifik-Umwelt - um zu untersuchen, wie das Meeresleben auf den jüngsten Rückgang des Meereisspiegels reagiert. Die Expedition wird von der NASA gesponsert und fand während der nördlichen Sommer 2010 und 2011 statt.

"Ein Teil der Mission der NASA ist wegweisende wissenschaftliche Entdeckung, und das ist, als würde man den Amazonas-Regenwald mitten in der Mojave-Wüste finden", sagte Paula Bontempi, NASA-Programmleiterin für Meeresbiologie und Biogeochemie in Washington.

Das Erkunden der Forschungsstelle sei laut Humboldt-Universität eine der größten Hürden der Expedition.

"Die meisten Schwierigkeiten bei der Durchführung der Forschung betrafen das Durchbrechen des Eises, um in unsere Untersuchungsgebiete zu gelangen", sagte Arrigo. "In einem Fall brauchte unser Eisbrecher, die USCGC Healy, mehr als acht Stunden, um drei Schiffslängen zurückzulegen. Wir waren von Meereis umgeben, das mehr als 4,5 Meter dick war, und ich dachte, wir würden nie aussteigen." [Bilder: Eisbrecher in Aktion]

"Als sich das Schiff vom offenen Wasser in die Eispackung bewegte, begann das Instrument, das uns sagt, wie viel Phytoplankton im Wasser ist, sehr hohe Zahlen zu produzieren", sagte Arrigo. "Ich dachte, das wäre merkwürdig, da es unter dem Eis kein Phytoplankton geben sollte. Ich befürchtete sogar, dass unser Instrument eine Fehlfunktion hatte."

Sie entdeckten eine massive Untereisblüte, die sich über mehr als 100 Kilometer in den Eisblock des Kontinentalschelfs des Chukchi-Sees erstreckte. Basierend auf ihren Ergebnissen könnte die Produktivität in dem von ihnen untersuchten Gebiet 10-mal höher sein als die derzeitigen Produktivitätsschätzungen, die allein auf Open-Water-Messungen des arktischen Phytoplanktons basieren.

"Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, dass der Arktische Ozean ein viel biologisch produktiverer Ort ist, als wir bisher dachten", sagte Arrigo.

Dünnes Eis, mehr Licht

Der Grund dafür, dass Phytoplankton unter dem Eis gedeihen kann, liegt darin, dass sich der arktische Eisbeutel in den letzten Jahrzehnten ausgedünnt hat und ihn an seiner Oberfläche mit Schmelzwasserteichen durchtränkt hat. So kann "viel mehr Licht durch das Eis in den Ozean darunter dringen", sagte Arrigo. "Es ist nicht annähernd so dunkel wie früher."

Offenbar beginnt Phytoplankton im späten Frühjahr unter dem arktischen Eis zu wachsen, sobald genügend Licht für die Photosynthese vorhanden ist. Nach ein paar Wochen verschwindet das Eis und es bleibt eine Restpopulation von Phytoplankton aus dieser früheren Untereisblüte zurück. Der Grund, warum relativ wenig Phytoplankton später in offenen Gewässern zu sehen ist, liegt darin, dass die meisten der verfügbaren Nährstoffe bereits von ihren Untereis-Brüdern verbraucht wurden. [6 Zeichen, dass der Frühling entsprungen ist]

"Einige haben behauptet, dass sich die Blüte unter dem Eis nicht entwickelt haben könnte - dass es im offenen Wasser begonnen haben und unter dem Eis treiben musste", sagte Arrigo. Aber "angesichts der Strömungen und der bekannten Eisbewegung haben wir gezeigt, dass dies nicht möglich ist".

Obwohl man annehmen könnte, dass eine solche Produktivität für die Arktis gut ist, bleiben ihre spezifischen Auswirkungen unklar. Zum Beispiel scheint Phytoplanktonblüten jetzt früher als normal auftreten. Tiere, die in der Arktis fliegen oder schwimmen, um von diesen Blüten abhängig zu sein, können Schwierigkeiten haben, sich an eine frühere Jahreszeit anzupassen.

"Es wird oft angenommen, dass mehr, wenn es um biologische Nahrungsmittelproduktion geht, besser ist", sagte Arrigo. "Eine produktivere Arktis ist jedoch nicht notwendigerweise eine verbesserte Arktis oder eine bessere Arktis. Wenn die Arktis zunehmend produktiver wird, werden einige Mitglieder des Ökosystems profitieren, andere nicht. Es wird sowohl Gewinner als auch Verlierer geben. Es ist noch zu früh." erzählen Sie, wer diese Gewinner und Verlierer sein werden. "

Jetzt wollen die Forscher herausfinden, wie weit verbreitet Untereisblüten sind und wie sich diese auf die polaren Meeresökosysteme auswirken. "Dies wird jedoch schwierig sein, weil die Arktis ein ziemlich unwirtlicher Ort sein kann und die Probennahme tief in der Eispackung, was diese Forschung erfordert, eine Herausforderung darstellt, sogar für einen Eisbrecher", sagte Arrigo.

Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse heute (7. Juni) online in der Fachzeitschrift Science vorgestellt.