Das Treibhausgas, das im Schwarzen Meer gefangen ist

Lachgas (N₂O) ist ein starkes Treibhausgas, das deutlich zur globalen Erwärmung beiträgt. Außerdem zerstört es die Ozonschicht und beeinflusst auch so das Klima. Die Ozeane sind eine wichtige natürliche Quelle für N₂O. Dennoch wissen wir nur wenig über die Prozesse, die am Umsatz von N₂O beteiligt sind. Eine Studie unter der Leitung von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Limnology and Oceanography, bringt uns hier nun einen großen Schritt vorwärts, indem sie das „Lachgas-Rätsel des Schwarzen Meeres” löst.

Wenig N₂O entkommt dem Schwarzen Meer
Im Ozean entsteht viel Lachgas vor allem in sauerstoffarmen Gebieten – denn dort fühlen sich Mikroorganismen, die das Gas produzieren, besonders wohl. Das Schwarze Meer ist das größte anoxische Becken der Welt mit einem Reservoir an sauerstoffarmem Wasser, das sich von 150 Metern Wassertiefe bis auf über 2000 Meter erstreckt. Trotzdem scheint aus dem Schwarzen Meer nur wenig N₂O zu entweichen.

„Dafür gibt es zwei mögliche Gründe“, erklärt Erstautor Jan von Arx. „Entweder wird nur wenig N₂O produziert, oder das produzierte N₂O wird entfernt, bevor es die Oberfläche erreicht. Wir wollten das aufklären, indem wir untersuchen, welche biologischen Prozesse Lachgas produzieren und verbrauchen und die Mikroorganismen identifizieren, die dafür verantwortlich sind.“

N₂O schafft es nicht an die Oberfläche
Daher fuhren die Bremer Forschenden mit dem Forschungsschiff FS Poseidon ins westliche Schwarze Meer. Dort wollten sie Wasserproben nehmen, die ökologischen Bedingungen ermitteln und umfangreiche Experimente durchführen. Tatsächlich stellten sie fest, dass in der suboxischen Zone des Schwarzen Meeres – der Zone mit wenig Sauerstoff, welche die sauerstoffarme Zone vom sauerstoffreichen Oberflächenwasser trennt – ein aktiver Lachgasumsatz stattfindet. „Verschiedene Mikroorganismen produzierten durch unterschiedliche Prozesse große Mengen an Lachgas. Diese Produktion wurde aber noch übertroffen durch den Verbrauch von Lachgas – also die Umwandlung von N₂O in N₂ durch eine andere Art von Mikroorganismen“, erklärt von Arx. „Das wenige Lachgas, das aus dem Schwarzen Meer austritt, kommt also wahrscheinlich aus einer geringen, aber beständigen Produktion des Treibhausgases in sauerstoffreichen Wasserbereichen, wo es dem Verbrauch entkommen kann.“

Ein kaum erforschter biologischer Filter für ein gefährliches Gas
Die Mikroorganismen, die N₂O abbauen, wirken wie ein effizienter Filter und verhindern, dass dieses starke Treibhausgas in die Atmosphäre gelangt. Den Forschenden des Max-Planck-Instituts gelang es auch, die wichtigsten an diesem Prozess beteiligten Mikroorganismen zu bestimmen.

„Global gesehen wissen wir leider nur sehr wenig über die Raten, mit denen N₂O in den Weltmeeren abgebaut wird“, sagt von Arx. „Daher ist unser Bild, was mit diesem wichtigen Treibhausgas in der Umwelt passiert, nach wie vor unvollständig und wir müssen weiter forschen. Das ist besonders wichtig angesichts des Klimawandels.“ Aufgrund der globalen Erwärmung schwindet der Sauerstoff in den Ozeanen zusehends, und man geht davon aus, dass sich die sauerstoffarmen Bereiche in Zukunft noch vergrößern werden. Deshalb ist damit zu rechnen, dass zusehends mehr Lachgas freigesetzt wird.

Unsichere Zeiten für den Ozean im Wandel
„Lachgas ist das dritthäufigste Treibhausgas, bleibt nach seiner Freisetzung etwa 120 Jahre in der Atmosphäre und ist sehr ozonschädigend. Der Ozean ist eine wichtige natürliche Quelle von Lachgas. Daher sollten wir uns bemühen, das Verhalten seiner Quellen und Senken dort zu verstehen. Wir hoffen, dass unsere Arbeit dazu beitragen kann, die Reaktion der Lachgas-Produktion im Meer auf den fortschreitenden Klimawandel zu beurteilen“, schließt von Arx.

AUF DEN PUNKT GEBRACHT:

• Das N₂O-Rätsel: Mikroorganismen im Schwarzen Meer produzieren N₂O, aber andere wandeln es schnell in harmloses Gas um.
• Natürlicher Filter: Mikroorganismen in sauerstoffarmen Zonen wirken als Barriere und verhindern, dass N₂O in die Atmosphäre gelangt.
• Klimagefahr: Sinkende Sauerstoffmengen im Meer könnten die N₂O-Freisetzung erhöhen.

(Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

Originalpublikation:
Jan N. von Arx, Katharina Kitzinger, Hannah K. Marchant, Gaute Lavik, Joerdis Stuehrenberg, Jon S. Graf, Daan R. Speth, Marcel M. M. Kuypers, Jana Milucka (2025): Nitrous oxide turnover in the suboxic zone of the Black Sea. Limnology and Oceanography. First published: 15 August 2025 
DOI: https://doi.org/10.1002/lno.70182