Geschichte der Ostsee-Hypoxie rekonstruiert mit Muschelschalen

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd R. Schöne
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406557478

Bodennahe Hypoxie (weniger als 2 mg/L gelöster Sauerstoff, DO) stellt ein wachsendes Umweltproblem in küstennahen und küstenfernen Regionen dar. Starke und langanhaltende Sauerstoffverarmung kann lethal für bodenlebende Organismen sein, benthische Lebensgemeinschaften und Ökosysteme zerstören und zu Todeszonen führen. Die räumliche Verbreitung, Intensität und Dauer von Hypoxie in der Ostsee, Heimat der weltweit größten sauerstoffarme Zone, haben im letzten Jahrhundert massiv zugenommen. Mangels Daten ist das zeitliche und räumliche Vorkommen küstennaher Sauerstoffverarmung wesentlich weniger charakterisiert als in tieferen Bereichen. Die Hauptfrage betrifft jedoch die Ursachen der drastischen Ausdehnung der Hypoxie in der Ostsee. Welche Rolle spielen Dichte-Stratifizierung und Eutrophierung genau? Eine Halocline verhindert die Durchlüftung tieferer Wasserschichten. Sie wird aufrecht erhalten durch Süßwassereintrag über Flüsse und Niederschlag sowie salzhaltige Einströmungen der Nordsee. Umgekehrt hat anthropogener Nährstoffeintrag die Primärproduktion stark stimuliert und mit ihr den Verbrauch von Sauerstoff beim Abbau vermehrt anfallender organischer Substanz. Um ein mechanistisches Verständnis dieser komplexen Prozesse zu erlangen sind lange, hochaufgelöste Datensätze nötig, die aber bislang nicht verfügbar sind. Tatsächlich fehlen langzeitliche Beobachtungsdaten von DO, und die Kenntnis der Geschichte der Ostsee-Hypoxie (vor Aufnahme instrumenteller Messungen) beruht zum Großteil auf Proxy-Daten laminierter Sedimente. Obgleich letztere einzigartige Einblicke in langzeitliche DO Trends bieten, liefern sie keine hohe Auflösung, keine Daten aus Flachwassergebieten und keine quantifizierbaren DO-Daten.Hauptziel geplanter Studien ist es, ein nahezu ungenutztes Archiv für Hypoxie und Eutrophierungsstatus zu etablieren, nämlich Schalen langlebiger Muscheln. Wir wollen einen Multiproxy-Ansatz für die Rekonstruktion von DO entwickeln (basierend auf Mn/Ca, Fe/Ca, I/Ca, delta34S) und diese Methode zur Rekonstruktion der spätholozänen Geschichte der Hypoxie in gewählten Bereichen der Ostsee einsetzen, und das mit beispielloser zeitlicher Auflösung. Dazu sollen Schalen lebender und subfossiler Muscheln (Arctica islandica, Astarte borealis) zum Einsatz kommen. Masterchronologien sollen entwickelt werden, mit deren Hilfe sich die DO-Gehalte der letzten 200 Jahre saisonal und jährlich aufgelöst rekonstruieren lassen. Weiterhin 14C(AMS)-datierte subfossile Schalen einen Einblick in vorindustrielle Zustände liefern. Um die relative Bedeutung physikalischer Forcings und anthropogener Eutrophierung auf die Ausdehnung der hypoxischen Zone in jüngster Vergangenheit zu evaluieren, sollen auch Proxies für den eutrophen Status (delta15N, P/Ca) entwickelt und angewendet werden. Ergebnisse geplanter Untersuchungen können auf andere Meeresräume übertragen werden und dadurch die marine ökologische Forschung signifikant voranbringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen