Biogeochemischer Kreislauf von Silizium im Arktischen Ozean

• Antragstellerin: Dr. Claudia Ehlert
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399076022

Silizium (Si) und seine stabilen Isotopenverhältnisse (δ30Si) können Informationen über Verhältnisse im Ozean in Gegenwart und Vergangenheit liefern, zum Beispiel über Verwitterung und Einträge von Land, Wassermassenmischung und Nährstoffnutzung (Silikat) durch Diatomeen im Oberflächenwasser. Studien des Si-Kreislaufs in der Arktis sind von besonderem Wert weil sie Informationen über ein einzigartiges isoliertes und hochempfindliches Ökosystem liefern. Generell steuern Diatomeen über Opalproduktion und –recycling den globalen ozeanischen Si-Kreislauf und die Verteilung von Si-Isotopen in der Wassersäule. Durch niedrige Si-Konzentrationen, saisonales Meereisbedeckung und wenig Licht aber ist die Produktivität durch Diatomeen in der Arktis sehr niedrig und auf eine kurze Periode im Jahr beschränkt. Deshalb vermuteten frühere Studien bisher eher, dass δ30Si vom Meerwasser in der Arktis stark durch physikalische Wassermassenmischung beeinflusst wird, während biologische Prozesse oder der Eintrag von Si vom Land über Flüsse und vom Schelf und auch Absinken und Lösung von Partikeln aus dem Oberflächenwasser in der Tiefe eher eine untergeordnete Rolle spielen. Im Gegensatz dazu und auf Grundlage vorläufigen Daten zu Si-Konzentrationen und Si-Isotopie im Wasser spekulieren wir aber, dass Produktivität durch Diatomeen, terrestrischer Eintrag durch Flüsse und Transport von Partikeln durch die Transpolare Drift, und Partikellösung im Tiefenwasser zu signifikanten Veränderungen der Si-Isotopie von Wassermassen und Partikeln in allen Tiefen führen. Wir wollen diese Hypothese testen und damit den biogeochemischen Si-Kreislauf in der zentralen Arktis studieren. Wir werden die verschiedenen Einflussfaktoren unterscheiden indem wir Wasser- und Partikelproben aus der kompletten Wassersäule an Stationen in der zentralen Arktis und vom Barents-Schelf analysieren, die während der Ausfahrt PS94 ARK-XXIX/3 (TransArc II; Fahrtleiter: U. Schauer, M. Rutgers van der Loeff, AWI) mit FS Polarstern im August-Oktober 2015 genommen wurden.Zusätzlich zum detaillierten Verständnis des biogeochemischen Si-Kreislaufs der Arktis wird diese Studie neue und einzigartige Informationen über den Transfer des Si-Nutzungssignals aus dem Oberflächenwasser durch die Wassersäule liefern, und dadurch Informationen über die Anwendbarkeit von Si-Isotopen aus Diatomeen als Paläo-Proxie. Außerdem liefern wir die Grundlage für zukünftige Studien zum Einfluss des Klimawandels in der Arktis. Wir gehen davon aus, dass sich der generelle Si-Kreislauf bisher nicht signifikant verändert hat. Sowohl steigende Temperaturen, eine schwindende Meereisbedeckung und verstärkter Flusseintrag als auch Veränderungen im sibirischen Hinterland (z.B. Abtauen des Permafrost und Veränderungen im Verwitterungsregime) werden allerdings aller Wahrscheinlichkeit nach in Zukunft einen großen Einfluss haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Katharina Pahnke-May