BGC-Argo-Drifter zeigt Verschiebungen im Stickstoff-Kohlenstoff-Kreislauf in einer sauerstoffarmen Zone

Warum verborgene Ozeanzonen wichtig sind

Tief unter der Meeresoberfläche liegen weite Wasserschichten, die fast völlig ohne Sauerstoff sind. Diese sauerstoffarmen Regionen steuern still und leise, wie viel des für Leben wichtigen Stickstoffs und des klimawirksamen Kohlenstoffs durch das Meer zirkulieren und in die Atmosphäre zurückgelangen. Diese Studie verfolgt für fast drei Jahre einen robotischen Drifter im östlichen tropischen Nordpazifik und zeigt, dass die Chemie in diesen verborgenen Schichten weitaus veränderlicher ist, als Forscher früher annahmen. Die Arbeit demonstriert, wie Phasen starker Oberflächenproduktivität, wirbelnde Wirbel und mikroskopische Mikroben gemeinsam das Gleichgewicht von Stickstoff und Kohlenstoff im Ozean im Zeitverlauf umformen.

Ein Roboterdrift im sauerstoffarmen Meer

Die Forschenden setzten einen autonomen biogeochemischen Argo-Drifter im östlichen tropischen Nordpazifik aus, einer Region, die für eine ausgeprägte sauerstoffarme Zone bekannt ist. Der Drifter tauchte wiederholt durch die Wassersäule und erfasste Sauerstoff, Nitrat, Nitrit, pH-Wert sowie organisch-kohlenstoffreiche Partikel. Über fast drei Jahre erlebte er La Niña-, neutrale und starke El-Niño-Bedingungen. Während dieser Zeit blieb ein mitteltiefer Bereich von etwa 100 bis mehr als 800 Metern extrem sauerstoffarm, was bestätigt, dass diese Region ein langlebiger Hotspot für Stickstoffverluste ist.

Ein verblassendes chemisches Signal in der Dunkelheit

Innerhalb dieses sauerstoffarmen Bandes konzentrierte sich das Team auf Nitrit, eine kurzlebige Stickstoffform, die auftritt und verschwindet, wenn Mikroben Nitrat und andere Verbindungen statt Sauerstoff atmen. Zu Beginn der Aufzeichnung gab es eine ausgeprägte Schicht mit Nitritanreicherung, ein Hinweis darauf, dass Mikroben Nitrat schneller zu Nitrit umwandelten, als es verbraucht werden konnte. Im Verlauf der Jahre 2023 und 2024 sanken die Nitritwerte jedoch stetig und lagen zeitweise unterhalb der Messgrenze. Gleichzeitig nahm der pH-Wert ab und die Karbonatsättigungshorizonte verschoben sich, was auf eine erhöhte Kohlendioxidproduktion und eine veränderte Pufferkapazität des Wassers hinweist. Diese Veränderungen traten über ein weites Gebiet auf: Ein zweiter, nahegelegener Drifter registrierte denselben Nitritrückgang, was auf eine regionale Verschiebung statt auf ein lokales Kuriosum hindeutet.

Oberflächenblüten und wirbelnde Wirbel

Die Sensoren des Drifters zeigten zudem starke Schwankungen bei pflanzenähnlichem Plankton und organischen Partikeln in der Nähe der Oberfläche. Saisonale Blüten und eine besonders produktive Phase im Spätsommer 2022 beluden den Oberen Ozean mit organischem Material. Wirbel – große rotierende Wassermassen – hoben periodisch nährstoffreiches Tiefenwasser näher ans Sonnenlicht, nährten diese Blüten und erhöhten Chlorophyll und partikulären organischen Kohlenstoff. Diese Ereignisse stärkten nicht nur das Leben an der Oberfläche, sondern veränderten auch die chemische Zusammensetzung der ins sauerstoffarme Band sinkenden Wassermassen und damit die „Nahrungs“-Verfügbarkeit für Mikroben, die in der Dunkelheit Stickstoffverluste und Kohlenstofffreisetzung antreiben.

Mikrobielle Wege ordnen sich im Zeitverlauf neu

Um zu entschlüsseln, welche mikrobiellen Prozesse am aktivsten waren, nutzten die Forschenden ein stöchiometrisches Massenbilanzmodell, das Änderungen in Nitrat, Nitrit, Kohlendioxid und Alkalinität verknüpft. Die Analyse zeigte, dass ein Schritt – die Reduktion von Nitrat zu Nitrit – unter allen Bedingungen die Stickstoffumwandlungen dominierte. Andere Pfade verlagerten sich jedoch mit Tiefe und Zeit. Wenn Nitrit reichlich vorhanden war, waren Nitritoxidation und Nitratreduktion besonders stark. Während der Episode mit hohem organischem Kohlenstoff wurden Denitrifikation und Anammox, die gebundenen Stickstoff in inertes Stickstoffgas umwandeln, angeregt, während die Nitritoxidation schwächer wurde. Unter späteren, nitritarmen Bedingungen gewann die Denitrifikation an Bedeutung, was auf stärker reduzierende Verhältnisse hinweist, die die vollständige Entfernung von Stickstoff aus dem System und die Produktion von Treibhausgasen wie Distickstoffmonoxid begünstigen.

Was das für den sich verändernden Ozean bedeutet

Dieser lange, detaillierte Datensatz zeigt, dass sauerstoffarme Zonen keine ruhigen, stabilen „Todeszonen“ sind, sondern dynamische Umgebungen, in denen sich Stickstoff- und Kohlenstoffpfade kontinuierlich neu ordnen. Verschiebungen in der Planktonproduktivität, der Versorgung mit organischem Material und der physikalischen Durchmischung durch Wirbel können das Gleichgewicht zwischen der Verfügbarkeit von Stickstoff für das marine Leben und dessen Verlust an die Atmosphäre kippen und zugleich beeinflussen, wie viel Kohlendioxid diese Wassermassen speichern oder freisetzen. Da mit dem Klimawandel eine Ausdehnung sauerstoffarmer Regionen erwartet wird, werden autonome Drifter und ähnliche Instrumente entscheidend sein, um diese verborgenen Transformationen zu verfolgen und Vorhersagen darüber zu verbessern, wie sich Ozeanchemie, Produktivität und Treibhausgasemissionen entwickeln könnten.

Zitation: Bif, M.B., Kelly, C., Altabet, M.A. et al. BGC-Argo float reveals shifts in nitrogen-carbon cycling in an oxygen-deficient zone. Commun Earth Environ 7, 294 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03410-5

Schlüsselwörter: sauerstoffarme Zonen, mariner Stickstoffkreislauf, biogeochemische Argo-Drifter, ozeanischer Kohlenstoffkreislauf, Östlicher Tropischer Nordpazifik