NASA-Satelliten helfen bei der Überwachung von Nährstoffmangel in den Ozeanen: das Beispiel der El-Niño-Ereignisse

Eine aktuelle Studie hat gezeigt, dass der Nährstoffstress in den Weltmeeren in engem Zusammenhang mit den Jahreszeiten und großen Klimazyklen wie El Niño und La Niña steht.

Eine flache Weltkarte zeigt Meeresregionen, die rot eingefärbt sind, um einen erhöhten Planktonstress aufgrund von Nährstoffmangel anzuzeigen. Durch die Erwärmung der Gewässer wird der Auftrieb verringert, was bei marinen Mikroorganismen aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit lebenswichtiger Nährstoffe zu Stress führt. Rot kennzeichnet Regionen, in denen der größte nährstoffbedingte Stress herrscht. Bildquelle: Kel Elkins/NASA Scientific Visualization Studio.

Eine neue Studie, die Satellitenbeobachtungen der NASA, ozeanografische Forschungen und genetische Untersuchungen von Meeresmikroorganismen kombiniert, hat Hinweise darauf gefunden, dass die Erwärmung der Meeresgewässer die Nährstoffverfügbarkeit in weiten Teilen der Weltmeere einschränken könnte. Die Forscher berichten, dass dieser Nährstoffmangel mikroskopisch kleine Meeresorganismen beeinträchtigt und im Laufe der Zeit Auswirkungen auf die marinen Ökosysteme haben könnte.

Meeresnährstoffe in immer wärmer werdenden Meeren

Die am 5. Juni 2026 in Science Advances veröffentlichte Studie untersuchte den Zustand des Phytoplanktons, das die Grundlage der Nahrungsnetze im Ozean bildet. Anstatt Nährstoffe wie Stickstoff, Eisen und Phosphor direkt zu messen, leiteten die Forscher Stresszustände ab, indem sie subtile Veränderungen im Verhältnis von Kohlenstoff zu Chlorophyll im Phytoplankton verfolgten, die aus dem Weltraum beobachtet wurden. Wenn der Chlorophyllgehalt im Verhältnis zum Kohlenstoff sinkt, wie aus den Satellitendaten ersichtlich ist, ist dies ein Zeichen dafür, dass das Plankton unter Stress steht.

„Da sich unsere Ozeane ständig verändern, wird die Fähigkeit, die Meeresbedingungen durch kontinuierliche, hochwertige Fernerkundungsbeobachtungen zu beobachten und zu überwachen, wichtiger denn je“, sagte Laura Lorenzoni, Wissenschaftlerin im Programm für Meeresbiologie und Biogeochemie der NASA am Hauptsitz der NASA in Washington. „Dies ist von entscheidender Bedeutung, da Planktongemeinschaften die Grundlage des marinen Nahrungsnetzes bilden, von dem wichtige wirtschaftliche Aktivitäten abhängen.“

Das Forschungsteam kombinierte Daten aus zwei Jahrzehnten, die vom MODIS-Sensor (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) des NASA-Satelliten „Aqua“ stammen, mit Planktonproben, die während Forschungsfahrten rund um den Globus gesammelt wurden. Dieser Ansatz verband großräumige Satellitenbeobachtungen mit genetischen Markern, die in Prochlorococcus gefunden wurden, einem winzigen, aber weit verbreiteten Meeresmikroorganismus, dessen DNA Anzeichen von Nährstoffmangel aufweist. Das Ergebnis ist eine globale Karte, die zeigt, wo Phytoplankton gedeiht und wo es zu kämpfen hat.

Vom MODIS-Instrument (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) der NASA zwischen 2014 und 2016 beobachtetes Chlorophyll im Ozean. Bildquelle: Marit Jentoft-Nilsen/NASA Goddard Space Flight Center.

Die deutlichsten Anzeichen für Nährstoffmangel beim Plankton zeigten sich in den subtropischen Wirbeln, den ausgedehnten, relativ ruhigen Gebieten des Atlantischen, Pazifischen und Indischen Ozeans. In diesen Gebieten verlangsamt eine Schicht aus warmem Oberflächenwasser die Bewegung des kälteren Wassers, das aus der Tiefsee aufsteigt.

