Großes Kaltwasserkorallen-Ökosystem im Golf von Mexiko entdeckt

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Fliegenfänger-Seeanemone im Korallendickicht; Wassertiefe 500 – 600 Meter. Foto: MARUM, Universität Bremen

Großes Kaltwasserkorallen-Ökosystem im Golf von Mexiko entdeckt

Auf einer Expedition mit dem Forschungsschiff MARIA S. MERIAN entdeckte ein internationales Wissenschaftler-Team im südlichen Golf von Mexiko eines der weltweit größten bislang bekannten Kaltwasserkorallenriffe. Mit Hilfe eines unbemannten Tauchfahrzeugs stießen die Forscher in 500 bis 600 Metern Wassertiefe auf zahlreiche, zwanzig bis fünfzig Meter hohe Korallenhügel, die eine Fläche von mehr als vierzig Quadratkilometern bedecken. Das Team unter Leitung von Prof. Dierk Hebbeln berichtet in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Biogeosciences über seine Entdeckungen.

In kühlen tieferen Ozeanstockwerken lebende Kaltwasserkorallen stehen seit mehr als einem Jahrzehnt im Fokus der Meeresforschung. Auf Schiffsexpeditionen wurden etliche derartige Ökosysteme entdeckt: Von Norwegen entlang Europas und Nordafrikas bis Mauretanien und in verschiedenen Regionen des Mittelmeers, aber auch auf der anderen Seite des Atlantiks vor North-Carolina oder den Bahamas. Hinsichtlich der Biodiversität können es diese Tiefwasserkorallensysteme durchaus mit ihren Verwandten in tropisch-subtropischen Flachwasserzonen aufnehmen. Im südlichen Golf von Mexiko waren Kaltwasserkorallenfunde bislang indes eher selten. „Aus Echolot-Untersuchungen wussten wir allerdings, dass es von Mexiko hügelartige Strukturen gibt, die den Kaltwasserkorallen-Hügeln in anderen Regionen sehr ähneln.“ sagt Expeditionsleiter Prof. Dierk Hebbeln. Eine Ausfahrt mit der MARIA S. MERIAN im Frühjahr 2012 sollte genauere Aufschlüsse bringen.

Am 21. März erreichte das 95 Meter lange Forschungsschiff die Campeche-Bank etwa 140 Seemeilen nördlich der mexikanischen Halbinsel Yucatan. In den folgenden Tagen untersuchten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen rund 180 Quadratkilometer Meeresboden mit dem bordeigenen Fächerecholot; sie nahmen u.a. Wasser- und Bodenproben und ließen den mit Kamerasystemen und Greifarmen ausgerüsteten Tauchroboter MARUM-CHEROKEE zu Wasser. „Wir stießen auf bis zu 50 Meter hohe, längliche Hügel“, sagt Korallenexpertin Dr. Claudia Wienberg. Manche dieser Hügel erstrecken sich über eine Länge von mehr als tausend Meter. „Lebende Korallenkolonien besiedeln insbesondere die oberen Bereiche der Hügel“, sagt die MARUM-Forscherin. „Dort entdeckten wir regelrechte Korallendickichte. Die unteren Hangbereiche waren zumeist mit Korallenschutt oder weichem Sediment bedeckt.“

Videoaufzeichnungen belegen die Vielfalt und Schönheit dieses Ökosystems (siehe https://www.youtube.com/watch?v=mS6oV5pTeGc&list=UUAukXJMjnokP-n17GV80Jpg). In den lebenden Korallendickichten im oberen Bereich der Hügel tummeln sich Dornenkrabben, Seeigel, Seesterne, Schnecken und Seelilien. Unterhalb der Kammlagen prägen abgestorbene Korallenskelette das Bild. Sie sind Lebensraum für Glasschwämme und gelbe Seeanemonen.

„Das Korallenökosystem auf der Campeche-Bank ist in seiner Ausdehnung mit den großen norwegischen Riffen vergleichbar und zählt damit zu den größten Vorkommen weltweit“, sagt Prof. André Freiwald vom Forschungsinstitut Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven. Kaltwasserkorallen ernähren sich von tierischem und pflanzlichem Plankton, das als winzige Partikel aus dem obersten, lichtdurchfluteten Meeresstockwerken in die Tiefe sinkt. „Die Versorgungslage im südlichen Golf ist geradezu perfekt: Hohe Produktion an der Meeresoberfläche und starke Bodenströmungen, die herabsinkende Nahrungspartikel in Richtung der Korallenhügel transportieren“, sagt Expeditionsteilnehmer Freiwald. „Zudem fanden wir in 520 Meter Wassertiefe, also genau dort, wo die Korallen leben, Dichtesprünge. Diese unsichtbare Grenze zwischen den Wassermassen verlangsamt das Absinken von Nahrungspartikeln aus dem obersten Ozeanstockwerk und verbessert die Chance der Korallen, diese Nahrung mit ihren Tentakeln zu fangen.“

Unklar bleibt, seit wann die Kaltwasserkorallen die Campeche-Bank besiedeln. Vergleichbar hohe Korallenhügel vor Irland entstanden bereits vor mehr als zwei Millionen Jahren während Korallenhügel vor Norwegen seit dem Ende der letzten Eiszeit vor 10.000 Jahren anwuchsen. „Aus der Höhe der Hügel auf das Alter zu schließen, wäre allzu spekulativ“, sagt Dierk Hebbeln, Erstautor des jetzt erschienen Papers. „Dazu bedarf es weiter gehender Untersuchungen.“

Wissenschaftlicher Artikel:
D. Hebbeln, C. Wienberg, P. Wintersteller, A. Freiwald, M. Becker, L. Beuck, C. Dullo, G. P. Eberli, S. Glogowski, L. Matos, N. Forster, H. Reyes-Bonilla, M. Taviani, and the MSM 20-4 shipboard scientific party:
Environmental forcing of the Campeche cold-water coral province, southern Gulf of Mexico
In: Biogeosciences, 11, 1799–1815, 2014; doi:10.5194/bg-11-1799-2014

Quelle Marum
http://www.marum.de/Groszes_Kaltwasserkorallen-Oekosystem_im_Golf_von_Mexiko_entdeckt.html

Kaltwasserkorallen dokumentieren Umweltveränderungen

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Foto: Das Tauchboot JAGO während eines Tauchgangs im Trondheimsfjord (Norwegen) c) Jürgen Schauer, GEOMAR

Kaltwasserkorallen dokumentieren Umweltveränderungen

Korallen bauen ihre Skelette aus Kalk und reagieren daher besonders sensibel auf die zunehmende Versauerung der Ozeane. Mit Hilfe von präzisen Messungen haben Wissenschaftler des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel jetzt herausgefunden, dass Kaltwasserkorallen bestimmte Elemente in Abhängigkeit vom pH-Wert ihrer Umgebung in ihre Skelette einbauen. Diese Entdeckung kann zur Rekonstruktion vergangener pH-Werte genutzt werden. Die Studie erscheint jetzt in der Fachzeitschrift Biogeosciences.

Ansteigende Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid (CO2) in den Ozeanen können eine Bedrohung für marine Lebewesen sein. Denn ein erhöhter CO2-Gehalt des Wassers lässt den sogenannten pH-Wert des Wassers sinken; das Wasser wird saurer. Dies bedeutet eine Beeinträchtigung von marinen Lebewesen die ihre Schalen oder Skelette aus Karbonat bauen, weil versauerte Ozeane Karbonate auflösen können. Ein besseres Verständnis der Meerwasserchemie soll dabei helfen, Steuerungsprozesse im Karbonatsystem der Ozeane aus der Vergangenheit und für die Zukunft besser zu verstehen. Dr. Jacek Raddatz vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel hat zusammen mit Kollegen vom GEOMAR und aus Belgien untersucht, wie der pH-Wert des Meerwassers und der Aufbau der Korallen zusammenhängen. Die Ergebnisse wurden jetzt in der internationalen Fachzeitschrift Biogeosciences veröffentlicht.

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Foto:Kaltwasserkoralle Lophelia pertusa im Trondheimsfjord (Norwegen). c) Solvin Zankl

Für ihre Studie entnahmen die Forscher lebende Korallen der Art Lophelia pertusa sowie Wasserproben im nordöstlichen Atlantik und im Mittelmeer. An den Wasserproben wurde der pH-Wert bestimmt, so dass ein genaues Bild des Lebensraums der Korallen entstand. Aus den Korallen wurden Proben gebohrt, die anschließend im Labor genauer untersucht wurden. Dabei interessierte die Wissenschaftler vor allem der Gehalt der Elemente Uran und Kalzium, das so genannte U/Ca Verhältnis. Durch einen Vergleich beider Analysen kamen die Forscher etwas Interessantem auf die Spur. „Die Beziehung zwischen dem U/Ca Verhältnis und dem pH-Wert ist sehr eng“, berichtet Dr. Raddatz, Erstautor der aktuellen Studie. „Folglich könnten wir aufgrund dieser Erkenntnisse Korallenproben analysieren und aus dem U/Ca Verhältnis den pH-Wert der Vergangenheit berechnen. Das ist eine neue Methode für Kaltwasserkorallen und könnte eine Alternative zur Bor-Isotopie sein, die in der Analyse extrem zeitaufwändig ist. Die Kombination beider Verfahren (U/Ca-Verhältnisse und Bor-Isotopie) wird uns zukünftig ein detaillierteres Verständnis der Meerwasserchemie erlauben“, sagt der Wissenschaftler. Aktuell ist es schwer, die Folgen der bereits messbaren Ozeanversauerung abzuschätzen. Ein Blick in die Vergangenheit könnte dabei helfen. Wie haben sich diese Systeme in der Vergangenheit verändert und welchen Einfluss hatte das auf Kaltwasserkorallen? Diesen Fragestellungen wollen Dr. Raddatz und seine Kollegen weiter nachgehen.

Die jetzt veröffentlichte Studie baut auf einer Arbeit vom GEOMAR Kollegen Dr. Sascha Flögel auf, die bereits Anfang des Jahres in der Fachzeitschrift Deep-Sea Research veröffentlicht wurde. Darin untersuchte Dr. Flögel zusammen mit Kollegen aus Großbritannien und Belgien, welche Umweltbedingungen für rezente Kaltwasserkorallen ideal sind. Dabei untersuchten die Forscher Proben aus Norwegen, Schottland, Irland, Frankreich, Spanien, Mauretanien und dem Mittelmeerraum. Ihre Ergebnisse geben einen Überblick, welches die bevorzugten physikalischen und chemischen Bedingungen für das Wachsen und Auftreten von Kaltwasserkorallen in den Arbeitsgebieten sind. „Ein entscheidender Parameter für das Wachstum von Kaltwasserkorallen im östlichen Atlantik und im Mittelmeer ist die Konzentration von anorganischem Kohlenstoff im Bodenwasser“, berichtet Dr. Flögel. Der Begriff anorganischer Kohlenstoff fasst verschiedene Kohlenstoff-Arten zusammen. „Dieser Gehalt ist regional verschieden und definiert daher, wo Kaltwasserkorallen wachsen können“, berichtet Dr. Flögel weiter. Neben dem Gehalt von anorganischem Kohlenstoff bestimmten die Wissenschaftler auch den pH-Wert des Wassers an den verschiedenen Lokationen. Diese Ergebnisse bildeten die Grundlage für die neu erschienene Studie in der Fachzeitschrift Biogeosciences.

Der Zusammenhang zwischen dem pH-Wert des Meerwassers als Maß für die zunehmende Ozeanversauerung und der Verbreitung von Kaltwasserkorallen bleibt ein spannendes Arbeitsgebiet. Als Teil des Gesamtprojekts hat Dr. Raddatz zusammen mit Kollegen mehrere Korallen vom Challenger Mound im nordöstlichen Atlantik untersucht. Der Challenger Mound wird von zahlreichen Kaltwasserkorallen bedeckt, die zusammen genommen die vergangenen drei Millionen Jahre abdecken. „Eine Untersuchung dieses Archivs im Hinblick auf pH-Veränderungen des Meerwassers wäre eine spannende Aufgabe“, fasst Dr. Raddatz zusammen. „Unsere neu entwickelte Methode um pH-Werte der Vergangenheit zu rekonstruieren, bietet dafür eine einzigartige Möglichkeit“.

Originalarbeiten:
Raddatz, J., Rüggeberg, A., Flögel, S., Hathorne, E. C., Liebetrau, V., Eisenhauer, A., and Dullo, W.-Chr. (2014): The influence of seawater pH on U / Ca ratios in the scleractinian cold-water coral Lophelia pertusa, Biogeosciences, 11, 1-9, 1863-1871, http://dx.doi.org/10.5194/bg-11-1863-2014

Flögel, S., Dullo – W.-Chr., Pfannkuche ,O., Kiriakoulakis, and Rüggeberg, A. (2014): Geochemical and physical constraints for the occurrence of living cold-water corals. Deep-Sea Research II: Topical Studies in Oceanography, 99, 19-26, http://dx.doi.org/10.1016/j.dsr2.2013.06.006

Raddatz, J., Rüggeberg, A., Liebetrau, V., Foubert, A., Hathorne, E. C., Fietzke, J., Eisenhauer, A., and Dullo, W.-Chr. (2014): Environmental boundary conditions of cold-water coral mound growth over the last 3 million years in the Porcupine Seabight, Northeast Atlantic, Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 99, 227-236, http://dx.doi.org/10.1016/j.dsr2.2013.06.009

Links:
http://www.rcmg.ugent.be/ Renard Zentrum für Marine Geologie, Universität Genf
http://www.unifr.ch/geoscience/geology/ Fachbereich Geowissenschaften, Universität Freiburg
https://ees.kuleuven.be/ Fachbereich Erd- und Umweltwissenschaften, KU Löwen

Wie Lophelia pertusa auf Ozeanversauerung reagiert

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Kaltwasserkorallen als Anpassungskünstler?
Langzeitexperimente zeigen, wie Lophelia pertusa auf Ozeanversauerung reagiert

Können Kaltwasserkorallen der Versauerung des Meerwassers standhalten? Eine Langzeitstudie zeigte, dass die am weitesten verbreitete Art Lophelia pertusa entgegen aller Prognosen trotz eines steigenden Kohlendioxidgehalts anscheinend unbehelligt weiterwächst. Dieses überraschende Ergebnis haben Forscher des Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) jetzt im Fachmagazin Global Change Biology veröffentlicht. In einer neuen Serie von Experimenten soll untersucht werden, wie die Korallen auf die kombinierte Veränderungen von Kohlendioxidgehalt, Temperatur und Nahrungsmenge reagieren, wie sie als Folge des Klimawandels in den nächsten Jahrzehnten zu erwarten sind.

Der Ozean nimmt etwa ein Drittel des von Menschen produzierten Kohlendioxids (CO2) auf und verlangsamt damit die globale Erwärmung. Doch im Wasser reagiert das Gas zu Kohlensäure. Der pH-Wert sinkt – es wird saurer und damit zu einer Gefahr für Organismen, die ihre Schalen und Skelette aus Kalk aufbauen. Neben Plankton, Algen, Muscheln und Schnecken sind insbesondere Steinkorallen bedroht: Ihre Skelettstrukturen bestehen hauptsächlich aus der leicht löslichen Kalkart Aragonit.

„Anhand von Computermodellen wurde errechnet, dass bei unvermindert fortschreitenden CO2-Emissionen bereits gegen Ende des Jahrhunderts mehr als 70 Prozent der heute bekannten Bestände an Kaltwasserkorallen einem pH-Wert ausgesetzt sein werden, unter welchem sich Kalk aufzulösen beginnt. Daher lag die Vermutung nahe, dass sie mit als erstes von den Folgen der Ozeanversauerung betroffen sein würden“, erklärt Ulf Riebesell, Professor für Biologische Ozeanographie am GEOMAR. „Unsere Ergebnisse widersprechen dem jedoch“, ergänzt der Kieler Meeresbiologe Dr. Armin Form. „Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass die Steinkorallen-Art Lophelia pertusa selbst in korrosivem Wasser weiter wächst, sofern man ihr die Zeit lässt, sich auf die neuen Lebensbedingungen einzustellen.“ Ihre Ergebnisse haben Dr. Form und Prof. Riebesell jetzt im renommierten internationalen Fachmagazin Global Change Biology vorgestellt.

