Der Eisenkreislauf im Ozean, Rolle im Klimasystem und Beeinflussung durch Staub, Ozeanzirkulation und Biologie

Eine wesentliche Erkenntnis in der Meeresforschung der letzten drei Dekaden war die wichtige Rolle von Eisen im marinen Kohlenstoffkreislauf, und - da dieser den Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre zu grossen Teilen bestimmt - im Klima. Eisen ist ein essentieller Mikronährstoff, nicht nur für Pflanzen; ein Mangel an Eisen schränkt gegenwärtig das Wachstum von Phytoplankton in mehr als 30% der Weltozeane ein, und dies obwohl Eisen eines der häufigsten Elemente der Erdkruste ist. Der Grund hierfür ist die extrem geringe Löslichkeit von Eisenhydroxiden in oxischem Meerwasser, die dazu führt, dass gelöstes Eisen eine starke Tendenz hat, sich an Partikel anzusetzen und so gegenüber den anderen löslicheren Nährstoffen, wie Nitrat oder Phosphat abgereichert wird. Die zentrale Rolle von Eisen im marinen Kohlenstoffkreislauf bietet Möglichkeiten für Rückkopplungen mit dem Klima. Ein Beispiel hierfür ist etwa die Hypothese, dass ein erhöhter Eiseneintrag über Staub im trockenen und kalten Klima der Eiszeiten beigetragen hat zu einer größeren Speicherung von Kohlenstoff im Ozean und so zu einer weiteren Abkühlung. Globale biogeochemische Modelle sind jedoch stark auf die Darstellung der gegenwärtigen Eisenverteilung hinoptimiert, was ihre Aussagefähigkeit für andere Klimazustände einschränkt. Das liegt daran, dass eine Reihe von Prozessen, die im Eisenkreislauf eine grosse Rolle spielen, komplex sind und in den Modellen oft sehr einfach parameterisiert werden. Beispiele hierfür sind etwa die Rolle von Kolloiden und Mikropartikeln beim Verlust von Eisen aus der gelösten Phase, der Einfluß von organischen Molekülen zu der Löslichkeit von Eisen, oder der Beitrag von Photochemie bei der Lösung von Eisen aus Staubpartikeln