Unsichtbare Kometenschweife aus Schleim bremsen langsam sinkende Flocken von "marinem Schnee" ab.

WASHINGTON — Winzige, sinkende Schneeflocken an Detritus im Ozean fallen dank des Schleims, der jede Flocke umgibt, laut neuen Beobachtungen langsamer.

Der unsichtbare Schleim bildet "Kometenschweife", die jede Flocke umgeben, berichtete Physiker Rahul Chajwa von der Stanford University am 19. November auf der Tagung der American Physical Society's Division of Fluid Dynamics. Diese Schleimschwänze verlangsamen die Geschwindigkeit, mit der die Flocken fallen. Das könnte die Rate beeinflussen, mit der Kohlenstoff tief in den Ozeanen gebunden wird und die Physik dieses klebrigen Schleims wichtig für das Verständnis des Klimas der Erde machen.

Obwohl Wissenschaftler wussten, dass der Schleim eine Komponente des "marinen Schnees" ist, der im Ozean fällt, hatten sie zuvor seine Auswirkungen auf die Sinkgeschwindigkeit nicht gemessen.

Der marine Schnee besteht aus abgestorbenen und lebenden Phytoplankton, verfallender organischer Materie, Kot, Bakterien und anderen aquatischen Kleinigkeiten, die alle in Schleim eingewickelt sind, der von den Organismen produziert wird. Wie der Schleim, der für die Verstopfung der Atemwege während der Virus-Saison in den Atemwegen bekannt ist, ist der Schleim eine viskoelastische Flüssigkeit (SN: 17.03.2016). Das bedeutet, dass er wie eine Flüssigkeit fließt, aber auch elastisches Verhalten zeigt und sich nach dem Dehnen zurückfedert.

Dieser Unterwasserblizzard ist nicht leicht zu untersuchen. Wenn er im Ozean beobachtet wird, sinken die Partikel schnell aus dem Blickfeld. Im Labor können die Partikel über längere Zeiträume betrachtet werden, aber der Landgang zersetzt den empfindlichen marinen Schnee und tötet die darin lebenden Organismen.

Also bauten Chajwa und Kollegen ein Physiklabor auf dem Meer auf. An Bord eines Forschungsschiffs im Golf von Maine sammelte das Team marine Schneepartikel in Fallen 80 Meter unter der Wasseroberfläche. Dann luden sie ihren Fang in eine Vorrichtung an Bord, die entwickelt wurde, um die fallenden Partikel zu beobachten.

Spitzname "die Schwerkraft-Maschine", ist es ein mit Flüssigkeit gefülltes Rad, das sich dreht, um eine einzelne Flocke im Blickfeld einer Kamera zu halten. Es ist ein bisschen wie ein Hamsterrad für herunterfallende Trümmer. Während die Flocke sinkt, dreht sich das Rad, um den Schnee in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen und so den Schneefall unbegrenzt beobachten zu können. Die Schwerkraft-Maschine wurde selbst auf einem Gimbal montiert, um das Schaukeln des Schiffs zu verhindern.

"Es ist ein sehr schöner Kompromiss zwischen dem echten marinen Schnee, den man im Ozean findet, und dem, was man praktisch im Labor tun kann", sagt Biophysiker Anupam Sengupta von der Universität Luxemburg, der nicht an der Forschung beteiligt war.

Um zu beobachten, wie sich die Flüssigkeit um die Partikel bewegte, fügten die Forscher winzige Perlen in die Flüssigkeit in der Schwerkraft-Maschine ein. Das enthüllte die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms um die Partikel. Die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms wurde in einer kometenschweifförmigen Region um das Partikel herum verlangsamt, wodurch der unsichtbare Schleim sichtbar wurde, der zusammen mit dem Partikel sinkt.

Die Partikel sanken mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 Metern pro Tag. Der Schleim spielte eine große Rolle bei der Sinkgeschwindigkeit. "Je mehr Schleim, desto langsamer sinken die Partikel", sagt Chajwa. Im Durchschnitt verursacht der Schleim, dass die marinen Schneepartikel doppelt so lange wie sonst in den oberen 100 Metern des Ozeans verweilen, stellten Chajwa und Kollegen fest.

Wenn er tief genug sinkt, kann der marine Schnee Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernen. Das liegt daran, dass lebendes Phytoplankton wie Pflanzen Kohlendioxid aufnimmt und Sauerstoff abgibt. Wenn Phytoplankton marine Schnee bildet, nehmen sie den Kohlenstoff zusammen mit sich auf, wenn sie sinken. Wenn eine Flocke den Meeresboden erreicht, kann sie sich in einer Schicht am Boden absetzen, die diesen Kohlenstoff über lange Zeiträume speichert. Je schneller die Partikel sinken, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie es in den Abgrund schaffen, bevor sie von Lebewesen gefressen werden (SN: 23.06.2022).

Die Kenntnis darüber, wie schnell die Partikel sinken, ist wichtig für die Berechnung des Einflusses der Ozeane auf das Klima der Erde und wie sich dies mit der Erderwärmung ändern könnte, sagen die Forscher. Die Ozeane spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf des Planeten (SN: 02.12.2021), und Wissenschaftler schätzen, dass die Ozeane etwa 30 Prozent des von Menschen seit der Industrialisierung freigesetzten Kohlendioxids aufgenommen haben. Chajwa und Kollegen hoffen, dass ihre Ergebnisse dazu beitragen können, Klimamodelle zu verfeinern, die derzeit den Schleim nicht berücksichtigen.

Also ist dieser Schleim nichts zum Niesen. "Wir sprechen über mikroskopische Physik", sagt Manu Prakash, Physiker an der Stanford University und Mitautor der Arbeit, über die auch am 3. Oktober auf arXiv.org berichtet wird. "Aber multipliziere das mit dem Volumen des Ozeans... das ist es, was dir den Maßstab des Problems gibt."