Ein im Labor häufig beobachtetes Verhalten von Mikroorganismen – sie richten sich beim Schütteln nach der Strömung aus – geschieht in großem Maßstab offenbar auch im Ozean: Das Plankton reagiert auf vom Wind erzeugte Strömungen und verändert so die Rückstreuung und Eindringtiefe des Sonnenlichtes. Dieses jetzt so in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Acadamy of Sciences” (PNAS) berichtete Zusammenspiel zwischen Strömung, Meeresbiologie und Optik bedeutet, dass bisherige Modelle und auch Satellitenmessungen der Planktondichte nun möglicherweise korrigiert werden müssen.
Es ist ein Effekt, der tagtäglich in den Laboren der Welt beobachtet wird, dessen Bedeutung für die Klimaforschung aber bisher unbeachtet blieb: Ein kurzes Schütteln einer Petrischale mit einer Bakterienkultur verursacht einen durchscheinenden Strudel, wenn die Konzentration der Kultur hinreichend groß ist. Ein internationales Wissenschaftlerteam unter Beteiligung von Andreas Macke, Direktor des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung, hat diesen optischen Effekt nun erklärt und seine Bedeutung für die Ozeane aufgedeckt.
Scherströmungen bewirken Ausrichtung
Die Forscher stellten fest, dass sich die üblicherweise länglich geformten Bakterien beim Schütteln in den Bereichen größter Scherung einheitlich nach der Strömung ausrichten. Dadurch wird das einfallende Licht stärker nach vorne gestreut als durch zufällig orientierte Partikel. Das Bedeutende daran: Dieser Orientierungseffekt trifft grundsätzlich auch für Plankton in der obersten Ozeanschicht zu: Hier verursacht der Windschub an der Ozeanoberfläche eine vertikale Windscherung, in der sich länglich geformte Phytoplankton-Partikel und Bakterien ausrichten können.
Eindringtiefe des Lichts verändert
Moderate Schergeschwindigkeiten können so das Rückstreuen des Lichts durch natürliche mikrobielle Ansammlungen um 20 Prozent erhöhen. Während der Planktonblüte können sogar schon geringe Windgeschwindigkeiten zu Veränderungen von über 30 Prozent führen. Eine größere Eindringtiefe des Sonnenlichtes hätte Konsequenzen für die Photosyntheserate, die Primärproduktion und schließlich die Kohlendioxidaufnahme des Ozeans. Die Studie weist damit auf ein subtiles Zusammenspiel zwischen Strömung, Meeresbiologie und Optik hin.
Korrektur von Satellitenmessungen erforderlich
„Diese Ergebnisse liefern weitere Beweise dafür, dass biophysikalische Wechselwirkungen auf der Mikroskala eine wesentliche Rolle im globalen Maßstab der marinen Prozesse spielen können“, erklärt Macke. Mit der orientierungsbedingen Veränderung der Lichtdurchlässigkeit ist auch eine Veränderung des reflektierten Sonnenlichtes verbunden. Dieses wird zur satellitengestützen Erfassung des Planktongehaltes über den Weltmeeren genutzt, so dass auch hier eine Korrektur der bisher erfassten Planktonmengen notwendig werden kann. (PNAS, 2011; DOI: 10.1073/pnas.1014576108)
(Leibniz-Institut für Troposphärenforschung, 24.06.2011 – NPO)
