Beitrag nichtlinearer interner Wellen zur marinen Netto-Primärproduktion wurde unterschätzt

Verborgene Wellen, die das Meer nähren

Tief unter der Meeresoberfläche durchzucken unsichtbare Wellen Schichten von Wasser und versorgen still und leise mikroskopische Pflanzen, die Nahrungsnetze im Meer stützen und Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen helfen. Diese Studie zeigt, dass diese Unterwasserwellen, sogenannte nichtlineare interne Wellen, das Wachstum von Meerespflanzen weitaus stärker ankurbeln, als Wissenschaftler bislang annahmen. Das bedeutet, dass satellitengestützte Schätzungen der Ozeanproduktivität in Teilen des Südchinesischen Meeres erheblich zu niedrig sind.

Warum Unterwasserpflanzenwachstum wichtig ist

Meerespflanzen, überwiegend winzige treibende Organismen, die als Phytoplankton bekannt sind, betreiben Photosynthese ähnlich wie Wälder an Land. Ihre Netto-Primärproduktion treibt das Leben im Meer und ist ein wichtiger Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs, da sie Kohlendioxid aufnehmen und so das Klima mitregulieren. Da Schiffe nur einen kleinen Bruchteil des Ozeans direkt beproben können, schätzen Forscher diese Produktion meist aus dem All, indem sie das grüne Pigment Chlorophyll an der Oberfläche messen und in Modelle einspeisen. Diese Modelle gehen jedoch davon aus, dass das, was an der Oberfläche sichtbar ist, die Menge an Pflanzenmaterial in der gesamten lichtdurchfluteten Schicht des Ozeans widerspiegelt.

Unsichtbare Wellen mit großen Effekten

Im nördlichen Südchinesischen Meer ziehen mächtige interne Wellen häufig entlang der Grenzen zwischen leichterem warmen Wasser und schwererem kaltem Wasser, besonders in der Nähe von Merkmalen wie dem Dongsha-Atoll. Diese Wellen treten nicht als dramatische Brecher auf, können aber ganze Wasserschichten um Dutzende Meter anheben oder absenken und die Wassersäule durchmischen. Die Forscher verglichen dieses aktive Gebiet mit einer nahegelegenen Tiefsee-Station, an der interne Wellen schwach sind. An der Oberfläche wirkten beide Orte ähnlich und relativ arm an Chlorophyll. Tiefer jedoch enthielt die Region mit starken internen Wellen eine deutlich dickere, reichere Schicht von Phytoplankton, obwohl Satellitenbilder allein diesen Unterschied nicht zeigen würden.

Wie Vermischung eine subsurface Pflanzen-Schicht aufbaut

In wellendominierter See lagen die höchsten Chlorophyllkonzentrationen weit unter der Oberfläche, rund um und unterhalb der Basis der durchmischten oberen Schicht. Turbulenzmessungen zeigten, dass interne Wellen die vertikale Durchmischung stark erhöhten und nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe in die lichtdurchflutete Zone hinaufzogen, wo Phytoplankton wachsen kann. Das Ergebnis war ein ausgeprägteres „subsurface maximum“ im Chlorophyll: In der Region mit internen Wellen war die insgesamt durch die lichtdurchflutete Schicht integrierte Chlorophyllmenge um etwa 45 Prozent höher als an der ruhigeren Referenzstation, selbst wenn das gemessene Oberflächenchlorophyll gleich oder geringer war. Effektiv verbarg der Ozean eine beträchtliche Menge zusätzlichen Pflanzenbiomasses unter einer scheinbar armen Oberfläche.

Warum Satellitenmodelle das zusätzliche Wachstum übersehen

Standardmäßige satellitengestützte Modelle, wie das weithin verwendete Vertically Generalized Production Model, basieren auf typischen Beziehungen zwischen Oberflächenchlorophyll und dem gesamten Chlorophyll in der lichtdurchfluteten Schicht. Diese Studie zeigt, dass diese Beziehungen in von internen Wellen dominierten Gebieten nicht gelten: Dieselbe Oberflächenmessung entspricht deutlich mehr Chlorophyll insgesamt. Als die Autoren das Modell mit ihren Feldmessungen anpassten, zeigte sich, dass frühere Arbeiten die Netto-Primärproduktion in der Region mit internen Wellen erheblich unterschätzt hatten. Statt eines Zuwachses von 15 bis 37 Prozent scheinen die Wellen die Produktion während der Warmzeit um etwa 89 Prozent zu steigern.

Überarbeitung des Kohlenstoffbudgets des Ozeans

Hochgerechnet auf die größere Region liefern interne Wellen mindestens 3,57 Billionen Gramm Kohlenstoff pro Jahr in Form neuen Pflanzenwachstums im Südchinesischen Meer, etwa 2 Prozent der sogenannten neuen Produktion des gesamten Beckens. Das ist vergleichbar mit oder größer als der jährliche Einfluss tropischer Wirbelstürme in einem deutlich größeren Teil des westlichen nordpazifischen Raums. Da interne Wellen in vielen Schelfmeeren weltweit häufig vorkommen und unter zunehmender Schichtung des Ozeans durch den Klimawandel möglicherweise stärker werden, dürfte ihr Beitrag zur Ozeanproduktivität und Kohlenstoffaufnahme weit größer sein als derzeit in globalen Schätzungen berücksichtigt.

Fazit für Nicht-Fachleute

Die Arbeit zeigt, dass ein bedeutender Anteil des wichtigsten Pflanzenwachstums im Ozean im Verborgenen stattfindet, angetrieben von Unterwasserwellen, die Nährstoffe aufwirbeln, ohne offensichtliche Spuren an der Oberfläche zu hinterlassen. Indem sie sich ausschließlich auf die Oberflächenfarbe stützen, haben bestehende Satellitenmodelle in bestimmten wellenreichen Gebieten fast die Hälfte dieses zusätzlichen Wachstums verpasst. Diese verborgenen Beiträge zu erkennen und besser zu berücksichtigen, ist entscheidend für genauere Bewertungen mariner Ökosysteme und ihrer Rolle bei der Abschwächung des Erdklimas.

Zitation: Pan, X., Ho, TY., Wong, G.T.F. et al. Contribution of non-linear internal waves to marine net primary production has been underestimated. Sci Rep 16, 14497 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45238-1

Schlüsselwörter: interne Wellen, Ozeanproduktivität, Südchinesisches Meer, Phytoplankton, Kohlenstoffkreislauf