Ein transatlantischer Flug könnte saharischen Staub in einen wichtigen Nährstoff für den Ozean verwandeln.

Wenn Staub aus der Sahara Tausende von Kilometern über den Atlantik weht, wird er laut einer neuen Studie zunehmend nahrhafter für Meeresmikroben.

Chemische Reaktionen in der Atmosphäre kauen an Eisenmineralien im Staub, machen sie wasserlöslicher und schaffen eine wichtige Nahrungsquelle für die eisenarmen Meere, berichten Forscher am 20. September in Frontiers in Marine Science.

Staubwolken, die sich über dem Atlantik absetzen, können Phytoplanktonblüten hervorrufen, die marine Ökosysteme unterstützen, sagt Timothy Lyons, ein Biogeochemiker an der University of California, Riverside. „Eisen ist unglaublich wichtig fürs Leben“, sagt er. Phytoplankton benötigen es, um Kohlendioxid während der Fotosynthese in Zucker umzuwandeln.

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Durch weitere Untersuchungen zur Staubverbreitung und chemischen Reaktionen in der Atmosphäre könnten Wissenschaftler besser verstehen, warum Teile der Ozeane biologische Hotspots für Phytoplankton und Fische sind.

Mehr als 240 Millionen metrische Tonnen Saharastaub wehen jedes Jahr über den Atlantik. Auf Bermuda, den Bahamas und anderen Inseln färbt er die Böden rot. Ein Großteil davon setzt sich jedoch im Ozean ab und liefert eine wichtige Eisenquelle für Gebiete, die zu weit vom Land entfernt sind, um es von Flüssen zu erhalten.

Lyons und der Meeresgeologe Jeremy Owens, damals auch an der UC Riverside, machten sich auf, um eine andere Staubfrage zu beantworten: Hatten sich die Arten von Staub, der sich in den letzten 120.000 Jahren über dem Atlantik absetzte, verändert? Sie analysierten dust-abgeleitete Minerale in vier Kernen, die vom schlammigen Meeresboden geholt wurden - zwei im östlichen Atlantik nahe Afrika und zwei weiter westlich in der Nähe von Nordamerika.

Was sie fanden, löste eine andere Untersuchungsreihe aus.

In Staub und Böden auf der ganzen Welt befindet sich normalerweise etwa 40 Prozent des Eisens in „reaktiven“ Mineralien wie Pyrit oder Carbonate. Dieses Eisen kann von schwachen Säuren abgebaut und potenziell von Leben genutzt werden. In den Kernproben vom Grund des Atlantik bestand jedoch nur etwa 9 Prozent des Eisens in den Staubsedimentmineralien vom weiter westlich entnommenen aus reaktiven Eisenmineralien, verglichen mit etwa 18 Prozent in den aus näher an Afrika entnommenen Staubmineralien. Das, so Lyons, war „die große Überraschung“.

Er und Owens, der jetzt an der Florida State University in Tallahassee tätig ist, kamen zu dem Schluss, dass während des mehrere Tage dauernden transatlantischen Fluges des Staubs immer mehr seines reaktiven Eisens verändert wurde - von Säuren und UV-Strahlung angegriffen, die die Mineralien auseinanderdrückten.

„Es gibt photochemische Transformationen, die dazu neigen, das Eisen im Wasser löslicher zu machen“, sagt Lyons. Wenn dieses veränderte Eisen später in den Ozean absinkt, löst es sich auf - und wird von Phytoplankton verschlungen. Das einzige reaktive Eisen, das den Meeresboden erreicht, ist das Zeug, das nicht während des Lufttransports verändert wurde und nicht später verschlungen wurde. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass je weiter die Wüstenstaub fliegt, desto weniger von diesem Eisen übrig bleibt.

Indem Staub-abgeleitetes Eisen Phytoplanktonblüten hervorbringt, könnte es auch kleine Fische und andere Tiere ernähren, die von Plankton weiden, sowie die Räuber, die die Weider aufnehmen. Eine kürzlich durchgeführte Studie deutete darauf hin, dass der Atlantik-Bonito, ein wichtiger kommerzieller Fisch, von den Gebieten angezogen wird, in denen sich Saharastaub abgelagert hat.

Die neuen Ergebnisse sind plausibel, da frühere Studien gezeigt haben, dass Eisenmineralien in der Atmosphäre reagieren, sagt Natalie Mahowald, eine atmosphärische Wissenschaftlerin, die Staub an der Cornell University studiert. Ihre Schlussfolgerung „passt zu dem, was ich dachte, dass passiert war“, sagt sie.

Sie weist darauf hin, dass Saharastaub nicht die einzige mögliche Quelle für dieses Eisen ist: Die Proben stammten weit genug nördlich im Atlantik, dass etwas davon von Rauch stammen könnte, von Waldbränden in Nordamerika in den letzten 120.000 Jahren, sagt sie.

Die Identifizierung einer Staubquelle, die tief im Meeresboden begraben ist, kann eine Herausforderung sein. Owens und Lyons versuchten jedoch, den Staubfingerabdruck zu identifizieren, indem sie die Verhältnisse von Eisen zu Aluminium und das Verhältnis von leichten Eisenatomen zu schweren Eisenatomen in ihren Proben maßen. Beide Messungen waren in etwa mit der Art von Staub konsistent, die aus der Sahara stammt, stellten sie fest. Möglicherweise könnte es in Zukunft möglich sein, Sedimente von mehr Standorten im Atlantik zu analysieren, um ein klareres Bild davon zu erhalten, wie der Staub über den Ozean geweht ist und sich chemisch verändert hat.