Wie Erdbeben die Phytoplanktonblüte im Südlichen Ozean antreiben

Tief unter den Wellen ist der Meeresboden alles andere als still: Platten reiben aneinander, Gestein bricht, und Wärme entweicht.

Über Jahrzehnte gingen Forschende davon aus, dass diese Prozesse in der Tiefe bleiben – weit unterhalb der Oberfläche, dorthin, wo kein Sonnenlicht dringt. Diese Annahme gerät nun ins Wanken.

Neue Ergebnisse zeigen, dass Unterwasserbeben eine Kettenreaktion auslösen können, die schliesslich in gewaltigen Lebensblüten an der Meeresoberfläche mündet. Winzige Organismen reagieren darauf, und das Nahrungsnetz verschiebt sich.

Sogar die Kohlenstoffbilanz der Erde könnte davon berührt werden. Das unterstreicht, wie eng die Erdsysteme miteinander verknüpft sind – auf Arten, die wir erst allmählich begreifen.

Mikroskopische Antreiber der Ozeane

Im Zentrum dieser Geschichte steht Phytoplankton: mikroskopisch kleine, pflanzenähnliche Organismen, die in den oberen Wasserschichten treiben.

Sie sind die Grundlage für fast alles weitere Leben im Meer – von kleinen Krebstieren bis hin zu Walen. Gleichzeitig entziehen sie der Luft Kohlendioxid und geben Sauerstoff zurück. Ohne Phytoplankton würde das marine Leben, wie wir es kennen, zusammenbrechen.

Dass das Wachstum von Phytoplankton von Nährstoffen abhängt, ist seit Langem bekannt. Auch Licht und Temperatur spielen eine Rolle. Doch in grossen Teilen des Südlichen Ozeans ist Eisen der entscheidende, zugleich knappe Baustein. Wo Eisen verfügbar ist, folgt häufig auch das Phytoplankton.

Eine Blüte, die Forschende nicht erklären konnten

Vor Jahren fiel Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine enorme Phytoplanktonblüte auf, die jedes Jahr an derselben Stelle im Südlichen Ozean nahe der Antarktis wiederkehrt.

In manchen Jahren breitet sie sich weit aus und ist sehr dicht, in anderen Jahren erscheint sie kaum. Satellitenbilder zeigten so starke Ausschläge, dass sie sich nicht wegdiskutieren liessen.

„Wenn wir in den Satellitenbeobachtungen dieser Blüte zurückgehen, haben wir gesehen, dass sie auf die Grösse des US-Bundesstaats Kalifornien anwachsen oder auf die Grösse von Delaware schrumpfen kann“, sagte die Studienhauptautorin Casey Schine, Postdoktorandin und Research Associate am Middlebury College.

„Unsere Studie hat letztlich gezeigt, dass der wichtigste Faktor, der die Grösse dieser jährlichen Phytoplanktonblüte steuert, die Menge an seismischer Aktivität in den vorangegangenen Monaten war.“

Die Blüte liegt über einer zerklüfteten Unterwassergebirgskette, dem Australisch-Antarktischen Rücken. Dieser Rücken gehört zu einem globalen Netz mittelozeanischer Rücken – Zonen, in denen sich die Erdkruste auseinanderzieht und Magma aufsteigt. Dort befinden sich hydrothermale Quellen: heisse Unterwasserquellen, die erwärmte, mineralreiche Fluide ins Meer abgeben.

Bereits 2019 hatte eine frühere Arbeit gezeigt, dass Eisen aus solchen Quellen Phytoplanktonblüten antreiben kann. Dennoch blieb damit offen, weshalb ausgerechnet diese Blüte von Jahr zu Jahr so stark schwankt.

Erdbeben machen Ozeannährstoffe verfügbar

Ein Hinweis kam durch Erdbeben. Wenn der Untergrund bebt, kann sich das Verhalten hydrothermaler Quellen ändern: Risse öffnen sich, Verstopfungen lösen sich, und heisse Fluide strömen schneller heraus. Dabei transportieren sie mehr gelöste Metalle – darunter Eisen.

„Als wir die naheliegenderen Treiber dieser Variation ausgeschlossen hatten, begannen wir, über die Nährstoffquellen selbst nachzudenken – die hydrothermalen Quellen“, sagte Schine. Diese Idee liess sich jedoch nicht leicht vermitteln.

„Casey hatte die Idee, dass vielleicht die Anzahl der Erdbeben nahe der hydrothermalen Quelle die Freisetzung von Spurenelementen in die Oberflächengewässer steuert, was das Phytoplanktonwachstum anregen könnte“, sagte der Seniorautor der Studie, Kevin Arrigo von der Stanford Doerr School of Sustainability.

„Ich hielt das für einen sehr gewagten Ansatz, habe ihr aber gesagt, sie solle es versuchen. Und es stellte sich heraus, dass sie recht hatte!“

Wenn Erdbeben Phytoplankton nähren

Um diese Vermutung zu prüfen, verknüpfte das Forschungsteam jahrzehntelange Satellitendaten mit Erdbebenaufzeichnungen aus seismischen Messstationen. Im Fokus standen Beben mit einer Magnitude von 5 oder höher.

Das Signal war deutlich: Traten in den Monaten vor dem Sommer der Südhalbkugel mehr Erdbeben in der Region auf, fiel die anschliessende Phytoplanktonblüte dichter aus und war produktiver.

„Dies ist die erste Studie überhaupt, die eine direkte Beziehung zwischen Erdbebenaktivität am Meeresboden und dem Wachstum von Phytoplankton an der Oberfläche dokumentiert“, sagte Arrigo.

Ein schnellerer Weg an die Oberfläche

Zu den überraschendsten Ergebnissen zählt das Tempo. Eisen, das aus Quellen in fast 1.830 Metern Tiefe freigesetzt wurde, schien das Phytoplankton innerhalb von Wochen bis wenigen Monaten zu erreichen. Das widerspricht langjährigen Vorstellungen.

Über Jahre hatten viele Forschende angenommen, dass hydrothermales Eisen Jahrzehnte benötigt, um aufzusteigen, und über Tausende von Kilometern verdriftet, bevor es biologisch nutzbar wird. Die neue Studie deutet darauf hin, dass ein deutlich schnellerer Mechanismus wirkt – auch wenn der genaue Prozess noch untersucht wird.

Eine Forschungsexpedition kehrte im Dezember 2024 zum Australisch-Antarktischen Rücken zurück, um zusätzliche Daten zu sammeln. Die Proben könnten erklären, wie Tiefseefluide so rasch nach oben gelangen und dabei konzentriert genug bleiben, um Wirkung zu zeigen.

Welleneffekte im Nahrungsnetz

Veränderungen in der Phytoplanktonproduktion bleiben nicht klein. Solche Blüten ernähren Krill und andere winzige Tiere. Krill wiederum ist Nahrung für Fische, Pinguine, Robben und Wale. Eine kräftigere Blüte kann daher eine stabilere Nahrungsgrundlage bedeuten.

„Wir wissen bereits, dass randliche Phytoplanktonblüten jenseits des Meereises rund um den antarktischen Kontinent ein wichtiger Futterplatz für Wale sind“, sagte Schine. „Es steckt also möglicherweise mehr dahinter, jetzt da wir vermuten, dass seismische Aktivität eine Rolle für die Produktivität der Blüte spielt.“

Auch für das Klima sind Phytoplankton relevant – leise, aber wirkungsvoll. Indem sie Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen, tragen sie dazu bei, wie viel Wärme der Planet insgesamt festhält.

Ein besseres Verständnis der Faktoren, die ihr Wachstum steuern, könnte Modelle verbessern, die die künftige Kohlenstoffaufnahme der Ozeane abschätzen.

Ein weltweites Rätsel im Ozean

Möglich ist, dass der Südliche Ozean kein Einzelfall ist. Hydrothermale Quellen gibt es weltweit, viele davon in erdbebengefährdeten Regionen. Ob ähnliche Prozesse anderswo ebenfalls Blüten auslösen, ist bislang offen.

„Es gibt viele weitere Orte auf der Welt, an denen hydrothermale Quellen Spurenelemente in den Ozean ausstossen, die ein verstärktes Phytoplanktonwachstum und eine höhere Kohlenstoffaufnahme unterstützen könnten“, sagte Arrigo.

„Leider sind diese Orte schwer zu beproben, und über ihre globale Bedeutung ist wenig bekannt.“

Klar ist jedoch: Leben an der Oberfläche könnte stärker von Kräften aus der Tiefe abhängen, als lange angenommen. Die Erde hält ihre Geheimnisse nicht sauber getrennt. Mitunter kann ein Beben viele Kilometer unter dem Meeresboden dazu beitragen, dass weit darüber Leben aufblüht.

Die vollständige Studie erschien in der Fachzeitschrift Nature Geoscience.