Verlust von Meereis treibt einen Regimewechsel in der Stickstoff-Biogeochemie des Arktischen Ozeans

Warum das für unser sich wandelndes Arktis wichtig ist

Der Arktische Ozean erwärmt sich rasch, und das schwindende Meereis gilt oft als sichtbares Zeichen des Klimawandels. Unter der Oberfläche findet jedoch eine andere, weniger offensichtliche Veränderung statt: Die grundlegenden Nährstoffe, die das arktische Meeresleben ernähren, werden umverteilt. Diese Studie zeigt, dass die Arktis einen Schwellenwert überschritten hat, bei dem Stickstoff, eines der wichtigsten Pflanzennährstoffe, in weiten Teilen der Region knapp geworden ist. Dieser stille Wandel könnte beeinflussen, welche Organismen in arktischen Gewässern gedeihen und wie viel Kohlenstoff der Ozean der Atmosphäre entziehen kann.

Ein neues Bild der arktischen Oberflächengewässer

Mithilfe von wiederholten Schiffsmessungen durch die Framstraße zwischen Grönland und Svalbard stellten die Autoren eine 20-jährige Aufzeichnung von Temperatur, Salzgehalt und Nährstoffen in den kalten Polaren Oberflächengewässern zusammen, die aus dem Arktischen Ozean strömen. Um 2009 beobachteten sie einen klaren Bruch im Muster: Die mittleren Nitratwerte in diesen Oberflächengewässern fielen von etwa drei Einheiten auf unter zwei, wobei fast‑null‑Werte deutlich häufiger auftraten. Gleichzeitig verschob sich das Gleichgewicht zwischen verschiedenen Nährstoffen. Das Verhältnis von Stickstoff zu Phosphor sank, während das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff anstieg, was darauf hindeutet, dass Stickstoff statt Licht zur Hauptbremse für das Pflanzenwachstum in diesen Gewässern geworden ist.

Verborgene Aktivität auf dem Meeresboden

Das Team führte diese Verschiebung auf Prozesse auf den breiten, flachen Schelfen vor Sibirien zurück, insbesondere auf die Tschuktschen- und die Ostsibirischen Meere. Wenn mikroskopische Pflanzen an der Oberfläche wachsen und sterben, sinken ihre Überreste ab und werden von Mikroben im Meeresbodenschlamm zersetzt. In sauerstoffarmen, organisch reichen Sedimenten nutzen diese Mikroben Nitrat statt Sauerstoff und wandeln es in Stickstoffgas um – ein Prozess, der als benthische Denitrifikation bekannt ist und verfügbaren Stickstoff dauerhaft aus dem Ozean entfernt. Indem die Autoren veröffentlichte Schätzungen der Primärproduktion auf den einzelnen Schelfen mit Messungen der Denitrifikation aus früheren Studien verknüpften, rekonstruierten sie, wie sich dieser Stickstoffverlust am Meeresboden seit den späten 1990er‑Jahren verändert hat. Ihre Berechnungen zeigen, dass die Stickstoffentfernung auf den sibirischen Schelfen sich über zwei Jahrzehnte etwa verdoppelt hat, mit den größten Zuwächsen auf dem Tschuktschen-Schelf, wo die Produktivität stieg, als das Meereis zurückging.

Strömungen, die ein verändertes chemisches Profil transportieren

Die Geschichte endet nicht auf den Schelfen. Oberflächenströmungen fegen diese veränderten Wassermassen durch die Arktis und schließlich durch die Framstraße hinaus. Um dieser Reise zu folgen, verwendeten die Forscher ein Computermodell, um virtuelle Wasserpakete rückwärts von der Framstraße über zehn Jahre hinweg zu verfolgen. Vor 2009 hatten viele dieser Pakete den größten Teil ihrer Zeit über dem Schelf des Karasees verbracht, wo der Stickstoffverlust moderater ist. Nach 2009 beschleunigte sich die Zirkulation entlang der Schelfkante, und ein größerer Anteil des Wassers, das die Framstraße speist, war über die stark denitrifizierenden Tschuktschen‑ und Ostsibirischen Schelfe geflossen. Infolgedessen verschob sich der chemische „Fingerabdruck“ der Polaren Oberflächengewässer: Ein größerer Anteil des Wassers, das das zentrale Arktische Becken und die Framstraße erreichte, hatte bereits zuvor sein Nitrat verloren.

Von lichtlimitierten zu nährstofflimitierten Meeren

Früher in der Satellitenära korrelierten Zunahmen des arktischen Pflanzenwachstums eng mit der Fläche offenen Wassers, die durch schmelzendes Meereis entstand, was darauf hindeutet, dass Licht der wichtigste begrenzende Faktor war. Die neue Analyse zeigt, dass diese Beziehung nach etwa 2009 zusammenbrach. Auf dem Zuflussschelf des Tschuktschen Meeres steigt die Produktivität weiter, da das Eis zurückgeht und pazifische Wasserfrischlieferungen Nährstoffe zuführen. Flussabwärts jedoch, über das Ostsibirische, Laptew‑ und Karasee bis in die zentrale Arktis, ist das Pflanzenwachstum trotz mehr offenem Wasser ins Stocken geraten oder sogar zurückgegangen. Dieses Muster stimmt mit dem beobachteten Nitratabfall überein und deutet auf ein neues Regime hin, in dem die Versorgung mit verfügbarem Stickstoff statt des Sonnenlichts die Obergrenze der Produktivität in großen Teilen des Arktischen Ozeans bestimmt.

Was das für das arktische Leben bedeutet

Insgesamt legen die Beobachtungen und Modellrechnungen nahe, dass der Arktische Ozean einen kipptähnlichen Schwellenwert in seinen Nährstoffkreisläufen überschritten hat. Die benthische Denitrifikation auf einigen wenigen Schlüssel‑Schelfen entfernt inzwischen eine Stickstoffmenge, die mit dem gesamten aus dem Pazifik zufließenden Nitrat vergleichbar ist, wodurch das Innere der Arktis chronisch stickstoffarm wird. Unter diesen niedrigen Stickstoffbedingungen neigen kleinere Phytoplanktonarten, die mit knappen Nährstoffen besser zurechtkommen, dazu, größere, siliziumreiche Kieselalgen zu verdrängen, und das Nahrungsnetz kann sich hin zu mehr Recycling und weniger Export in die Tiefe verschieben. Solche Veränderungen werden bereits in Regionen wie dem Tschuktschen Meer und der Framstraße berichtet. Zwar könnten andere Stickstoffquellen wie atmosphärische Einträge oder stickstofffixierende Mikroben an Bedeutung gewinnen, doch dürften sie die aktuellen Verluste kaum ausgleichen. Für Beobachter ohne Spezialwissen ist die Botschaft klar: Wenn das arktische Meereis verschwindet, wird die unsichtbare Grundlage seines marinen Ökosystems still und nachhaltig umgestaltet – mit langfristigen Folgen für das Leben im hohen Norden.

Zitation: Santos-García, M., Ganeshram, R.S., Oziel, L. et al. Sea ice loss drives a regime shift in Arctic Ocean nitrogen biogeochemistry. Commun Earth Environ 7, 442 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03569-x

Schlüsselwörter: Arktischer Ozean, Verlust von Meereis, Stickstoffkreislauf, benthische Denitrifikation, Primärproduktion