WASHINGTON – Winzige, sinkende Detritusflocken im Ozean fallen dank der Schleimschicht, die jede Flocke umgibt, langsamer, wie neue Beobachtungen zeigen.
Der unsichtbare Schleim bildet „Kometenschweife“, die jede Flocke umgeben, berichtete der Physiker Rahul Chajwa von der Stanford University am 19. November auf der Tagung der Division of Fluid Dynamics der American Physical Society. Diese Schleimschwänze verlangsamen die Geschwindigkeit, mit der die Flocken fallen. Das könnte sich auf die Geschwindigkeit auswirken, mit der Kohlenstoff tief in den Ozeanen gebunden wird, was die Physik dieser klebrigen Masse für das Verständnis des Erdklimas wichtig macht.
Obwohl Wissenschaftler wussten, dass der Schleim ein Bestandteil des „Meeresschnees“ ist, der in den Ozean fällt, hatten sie seinen Einfluss auf die Sinkgeschwindigkeit bisher noch nicht gemessen.
Meeresschnee besteht aus totem und lebendem Phytoplankton, verrottendem organischem Material, Fäkalien, Bakterien und anderen aquatischen Kleinigkeiten, die alle in Schleim eingewickelt sind, der von den Organismen produziert wird. Wie der Schleim, der während der Atemwegsvirus-Saison dafür bekannt ist, die Atemwege zu verstopfen, ist der Schleim eine sogenannte viskoelastische Flüssigkeit (SN: 17.03.16). Das ist etwas, das wie eine Flüssigkeit fließt, aber auch ein elastisches Verhalten zeigt und nach einer Dehnung zurückspringt.
Dieser Unterwasser-Schneesturm ist nicht leicht zu studieren. Bei der Beobachtung im Ozean sinken die Partikel schnell außer Sichtweite. Im Labor können die Partikel über längere Zeiträume beobachtet werden, aber die Wanderung an Land zersetzt den empfindlichen Meeresschnee und tötet die lebenden Organismen darin ab.
Also bauten Chajwa und Kollegen ein Physiklabor auf See. An Bord eines Forschungsschiffs im Golf von Maine sammelte das Team Meeresschneepartikel in Fallen 80 Meter unter der Wasseroberfläche. Dann luden sie ihren Fang in ein Gerät an Bord, das den Fall der Partikel beobachten sollte.
Mit dem Spitznamen „Schwerkraftmaschine“ handelt es sich um ein mit Flüssigkeit gefülltes Rad, das sich dreht, um eine einzelne Flocke im Blickfeld einer Kamera zu halten. Es ist ein bisschen wie ein Hamsterrad für herabfallende Trümmer. Während die Flocke sinkt, dreht sich das Rad, um den Schnee in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, sodass der Schneefall unbegrenzt beobachtet werden kann. Die Schwerkraftmaschine selbst war auf einem Kardangelenk montiert, das ein Schwappen durch das Schaukeln des Schiffes verhindern sollte.
„Es ist ein sehr schöner Kompromiss zwischen dem echten Meeresschnee, den man im Meer bekommt, und dem, was man praktisch im Labor machen kann“, sagt Biophysiker Anupam Sengupta von der Universität Luxemburg, der nicht an der Forschung beteiligt war.
Um zu beobachten, wie die Flüssigkeit um die Partikel herumfließt, fügten die Forscher in der Schwerkraftmaschine winzige Kügelchen in die Flüssigkeit ein. Das zeigte die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsflusses um die Partikel herum. Die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsflusses wurde in einem kometenschweifförmigen Bereich um das Partikel herum verlangsamt, wodurch der unsichtbare Schleim sichtbar wurde, der zusammen mit dem Partikel absinkt.
Die Partikel sanken mit einer Geschwindigkeit von bis zu 200 Metern pro Tag. Der Schleim spielte eine große Rolle bei der Sinkgeschwindigkeit. „Je mehr Schleim, desto langsamer sinken die Partikel“, sagt Chajwa. Im Durchschnitt führt der Schleim dazu, dass die Meeresschneepartikel in den oberen 100 Metern des Ozeans doppelt so lange verweilen wie sonst, stellten Chajwa und Kollegen fest.
Wenn er tief genug fällt, kann Meeresschnee Kohlenstoff aus der Atmosphäre binden. Das liegt daran, dass lebendes Phytoplankton wie Pflanzen Kohlendioxid aufnimmt und Sauerstoff abgibt. Wenn Phytoplankton Meeresschnee bildet, nimmt es beim Absinken diesen Kohlenstoff mit. Wenn eine Flocke den Meeresboden erreicht, kann sie sich am Boden als Schaum absetzen, der den Kohlenstoff über lange Zeiträume speichert. Je schneller die Partikel sinken, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie den Abgrund erreichen, bevor sie von Lebewesen gefressen werden (SN: 23.06.22).
Zu wissen, wie schnell die Partikel sinken, ist wichtig, um die Auswirkungen des Ozeans auf das Erdklima zu berechnen und wie sich diese mit der Klimaerwärmung ändern könnten, sagen die Forscher. Die Ozeane sind wichtige Akteure im Kohlenstoffkreislauf des Planeten (SN: 02.12.21) und Wissenschaftler schätzen, dass die Ozeane seit der Industrialisierung etwa 30 Prozent des vom Menschen freigesetzten Kohlendioxids aufgenommen haben. Chajwa und Kollegen hoffen, dass ihre Ergebnisse zur Verfeinerung von Klimamodellen genutzt werden können, die den Schleim derzeit nicht berücksichtigen.
Dieser Schleim ist also nicht zu verachten. „Wir sprechen über mikroskopische Physik“, sagt der Stanford-Physiker Manu Prakash, Mitautor der Arbeit, worüber auch in einem am 3. Oktober bei arXiv.org eingereichten Artikel berichtet wird. „Aber multiplizieren Sie das mit dem Volumen des Ozeans … dann erhalten Sie das Ausmaß des Problems.“