In einem ersten Experiment hälterten die Wissenschaftler zunächst einzelne Korallenstöcke für die Dauer einer Woche in Bioreaktoren unter verschiedenen CO2-Niveaus wie sie in den nächsten Jahrzehnten zu erwarten sind. Die Temperatur wurde dabei konstant gehalten und die Korallen zuvor ausreichend gefüttert. Ein zweites Experiment unter ähnlichen Bedingungen lief über sechs Monate. „Das Kurzzeit-Experiment legte nahe, dass schon ein Absinken des pH-Werts um 0,1 Einheiten dazu führen kann, das Lophelia pertusa deutlich langsamer wächst als unter heutigen Bedingungen“, fasst Form zusammen. „Die Langzeitexperimente bestärken diesen Trend aber nicht – was uns genauso überrascht hat wie die übrige Fachwelt. Die Korallen scheinen sich nach einiger Zeit auf die neuen Bedingungen eingestellt zu haben. Sie wuchsen durchschnittlich sogar etwas schneller als ihre Artgenossen unter Kontrollbedingungen.“

Für Dr. Form und seine Kollegen waren die bisherigen Experimente ein erster Schritt, um die Folgen des Klimawandels für Kaltwasserkorallen genauer zu verstehen. „Die Ozeanversauerung ist allerdings nur ein Aspekt des Klimawandels. Es ändert sich schließlich nicht nur der pH-Wert des Meerwassers, sondern es steigt gleichzeitig die Temperatur“, so Form. „Bei steigenden Temperaturen benötigen die Korallen aber größere Nahrungsmengen, um ihren Stoffwechsel anzupassen. Es wird also vermutlich auch wesentlich von der zukünftigen Nahrungsverfügbarkeit abhängen, ob, und inwiefern sich die Korallen an den Ozeanwandel anpassen können.“

Unter dem Dach des Forschungsprojekts BIOACID (Biological Impacts of Ocean ACIDification) starten in Kiel darum jetzt neue Experimente, die die Wechselwirkungen zwischen Kohlendioxidgehalt, Temperatur und Nahrungsverfügbarkeit genauer beleuchten sollen. Dafür brachte das Forschungsschiff POSEIDON im September Proben von Riffen vor der norwegischen Küste nach Kiel. Ein Teil der Korallen wird unter naturnahen Bedingungen gehalten, während andere wahlweise oder in Kombination erhöhten Wassertemperaturen und CO2-Konzentrationen sowie Nahrungsmangel ausgesetzt werden. Regelmäßige Analysen halten neben physikalischen und chemischen Wasserparametern insbesondere die Wachstums- und Stoffwechselraten der Korallen fest.

„Durch dieses Experiment wollen wir die Frage klären, ob und zu welchem Preis sich die Kaltwasserkorallen an die erwarteten Umweltveränderungen anpassen können“, kündigt Dr. Form an. Erste Ergebnisse sollen im Herbst 2012 vorliegen.

Originalarbeit:
Form, Armin & Riebesell, Ulf, 2012: Acclimation to ocean acidification during long-term CO2 expo-sure in the cold-water coral Lophelia pertusa. Global Change Biology, 18(3), doi: 10.1111/j.1365-2486.2011.02583.x

http://www.geomar.de

NOAA-Bericht über Tiefseekorallen-Ökosysteme in den USA

Die NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) hat einen Bericht einen Bericht zu den Tiefseekorallen-Ökosystemen in den USA veröffentlicht („The State of Deep Coral Ecosystems
of the United States“). Der Bericht besteht aus einem Einleitungskapitel und 7 regionalkapitelen, geschrieben von Experten.

Kurz vor Beginn des Internationalen Jahres der Riffe bietet insbesondere das Einleitungskapitel einen sehr schöner Überblick über die lange Zeit wenig bekannten und wenig beachteten Kaltwasser- oder Tiefseekorallen.

Quelle und mehr Informationen:
http://www.noaanews.noaa.gov/stories2007/20071210_coral.html

Link zu dem Bericht:
http://www.nmfs.noaa.gov/habitat/dce.html

Dowbload-Link einer PDF-Version (30MB!)
http://www.nmfs.noaa.gov/habitat/habitatconservation/publications/Deep%20Coral%20Report%202007.pdf