Salzfinger tragen erheblich zum diapyknoalen Sauerstofftransport in die Sauerstoff-Mindestzone des östlichen Südpazifiks bei

Warum die verborgenen Sauerstoffwüsten des Ozeans wichtig sind

Tief unter der sonnenbeschienenen Oberfläche des Ozeans liegen ausgedehnte „Sauerstoffminimumzonen“ – Wasserschichten, in denen der Sauerstoff so knapp ist, dass viele Tiere kaum überleben können. Diese verborgenen Wüsten weiten sich mit der Erwärmung des Klimas aus und bedrohen Fischbestände, die marine Biodiversität und die Chemie der Meere. Diese Studie untersucht einen bislang wenig beachteten Prozess, bekannt als Salzfingern, der still und leise frischen Sauerstoff in eine der größten sauerstoffarmen Regionen vor den Küsten Perus und Chiles transportiert und aufzeigt, wie sich diese empfindlichen Lebensräume künftig verändern könnten.

Eine tiefe Zone mit geringem Sauerstoffgehalt

Der östliche Südpazifik beherbergt eine der weltweit umfangreichsten Sauerstoffminimumzonen. Angetrieben durch produktives küstennahes Aufsteigen sind die Oberflächengewässer reich an Leben, doch wenn organisches Material absinkt und zersetzt wird, verbraucht es in der Tiefe Sauerstoff. Etwa zwischen 100 und 450 Metern fallen die Sauerstoffkonzentrationen auf hypoxische oder sogar funktional null Werte ab und bilden eine dicke, erstickende Schicht. Diese Zone liegt zwischen gut belüfteten Wassermassen darüber und darunter, sodass ihr Sauerstoffgehalt davon abhängt, wie effizient Vermischung Sauerstoff über ihre scharfe obere Grenze und ihre graduellere untere Grenze transportiert.

Geschichtete Wassermassen bereiten den Boden

Vor Zentralchile schichten sich drei Wassermassen und erzeugen starke Kontraste in Temperatur und Salzgehalt. In der Nähe der Oberfläche liegt relativ frisches, gut belüftetes Wasser. Darunter befindet sich ein äquatoriales Subsurface-Wasser, das ungewöhnlich salzig und sehr sauerstoffarm ist und den Kern der Sauerstoffminimumzone bildet. Noch tiefer fließt kühleres, frischeres Antarktisches Zwischenwasser, das deutlich mehr Sauerstoff enthält. An den Grenzflächen dieser Schichten machen ihre unterschiedlichen Wärme- und Salz-Eigenschaften die Wassersäule in subtiler Weise instabil und bereiten sie auf eine besondere Form der Durchmischung vor, die als doppelte Diffusion bezeichnet wird.

Salzfinger: winzige Strukturen mit großer Wirkung

Doppelte Diffusion entsteht, weil Wärme und Salz mit unterschiedlichen molekularen Geschwindigkeiten diffundieren. Wenn warmes, salziges Wasser über kühlerem, frischerem Wasser liegt, entweicht Wärme schneller nach unten als Salz. Das führt zur Bildung schmaler, nach unten dringender Plumes salzigen Wassers – den „Salzfingern“ –, während zwischen ihnen kühleres, frischeres Wasser aufsteigt. Mit empfindlichen Mikrostruktur-Profilern, Standard-Temperatur–Salz–Sauerstoff-Kastungen und Strömungsmessern auf drei Expeditionen zwischen 2020 und 2022 maßen die Forscher die Turbulenz und feinstrukturierte Beschaffenheit der Wassersäule in der Nähe des südlichen Randes der Sauerstoffminimumzone. Sie stellten fest, dass knapp unter dem sauerstoffarmen Kern die Bedingungen häufig Salzfinger-Aktivität begünstigen und die daraus resultierende Durchmischung dort um ein bis zwei Größenordnungen stärker sein kann als die übliche schergesteuerte Turbulenz.

Vergleich von Sauerstoffzufuhr von oben und von unten

In der Nähe der oberen Grenze der Sauerstoffminimumzone machen starke vertikale Sauerstoffgradienten diese Grenzfläche zu einem natürlichen Tor für Belüftung von oben. Das Wasser dort ist jedoch stark geschichtet, was turbulente Durchmischung unterdrückt und die effektiven Diffusivitäten niedrig hält. Dagegen weist die untere Grenze, an der Salzfinger auftreten, flachere Sauerstoffgradienten, aber deutlich höhere effektive Diffusivitäten auf. Als das Team seine Turbulenzmessungen mit Sauerstoffprofilen kombinierte, zeigte sich, dass der aufsteigende Sauerstofffluss von unten oft dem absteigenden Fluss von oben entspricht und diesen zeitweise sogar übertrifft. In manchen Zeiträumen trug die durch Salzfinger erzeugte Durchmischung über der unteren Grenze mehr als zwei Drittel der gesamten vertikalen Durchmischung bei, was bedeutet, dass dieser subtile Prozess eine zentrale Rolle dabei spielt, den im Inneren der sauerstoffarmen Schicht vorhandenen Sauerstoff zu erhalten.

Was das für einen sich verändernden Ozean bedeutet

Die Ergebnisse widerlegen die vereinfachte Vorstellung, dass Sauerstoffminimumzonen hauptsächlich von oben belüftet werden. Stattdessen zeigen sie, dass persistente Salzfinger-Durchmischung in der Tiefe eine kontinuierliche, von unten kommende Sauerstoffzufuhr liefern kann, die mit der von oben vergleichbar ist oder diese übertrifft. Da die Temperatur- und Salzstruktur, die Salzfingern antreibt, in großen Regionen des östlichen Südpazifiks stabil zu sein scheint, wirkt dieser Mechanismus wahrscheinlich über ausgedehnte Gebiete und lange Zeiträume, und ähnliche Bedingungen bestehen in anderen Auftriebssystemen weltweit. Um genau vorherzusagen, wie sich diese sauerstoffarmen Zonen in einem sich erwärmenden und deoxygenierenden Ozean ausdehnen oder zurückziehen werden, müssen Klima- und Ozeanmodelle Salzfinger und andere feinräumige Mischprozesse einbeziehen – nicht nur die bekannteren Formen der Oberflächenturbulenz.

Zitation: Pinto-Juica, M., Pizarro, O., Rodríguez-Santana, Á. et al. Salt fingers contribute substantially to diapycnal oxygen transport into the oxygen minimum zone of the eastern South Pacific. Commun Earth Environ 7, 175 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03194-8

Schlüsselwörter: Sauerstoffminimumzonen, Salzfinger, ozeanische Vermischung, östlicher Südpazifik, Ozean-Deoxygenierung