Inmitten einer großflächigen Kieselalgenblüte

Kurz nachdem wir die Station bei 52°S, 8°W (`Salpastan´) beendet hatten, verschlechterte sich das Wetter zusehends. Wir fuhren zum nächsten Wegpunkt bei 52°S, 9°W, um dort eine Sedimentfalle auszulegen, u.a. weil wir wissen wollten, wie viel und welche Art von Partikeln aus der Deckschicht heraus in tiefere Wasserschichten hinabrieseln. In erster Linie dachten wir dabei an Kotballen von Salpen (Abb. 1). Aber wie viele würden sie in dieser chlorophyllarmen Region produzieren und würden die Kotballen wirklich absinken oder schon in den oberen Wasserschichten von  anderen Organismen weiterverarbeitet werden?

Bei 9°W angekommen, mussten wir alle Hoffnungen auf die Aussetzung der Sedimentfalle aufgeben. Wellengang und Wind machten das Ausbringen von Geräten auf dem Arbeitsdeck unmöglich. Hier waren sich Kapitän und Fahrtleiter wieder einmal einig. Schweren Herzens entschloss ich mich, Salpastan adé zu sagen, wenn nicht für immer, so doch für diese Expedition, den geplanten Schnitt entlang 52°S aufzugeben und während des Sturms mit angemessener Geschwindigkeit direkt auf die Station bei 52°S, 12°W im Gebiet mit hohen Chlorophyllkonzentrationen zu zusteuern. So konnten wir die Zeit während des Sturms sinnvoll nutzen und bei besseren Wetterbedingungen sofort mit einer Vergleichstation zu der Salpastan-Station beginnen.

Ich haderte immer noch mit meiner Entscheidung, als das Chlorophyllteam mit den neuesten Werten zu mir kam. Wir nehmen stündlich Wasserproben aus dem Brunnenschacht und messen die `Unterwegs´-Chlorophyllkonzentration. Die neuesten Werte zeigten, dass wir Glück im Unglück gehabt hatten: Die Chlorophyllkonzentrationen waren überraschenderweise bei 9°W bereits auf über 1,5 Milligramm pro Kubikmeter angestiegen (Abb. 2), d.h. wir hatten die Grenze zum chlorophyllreichen Gebiet schon überschritten und hätten aus den Sedimentfallendaten nichts mehr über Salpastan lernen können. Wie immer müssen wir die Karten der Ozeanfarbe, die aus Satellitenbeobachtungen abgeleitet sind, mit Vorsicht interpretieren: Das Bild basiert auf den Beobachtungen über eine Woche hinweg und enthält wegen der häufigen Bewölkung große Lücken.

Sonntag, 29. Januar 2012. Als ich morgens auf die Brücke komme, sind zwei Eisberge in Sichtweite. In nur 3 Meilen Abstand schwimmt ein Berg mit etwa 180 Meter Breite und 55 Meter Höhe über der Meeresoberfläche. Die ersten beiden Eisberge auf unserer Expedition stellen eine willkommene touristische Attraktion, vor allem für unsere jüngeren KollegenInnen, dar. Früh um 6h nehmen wir die Stationsarbeiten wieder auf. Neben CTD, Go-Flo, Licht- und Fluoreszenzsensor sowie Multinetz kommt die Mikrostruktursonde zum Einsatz, mit der wir die Mischungsprozesse (Turbulenz) in den oberen 300 Metern des Ozeans untersuchen. Das Fallenteam setzt zusammen mit dem Ersten Offizier, mehreren Matrosen und einer aus dem Benthosteam rekrutierten Assistentin die Sedimentfalle aus. Eigentlich ist eher die Mehrzahl angebracht, denn die Falle besteht aus 2 mal 4 oben offenen durchsichtigen Zylindern, die an einem Seil in 300 Meter bzw. 100 Meter Tiefe hinabgelassen werden (Abb. 3).

Am oberen Seilende sorgen Auftriebskugeln dafür, dass Seil und Fallen schwimmen. Vervollständigt wird die Konstruktionen durch einen weiteren Auftriebskörper, der einen Sender trägt, der regelmäßig seine Position an einen Satelliten sendet, und ein Blinklicht, um Sender und Auftriebskörper nachts nicht zufällig zu überfahren und um die Falle nach ein oder zwei Tagen wieder zu finden. Der Satellit sendet alle 10 Minuten die Fallenposition zur Polarstern, so dass wir die Falle leicht wiederfinden können. Als uns ein Windenproblem zwingt die `Wasserspiele´ zu unterbrechen, nutzen wir die Zeit, um die beiden Eisberge in der Dunkelheit in sicherem Abstand (2 Kabel oder etwa 370 Meter, auf Anordnung des Kapitäns) zu umrunden. Die Umrundungen dienen in erster Linie wissenschaftlichen Untersuchungen, aber wir können so auch eindrucksvolle Blicke auf beide Eisberge im Scheinwerferlicht von Polarstern und bei leichtem Schneefall genießen.

Wir suchen mit Hilfe des `Fast Rate Repetition Fluorometers´ (FRRF) nach Hinweisen auf Eiseneinträge durch abschmelzende Eisberge. Erhöhte Werte der Algenfluoreszenz (genauer F<sub>v</sub>/F<sub>m</sub>) bei Nacht würden auf bessere Eisenzufuhr für Kieselalgen hinweisen. Starke Schmelzraten sollten zu Veränderungen des Salzgehaltes und der Temperatur im Wasser nahe der Eisberge führen. Zudem fahren wir ein Bongonetz an einem der Eisberge. Die kontinuierlichen Temperatur- und Salzgehaltsmessungen geben keinen Hinweis auf ein starkes Abschmelzen der Eisberge, die F<sub>v</sub>/F<sub>m</sub>-Werte sind nicht ungewöhnlich hoch und auch der Fang des Bongonetzes lässt keine Auffälligkeiten erkennen. Dies ist in Übereinstimmung mit unseren Beobachtungen während des ganzen Tages: Beide Berge werfen nur wenig Eis in Form von bis zu einigen Metern großen Brocken ab (sogenannte `growler´), die von Wind und Wellen getrieben sich schnell entfernen und in kurzer Zeit abschmelzen werden, ohne ein wirklich messbares Signal zu hinterlassen.

