Das Leben der grundlegendsten Organismen im Meer – Phytoplankton – offenbart uns dramatische Klimaveränderungen in der eisigen Welt der Antarktis. Eine neue Forschungsarbeit, entstanden in Zusammenarbeit von Wissenschaftlern aus Dänemark, Australien, den USA, Spanien und Neuseeland, eröffnet einen Blick auf fast drei Jahrzehnte Veränderungen in der Zusammensetzung von Planktongemeinschaften im "Süden" und zeigt, dass winzige Algen langsam den derzeitigen König des Ökosystems – die Diatomeen – in Bezug auf Fläche und Bedeutung verdrängen.

Ministerium auf niedrigster Ebene

Von 1997 bis 2023 wurde ein deutlicher Rückgang des Anteils an Diatomeen (Kieselalgen) beobachtet, begleitet von einem parallelen Anstieg kleinerer Planktonarten – Haptophyten und Kryptophyten. Der Rückgang der Diatomeen wird auf etwa 0,32 mg Chl-a/m³ geschätzt (etwa ein Drittel ihrer durchschnittlichen Konzentration), während Haptophyten und Kryptophyten Zuwächse von 0,08 bzw. 0,23 mg Chl-a/m³ verzeichneten. Diese Veränderungen haben biologische Prozesse und die Bedeutung des antarktischen Meeres für die Kohlenstoffspeicherung erheblich beeinflusst und deuten auf eine Umstrukturierung im Kern der Nahrungsnetze hin.

Regeneration nach 2016 – neue Chance oder vorübergehende Verschiebung?

Eine faszinierende Phase trat nach 2016 ein, in der die ersten Anzeichen einer Erholung der Diatomeen festgestellt wurden, insbesondere am antarktischen Kontinentalschelf. Gleichzeitig wuchsen die Kryptophyten exponentiell, was mit dem plötzlichen Rückzug des Meereises zusammenfiel. Ob dies nur eine vorübergehende Anpassung an gestörte Bedingungen – wie verstärktes Licht und schwankende Nährstoffverfügbarkeit – oder der Beginn einer dauerhaften Rückkehr großer Phytoplanktongemeinschaften ist, bleibt offen.

Klimatische Auslöser: Eis, Wärme, Eisen

Die Gründe für diese biologischen Schwankungen sind recht klar: immer weniger Meereis, steigende Oberflächentemperaturen und weniger Eisen – ein lebenswichtiger Nährstoff für Diatomeen – haben ein Umfeld geschaffen, das für kleinere, flexiblere Organismen wie Haptophyten und Kryptophyten günstiger ist. Der Verlust des Meereises ist nicht nur ein Indikator für die globale Erwärmung – er verändert die Struktur des Ökosystems und das Funktionieren der biologischen "Pumpe", die Kohlenstoff in die Tiefen der Ozeane befördert.

Erweiterte Auswirkungen – vom Krill bis zu den Delfinen

Diatomeen dominierten nicht nur quantitativ – sie ernährten den Krill, ein zentrales Glied in der Nahrungskette, zu der Pinguine, Robben und Wale gehören. Mit der Unterdrückung der Diatomeen wird die Nahrungsmaschine merklich schwächer: weniger Nahrung für den Krill bedeutet weniger Energie für größere Organismen, was weitreichende Folgen für die antarktischen Lebensgemeinschaften haben kann.

Klimamodell und irdische Bestätigung

Um diese Prozesse zu verstehen, kombinierten Wissenschaftler Satellitenbeobachtungen – Oberflächentemperaturen, Ozeanfarbe und Eisbedeckung – mit Pigmentanalysen von über 14.000 aus dem Meer entnommenen Proben. Modelle des maschinellen Lernens verwandelten Pigmentdaten in räumliche Schätzungen des Phytoplanktons und schufen die erste verlässliche Darstellung zeitlicher und räumlicher Veränderungen von Phytoplanktongruppen in der Antarktis.

Wie sehr hat sich das System verändert?

Von 1997 bis 2023 stieg die Gesamtmenge an Chlorophyll (Chl-a) in Teilen des antarktischen Schelfs und der saisonalen Meereiszone um etwa 41 % im Vergleich zum Referenzwert (0,78 mg Chl-a/m³). Interessanterweise ist der Veränderungstrend innerhalb des Schelfs selbst nicht signifikant, doch das weitere System verzeichnet dramatische Schwankungen. Die Veränderungen wurden in 80 % der Standorte statistisch bestätigt, mit hoher Zuverlässigkeit.

Offene Fragen und weiterer Überwachungsbedarf

Obwohl die Veränderungen klar dokumentiert sind, bleibt die zentrale Frage: Wird sich die Erholung der Diatomeen nach 2016 stabil und langfristig fortsetzen oder handelt es sich nur um eine episodische Anpassung? Weitere Satellitenmissionen, wie PACE (Plankton, Aerosol, Cloud and ocean Ecosystem), werden entscheidend sein, um diese Trends zu verfolgen und diese Frage zu beantworten. Darüber hinaus steht das Überleben der biologischen Karbonatpumpe – eines Prozesses, der die Klimaregulation der Erde stark beeinflusst – auf dem Spiel.

Das größere Bild globaler Veränderungen

Diese Untersuchung der antarktischen mikrobiologischen Dynamik veranschaulicht ein größeres Phänomen – dass der Klimawandel Ökosysteme von ihren grundlegenden biologischen Komponenten an verändert. Weniger Meereis, steigende Temperaturen und Veränderungen in der Nährstoffverfügbarkeit haben einen Dominoeffekt: Sie verändern das Phytoplankton, das wiederum die Krillpopulation verändert, und damit die gesamte Nahrungskette bis zu den größten Walen. Veränderungen am unteren Ende der Kette können in alle Richtungen Folgen haben – auch für die Fähigkeit der Ozeane, CO₂ zu speichern.

Warum dies alles jetzt überwacht werden muss

Die Klimaempfindlichkeit der antarktischen Ökosysteme macht sie sowohl verletzlich als auch entscheidend für globale Prozesse. Jede Veränderung im Phytoplankton beeinflusst nicht nur die Ozeanbiologie, sondern auch den Kohlenstoffkreislauf, das Klima und das Leben auf den Kontinenten. Daher sind kontinuierliche Überwachung, eine Kombination aus Satelliten- und Felddaten sowie ausgefeilte Modelle unerlässlich, um die Folgen zu verstehen und, wenn möglich, zu mildern.