Berechnung der Begegnungsraten zwischen länglichem Phytoplankton
Das im Ozean lebende Phytoplankton betreibt wie Pflanzen an Land Photosynthese. Dadurch binden diese mikroskopisch kleinen Organismen grosse Mengen Kohlenstoff.
Sofern genügend Nährstoffe vorhanden sind, wächst und teilt sich Phytoplankton, wie das abgebildete Cyanobakterium Trichodesmium, schnell und bildet massive Oberflächenblüten. Diese bestehen aus unzähligen Zellen, erstrecken sich über mehrere Kilometer und können wochenlang erhalten bleiben. Sobald diese Oberflächenblüten zusammenbrechen, z.B. aufgrund von Nährstoffmangel, sterben die Phytoplanktonzellen ab und sinken zum Meeresgrund ab.
Dabei transportieren sie möglicherweise riesige Mengen Kohlenstoff auf den Meeresboden, wo dieser für Jahrhunderte gespeichert werden kann. Das Ausmass dieser so genannten "biologischen Pumpe" hängt davon ab, wie häufig sinkende Pytoplanktonzellen aufeinandertreffen: Wenn die Begegnungsrate hoch ist, bilden die Zellen rasch grosse Aggregate, die als "marine snow" bezeichnet werden und sich schnell absetzen.
Unser Verständnis von diesem natürlich vorkommenden globalen Kohlenstofftransport hängt davon ab, die Begegnungsraten zwischen einzelnen Zellen berechnen zu können. Diese Berechnung gestaltet sich als schwierig, da die Begegnungsraten von einer Vielzahl biologischer, physikalischer und ökologischer Faktoren abhängen. Besonders herausfordernd ist dabei, dass viele blühende Phytoplanktonarten länglich sind. Bisher war unbekannt, wie sich ihre Geometrie auf die Begegnung auswirkt.
Mit zwei neuen Veröffentlichungen, die in Proceedings of the National Academy of Sciences (externe Seite On the collision of rods in a quiescent fluid) und in Physical Review Letters (externe Seite Bursts characterize coagulation of rods in a quiescent fluid) veröffentlicht wurden, haben Dr. Jonasz Slomka und Prof. Roman Stocker vom Institut für Umweltingenieurwissenschaften diese Lücke geschlossen.
Dabei haben die Forscher die Begegnungsraten zwischen stabförmigen Objekten, die sich in einer Flüssigkeit absetzen, berechnet. Sie konnten zeigen, dass längliche Zellen auch unter ruhigen Bedingungen "marine snow" bilden können. Dies stellt einen Paradigmenwechsel in unserem Verständnis der Bildung von "marine snow" dar, denn bisher wurde Turbulenz als notwendig erachtet, um Begegnungen zwischen Zellen zu ermöglichen.