„Wenn sich die Meeresoberfläche erwärmt, entsteht eine sehr stabile Situation, in der sich eine Wasserschicht mit geringer Dichte über einer kälteren, dichteren Schicht befindet“, erklärte Adam Martiny, Mitautor der Studie und Ozeanograph an der University of California, Irvine. „Das haben Sie wahrscheinlich schon einmal erlebt, wenn Sie im Sommer in einem See waren: Das Wasser ist an der Oberfläche sehr warm und in der Tiefe sehr kalt, wenn man die Füße hineinsteckt.“

Diese Schichtung verhindert den Aufwärtsstrom nährstoffreichen Wassers und schränkt so die Verfügbarkeit von Nährstoffen an der Meeresoberfläche ein, die für das Plankton lebenswichtig sind.

Im Südpazifik, einer der nährstoffärmsten Regionen der Welt, trug eine Schicht aus warmem Oberflächenwasser zu einem Mangel an Stickstoff und Eisen bei und führte zu dem vom Team festgestellten schwersten Nährstoffmangel.

Die Forscher waren jedoch überrascht, als sie feststellten, dass einige Gebiete des Nordatlantiks weniger unter Nährstoffmangel litten als erwartet. Zwar wurden Anzeichen für einen Phosphormangel festgestellt, doch waren die Auswirkungen auf die Mikroorganismen relativ gering.

Dieser Unterschied könnte auf die biologischen Eigenschaften der Organismen selbst zurückzuführen sein. Phytoplankton kann einen Phosphormangel teilweise ausgleichen, indem es Phosphor effizienter wiederverwertet oder phosphorreiche Moleküle in seinen Zellen ersetzt. Stickstoffmangel ist schwieriger zu überwinden, da Stickstoff für Proteine und die zellulären Mechanismen unerlässlich ist, die für die Photosynthese und die Nährstoffaufnahme erforderlich sind.

Die Studie ergab, dass Nährstoffmangel in engem Zusammenhang mit den Jahreszeiten und großen Klimazyklen wie El Niño und der Pazifischen Dekadenoszillation steht, die beide zur Erwärmung der Gewässer im gesamten Pazifik beitragen.

Während La-Niña-Ereignissen, die in weiten Teilen des Pazifiks zu einer Abkühlung des Wassers führen, bringt ein stärkerer Auftrieb mehr Nährstoffe an die Wasseroberfläche und verringert in einigen Regionen den Stress. Über diese mehrjährigen Zyklen legte sich jedoch ein längerfristiger Trend.

Zwischen 2002 und 2021 stiegen die durchschnittlichen Meeresoberflächentemperaturen in fast 90 % der in der Studie untersuchten Meeresgebiete an. Im gleichen Zeitraum verschärfte sich der Nährstoffmangel im Allgemeinen, was die seit langem bestehende Hypothese stützt, dass sich erwärmende Ozeane zunehmend schichten und weniger in der Lage sind, Nährstoffe an die Oberfläche zu transportieren.

In vielen nährstoffarmen Regionen der südlichen Hemisphäre fanden Forscher jedoch Hinweise darauf, dass der Nährstoffmangel trotz erheblicher Erwärmung nicht so stark zugenommen hatte wie erwartet. Sie vermuten, dass Mikroben, die Stickstoff aus der Atmosphäre binden können, die Auswirkungen der verminderten Nährstoffvermischung teilweise ausgleichen.

Diese Erkenntnis deutet darauf hin, dass marine Ökosysteme möglicherweise eine größere Anpassungsfähigkeit an die globale Erwärmung besitzen, als manche Modelle vorhersagen. Sie unterstreicht zudem, wie komplex es ist, vorherzusagen, wie die Meeresbiologie auf die fortschreitende Erwärmung reagieren wird.

„Wir verfügen über zwei wirklich leistungsstarke Instrumente“, sagte Michael Behrenfeld, Mitautor der Studie und Biochemiker an der Oregon State University in Corvallis, Oregon. Zu diesen Instrumenten gehören Satellitenbeobachtungen und zelluläre Untersuchungen. „Beide liefern riesige Datensätze, sind aber in gewisser Weise Gegensätze. Wir verfügen über äußerst detaillierte Daten zu mikroskopisch kleinem Phytoplankton … und gleichzeitig über eine globale Abdeckung durch Satelliten.“

Durch die Kombination von Satelliten, die den gesamten Ozean überwachen, mit genetischen Hinweisen aus mikroskopisch kleinem Plankton entwickeln Forscher nach eigenen Angaben eine neue Methode, um biologische Reaktionen auf sich verändernde Umweltbedingungen nahezu in Echtzeit zu verfolgen.

Quelle: NASA

Quellenhinweis:

Adam C. Martiny et al. ,Genomic-to-space measurements reveal large-scale ocean nutrient stress.Sci. Adv.12,eaed8089(2026).DOI:10.1126/sciadv.aed8089
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed8089