Transiente entgletschungsbedingte Simulationen entwirren die Ursachen der Sapropelbildung im Mittelmeer

Als ein sonniges Meer zur Tiefsee-Todeszone wurde

Heute ist das Mittelmeer ein beliebtes Urlaubsziel, doch in nicht allzu ferner Vergangenheit wurden seine Tiefen fast sauerstofffrei und bildeten dicke, dunkle, organisch-reiche Schlammschichten, sogenannte Sapropel. Zu verstehen, wie diese Verwandlung zustande kam, ist mehr als eine Kuriosität alter Meere: Es zeigt, wie langsame Veränderungen des Meeresspiegels, des Klimas und des Lebens an der Oberfläche über Jahrtausende ganze marine Ökosysteme umgestalten können und gibt Hinweise darauf, wie moderne Ozeane auf anhaltende Erwärmung reagieren könnten.

Ein natürliches Labor für vergangenen Klimawandel

Das Mittelmeer wird oft als verkleinertes Ozeanmodell beschrieben, eng verknüpft mit afrikanischen Monsunsystemen und dem europäischen Wetter. Weil es nahezu abgeschlossen ist und nur durch die schmale Straße von Gibraltar mit dem Atlantik austauscht, reagiert es stark auf Änderungen von Niederschlag, Flusszufuhr und globalem Meeresspiegel. Sedimentkerne vom Meeresboden dokumentieren wiederkehrende Episoden in den letzten 450.000 Jahren, in denen tiefes Wasser Sauerstoff verlor und dunkle Sapropelschichten entstanden. Die jüngste dieser Schichten, S1 genannt, bildete sich zwischen etwa 10.800 und 6.100 Jahren v. Chr. (gemeint: vor heute), zeitgleich mit der üppigen, regenreichen Phase Nordafrikas, der Afrikanischen Feuchteperiode. Wissenschaftler vermuteten lange, dass stärkere Monsune und erhöhte Flusszuflüsse eine Schlüsselrolle spielten, doch bis jetzt war es schwierig, die kombinierten Effekte von Meeresspiegelanstieg, Temperaturveränderungen und Nährstoffzufuhr auseinanderzuhalten.

Das große Abschmelzen der letzten Eiszeit noch einmal abspielen

Um diese Treiber zu entwirren, nutzten die Autorinnen und Autoren ein detailliertes Computermodell, das Wasserbewegungen und Chemie in drei Dimensionen für das gesamte Mittelmeer von der letzten maximumkühlen Phase vor 21.000 Jahren bis 1949 n. Chr. simuliert. Auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit war der Meeresspiegel deutlich niedriger und die Verbindung zum Atlantik flacher, dennoch blieben die tiefen Ostbecken gut durchlüftet und sauerstoffreich. Kalte Temperaturen verlangsamten den Abbau absinkender organischer Substanz, sodass sich Nährstoffe in der Tiefe ansammeln konnten, doch die Sauerstoffwerte erinnerten an heutige Verhältnisse, sodass noch keine Sapropelbildung möglich war. Als das Klima zu erwärmen begann und Eisschilde schmolzen, stieg der Meeresspiegel und die Dichte der Oberflächengewässer nahm allmählich ab. Das schwächte die Überturn-Zirkulation, die normalerweise die Tiefen mit frischem, sauerstoffreichem Wasser erneuert — und legte damit über Jahrtausende den Grundstein für den Sauerstoffverlust in der Tiefe.

