3.1.2 Veränderungen in der Antarktis

Der Südliche Ozean um die Antarktis ist die weltweit größte Region, die zwar einen sehr hohen Nährstoffgehalt hat, sich aber dennoch durch ein relativ geringes Wachstum von Mikroalgen auszeichnet. Solche Gebiete werden als High-nutrient-low-Chlorophyll-Regionen bezeichnet – als HNLC (viel Nährstoff, wenig Pflanzenfarbstoff Chlorophyll). Der Grund für das geringe Algenwachstum ist der Mangel eines einzigen Elements, des Eisens, das ein wichtiger Pflanzennährstoff ist. In manchen Regionen kommt ein Mangel an Silizium hinzu. Silizium ist ein wichtiger Baustein der Kieselsäure, die Kieselalgen für den Aufbau ihres Panzers benötigen. Obwohl ansonsten ausreichend Nährstoffe im Wasser enthalten sind, begrenzen Eisen und Silizium das Wachstum. Wie sich die Primärproduktion in Zukunft mit dem Klimawandel verändert, hängt daher insbesondere davon ab, wie sich die Konzentration von Eisen und Silizium im Wasser entwickeln wird (Henley, 2020).

Am größten ist die Biomasse des pflanzlichen Planktons und die Primärproduktion heutzutage nördlich der Polarfront im atlantischen Sektor des Südozeans, in der Region der subtropischen Front des westpazifischen Sektors sowie über dem antarktischen Kontinentalschelf – etwa in der Prydz-Bucht, im Rossmeer, in der Amundsen- und der Bellingshausensee  (Henley, 2020).

Zwischen der Polarfront und der südlichen Grenze des antarktischen Zirkumpolarstroms ist die Primärproduktion am niedrigsten, insbesondere im indischen Sektor innerhalb und nördlich der Meereiszone. In den HNLC-Gewässern, in denen das Phytoplanktonwachstum durch Eisen begrenzt ist, wechselt die Zusammensetzung des Phytoplanktons von Jahreszeit zu Jahreszeit. Regionen mit starkem Algenwachstum hingegen werden tendenziell durch Blüten von Kieselalgen, Phaeocystis oder Nanoplankton dominiert – etwa in Wasserwirbeln hinter Inseln oder am Eisrand. Im nördlichen Teil der Westantarktischen Halbinsel etwa wurden bereits Chlorophyll-a-Rekordwerte von mehr als 45 Milligramm pro Kubikmeter in Kieselalgenblüten gemessen (Henley, 2020).

Simulationen deuten darauf hin, dass die Primärproduktion mit dem Klimawandel in weiten Teilen des Südlichen Ozeans um 50 Prozent zunehmen könnte. Wie die Simulationen zeigen, dürften dazu verschiedene Faktoren beitragen, die nicht zuletzt zu einer Besserung der Eisenversorgung führen könnten. Eisen gelangt heute durch Windströmungen insbesondere mit Staub oder aus Busch- und Waldbränden in den Südozean. Zudem gelangt Eisen durch Meereswirbel zur Wasseroberfläche. In anderen Regionen wird das Eisen mit Meeresströmungen herantransportiert. Experten gehen davon aus, dass sich die Luftströmungen mit dem Klimawandel so verstärken, dass künftig mehr Eisen in die antarktischen Gewässer eingetragen wird. Stärkere Meeresströmungen in der Westantarktis wiederum könnten die Meereswirbel verstärken, wodurch eisenhaltige Wassermaßen aus den Subtropen Richtung Antarktis geführt werden. Der Zunahme der Primärproduktion durch eine bessere Eisenversorgung steht indes ein Effekt entgegen: Durch steigende Temperaturen kann es im Südozean zu einer stärkeren Wolkenbildung kommen, die den Lichteinfall im antarktischen Frühjahr schwächt (Henley, 2020).

Wie in der Arktis wird auch für die Antarktis erwartet, dass sich die Zusammensetzung der Algen im und am Meereis mit dem Klimawandel deutlich verändern wird. Allerdings sind Vorhersagen schwierig, weil es bislang vergleichsweise wenige Untersuchungen gibt. Es gibt Hinweise darauf, dass sich das im Wasser freischwimmende Phytoplankton mit zunehmend wärmeren Wassermassen Richtung Süden in die sub-antarktische Zone ausbreiten wird (Henley, 2020). Das Schwinden des Meereises in der Antarktis war in den vergangenen Jahren weniger klar ausgeprägt, als in der Arktis. Während die Ausdehnung des Meereises vor allem in der Westantarktis abnahm, gab es im Osten leichte Zugewinne. In letzter Zeit aber scheint die Meereisfläche auch im Osten kleiner zu werden (IPCC, 2019). Mit dem Rückzug des Meereises Richtung Pol wird mehr Raum für Planktongemeinschaften des offenen Wassers frei, während der Lebensraum für die Eisalgen schrumpft. Insbesondere wird erwartet, dass auch in der Antarktis die Zahl der eisgebundenen Kieselalgenarten abnimmt, während andere Phytoplankton-Arten wie etwa Flagellaten häufiger auftreten werden (Henley, 2020).

Was die Lebensgemeinschaften im offenen Wasser angeht, könnte der Trend aber durchaus anders aussehen: Höhere Meerestemperaturen und Eisenkonzentrationen können für Kieselalgen und andere Arten förderlich sein, die im freien Wasser und am Eisrand starke Algenblüten bilden. Die durch steigende Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre bewirkte Ozeanversauerung und andere Umweltfaktoren dürften aber ihrerseits die Artenzusammensetzung der Kieselalgengemeinschaften verändern. Erwartet wird, dass sich die biogeografischen Provinzen der Phytoplankton-Gemeinschaften im Südpolarmeer in den kommenden Jahrzehnten wahrscheinlich räumlich verschieben oder grundlegend verändern werden (Henley, 2020).

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IPCC, 2019: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E.  Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds)].
Cavan, E.L., A. Belcher, A. & A. Atkinson et al. (2019): The importance of Antarctic krill in biogeochemical cycles. Nat Commun 10, 4742. doi.org/10.1038/s41467-019-12668-7
Massom R. A., et al. (2010): Antarctic sea ice change and variability e Physical and ecologi-cal implications. Polar science 4, 149-186.
Lannuzel, D., L. Tedesco & M. van Leeuwe et al. (2020): The future of Arctic sea-ice bio-geochemistry and ice-associated ecosystems. Nat. Clim. Chang. 10, 983–992. doi.org/10.1038/s41558-020-00940-4
Henley, S.F. et al. (2020): Changing Biogeochemistry of the Southern Ocean and Its Ecosys-tem Implications. Frontiers in Marine Science, 7, 581.
Maribus gGmbH (Ed.) (2019): Arktis und Antarktis – extrem, klimarelevant, gefährdet. In: World Ocean Review, Band 6.
Grosfeld, K. , R. Treffeisen & S. Löschke (2020): DriftStories aus der zentralen Arktis - Ein Jahr, eine Scholle - Meereisforschung extrem / K. Grosfeld , R. Treffeisen and S. Löschke (editors), Bremerhaven, REKLIM - Helmholtz-Verbund Regionale Klimaänderungen und Mensch, 106 p., ISBN: 978-3-9822680-0-2.