Die Windenprobleme haben nicht nur dem Bordelektroniker und seine Kollegen Kopfschmerzen bereitet, sondern auch die Nerven insbesondere der Benthologen angespannt. Aber natürlich können wir uns auf das Polarstern-Team verlassen. Es wird eine Lösung gefunden, die Stationsarbeiten können weitergehen, die Gesichter hellen sich wieder auf. Spontane Umarmungen lassen die Sorgen der letzten Stunden erkennen und verfliegen. Die Station bei 52°S, 12°W im Gebiet mit hohen Chlorophyllwerten wird zur zweiten vollen Benthosstation ausgebaut. Die Analyse der zahlreichen Proben ist in vollem Gange. Daher werden wir über die Ergebnisse erst später berichten können.

Die Planktologen sind überrascht und fasziniert von der Phytoplanktonblüte, in der wir uns befinden. Nicht nur die hohen Chlorophyllkonzentrationen von bis zu 3,5 Milligramm pro Kubikmeter sondern vor allem die Phytoplanktonzusammensetzung (Abb. 4) ist ungewöhnlich. Die Blüte wird dominiert durch Pseudo-nitzschia-Arten: Sie sind die einzige Gruppe von Kieselalgen, die dafür bekannt sind, dass sie das Nervengift Domoinsäure (`domoic acid´) produzieren können. Domoinsäure kann sich in der Nahrungskette, insbesondere in Muscheln, anreichern und zu z.T. tödlichen Vergiftungen bei Menschen und Tieren führen. 1987 erkrankten über 100 Menschen nach dem Verzehr von Muscheln von Prince Edward Island in Canada, 3 Patienten starben. Für die Domoinsäureproduktion wurde eine Blüte der Art Pseudo-nitzschia multiseries verantwortlich gemacht. Allerdings sind in der Kette von Pseudo-nitzschia-Blüten bis zu tödlichen Vergiftungen noch zahlreiche Fragen offen.

Welche Arten und Unterarten von Pseudo-nitzschia produzieren überhaupt Domoinsäure? Unter welchen Bedingungen und wie viel? Wie erfolgt die Anreicherung im Nahrungsnetz? Wie wird das Gift durch den Menschen aufgenommen? Diese faszinierende Substanz wird noch interessanter, wenn man der Vermutung folgt, dass Domoinsäure Eisen binden kann und dadurch evtl. die biologische Eisenverfügbarkeit erhöhen könnte. Die mögliche – wenn auch bisher nie beobachtete -  Erzeugung von toxischen Algenblüten durch künstliche Eisendüngung von Gebieten mit hohen Nährstoffen wie z.B. dem Südpolarmeer wird von Kritikern als ein schwerwiegendes Argument gegen die Anwendung dieser Geoengineeringmethode benutzt. Wir sammeln Phytoplanktonproben zur Bestimmung der Domoinsäurekonzentration in einer natürlichen Algenblüte und sind gespannt darauf, wie viel von diesem Nervengift hier zu finden ist und, falls in größeren Mengen vorhanden, ob es Auswirkungen auf die Tiere in diesen Gewässern nach sich zieht.

Während der langen Benthosbeprobung sind die Ozeanographen und Planktologen immer nervöser geworden. Sie möchten die weitere Entwicklung der Blüte im Detail studieren und fragen sich, wie lange sie noch stabil sein wird. Die Position 52°S, 12°W ist wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit kein guter Ort für eine Zeitserienstation. Wir lassen uns von Karten der Meeresoberflächenauslenkungsanomalien und den daraus abgeleiteten (geostrophischen) Meeresströmungsgeschwindigkeiten leiten und erkunden das `Quadrat´ zwischen 50 und 52°S und 12 und 14°W, um ein Gebiet mit geringer Strömungsgeschwindigkeit, idealer Weise das Zentrum eines mesoskaligen Wirbels zu finden.

Unser wichtigstes Instrument dafür ist der im Schiffrumpf eingebaute Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP), mit dem wir die Strömungsgeschwindigkeiten in verschiedenen Schichten bis zu 300 Metern Tiefe bestimmen können. Daneben helfen Messungen von Temperatur, Salzgehalt und Chlorophyll die Grenzen einer Wirbelstruktur zu erkennen. Die Beobachtungen deuten auf ein Wirbelzentrum in der Nähe von 51°12’S, 12°40’W hin. Dort setzen wir am 3.2. eine Sedimentfalle aus, die sich in den nächsten 2 Tagen nur recht wenig bewegt und unseren physikalischen Ozeanographen recht zu geben scheint: Wir sind ganz nah eines Wirbelzentrums. Das Phytoplankton besitzt hier eine ganz ähnliche Zusammensetzung wie bei 52°S, 12°W und die Chlorophyllkonzentrationen um 2 Milligramm pro Kubikmeter sind sehr hoch und stabil. Wir werden jetzt einige Tage in diesem Gebiet bleiben, die Strömungsverhältnisse detaillierter untersuchen und insbesondere immer wieder die Kernstation bei 51°12’S, 12°40’W beproben. Wann wird die Blüte zusammenbrechen? Mit etwas Glück und Ausdauer werden wir es vor Ort erleben.

Dieter Wolf-Gladrow

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