Wie Flüsse, Erwärmung und ruhige Gewässer zusammenwirkten

Zwischen etwa 15.000 und 7.000 Jahren v. Chr. griffen mehrere Prozesse ineinander. Steigende Meere vertieften die Straße von Gibraltar, erhöhten zwar den Austausch mit dem Atlantik, verringerten aber die Verweilzeit der Oberflächenwässer für Verdunstung im Becken, wodurch deren Neigung zu sinken abgeschwächt wurde. Gleichzeitig senkte Schmelzwasser, das in Nordatlantik und Mittelmeer gelangte, die Salinität und stabilisierte die Wassersäule weiter. Als die Afrikanische Feuchteperiode einsetzte, lieferten stärkere Flüsse — besonders der Nil — deutlich mehr Nährstoffe in das östliche Becken. Das Leben an der Oberfläche blühte auf und mehr organische Partikel regneten in die Meeresinnenbereiche. Weil die Tiefen noch relativ kalt waren, zersetzten Mikroben dieses Material langsamer und in größeren Tiefen und verbrauchten dort Sauerstoff, wo die Erneuerung durch Durchmischung bereits unterdrückt war. In den Simulationen fielen die Sauerstoffwerte unter etwa 1000 Meter allmählich, und zwischen etwa 10.400 und 7.000 Jahren v. Chr. wurde das tiefe östliche Mittelmeer anoxisch, während der organische Kohlenstofffluss zum Meeresboden um eine Größenordnung anstieg — ein Ergebnis, das mit den Sedimentaufzeichnungen des Sapropels S1 übereinstimmt.

Andere Verdächtige testen und das Uhrwerk des Wandels

Die Forschenden führten zusätzliche „Was-wäre-wenn“-Experimente durch, um physikalische von biologischen Einflüssen zu trennen. Schalteten sie die zusätzliche Nährstoffanreicherung aus afrikanischen Flüssen aus, behielten aber Klima- und Meeresspiegeländerungen bei, blieben die Tiefen sauerstoffreich: Physikalische Veränderungen erklärten fast die Hälfte des beobachteten Sauerstoffrückgangs, drängten das System aber nicht in vollständige Anoxie. Umgekehrt führte die Zugabe starker Nährstoffzuflüsse in ein modernes, wärmeres und weniger dichtes Tiefenmeer kaum zu Sauerstoffverlust, weil kräftige Durchmischung und schnellere mikrobielle Aktivität organische Substanz höher in der Wassersäule zersetzten. Ein separater Test eines vorgeschlagenen Süßwasserüberlaufs aus dem Schwarzen Meer zeigte nur eine geringe, kurzzeitige Wirkung auf den Tiefensauerstoff. Ein einfaches lineares Modell bestätigte, dass Sapropelbildung sowohl eine lange Phase zunehmender Schichtung als auch eine große kumulative Zulieferung organischer Substanz in tiefe Schichten erfordert, wobei kalte Temperaturen helfen, dass das Material tiefer absinkt, bevor es zersetzt wird.

Was dieses alte Ereignis über die Zukunft verrät

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der hauptsächliche Auslöser für das Sapropel S1 der allmähliche Auftriebgewinn der Oberflächengewässer war — getrieben vom entgletschungsbedingten Meeresspiegelanstieg und der Erwärmung — der die Tiefenbelüftung schwächte, lange bevor Sedimente eine Veränderung zeigten. Erhöhte flussbedingte Nährstoffe während der Afrikanischen Feuchteperiode wirkten auf ein inzwischen stagnierendes und kaltes Tiefseebecken und kippten das System in einen anhaltenden anoxischen Zustand, wodurch die heute sichtbare dicke, organisch-reiche Schicht entstand. Zusätzliches Süßwasser aus dem Schwarzen Meer war nicht erforderlich. Für eine erwärmte Zukunft argumentieren die Autorinnen und Autoren, dass sich ähnliche tiefe „Todeszonen“ im Mittelmeer kaum schnell entwickeln dürften: Selbst bei stärkerer Schichtung würde der Übergang zur Anoxie Jahrtausende dauern, und wärmere Gewässer tendieren dazu, den Abbau organischer Substanz in gut belüftete Oberflächenschichten zu verlagern. Die Geschichte des Sapropels S1 unterstreicht damit, wie langsame, verflochtene Veränderungen von Meeresspiegel, Zirkulation und Biologie die Tiefsee über geologische Zeiträume formen.

Zitation: Six, K.D., Mikolajewicz, U. & Schmiedl, G. Transient deglacial simulations unravel the causes of Mediterranean sapropel formation. Commun Earth Environ 7, 258 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03290-9

Schlüsselwörter: Mittelmeer, Sapropel, Entgletscherung, ozeanischer Sauerstoff, Afrikanische Feuchteperiode