Im Reich des Planktons

Im Reich des Planktons

Vielfalt im Meer weitaus größer als bisher bekannt

Heute, am 22. Mai 2015, veröffentlicht das US-Wissenschaftsmagazin Science in einer Spezialausgabe fünf wissenschaftliche Studien zur Vielfalt und den Wechselbeziehungen kleinster Meeresorganismen, des sogenannten Planktons. Grundlage sind Expeditionen mit dem französischen Schoner TARA, die zwischen 2009 und 2013 stattfanden. Internationale Meeresforscher aus vielen Fachrichtungen, darunter auch MARUM-Wissenschaftler, sammelten dabei rund 35.000 Meerwasser- und Planktonproben aus 210 Regionen. In Science legen sie jetzt erste Auswertungen vor.

Ziel der TARA-Expedition war eine Bestandsaufnahme der im obersten, lichtdurchfluteten Ozeanstockwerk driftenden Organismen. Dieses Plankton, zu denen winzigste Viren, Einzeller, aber auch Fischlarven zählen, bildet nicht nur die Grundlage des ozeanischen Nahrungsnetzes; es produziert auch 50% des atmosphärischen Sauerstoffs. Zudem binden die im Meer treibenden Mikroorganismen Kohlenstoff und beeinflussen so den globalen Kohlenstoffkreislauf und damit das Klimageschehen.

Laut den in Science publizierten Studien erbrachten die Analysen der während der TARA-Expeditionen gesammelten Organismen rund 40 Millionen Gene; die meisten davon waren der Wissenschaft vorher nicht bekannt. Sie liefern Hinweise, dass die genetische Vielfalt des Planktons im Meer weitaus größer ist als bislang angenommen.

Im Fokus der Studie, an denen auch zwei MARUM-Wissenschaftler beteiligt waren, standen sogenannte Eukaryoten. Das sind einzellige Lebewesen, deren Zellen mit einem Zellkern ausgestattet sind. Dazu zählen zum Beispiel die meisten Mikroalgen. Die Untersuchungen lieferten erstmals einen Überblick zur Vielfalt dieser Organismen über das gesamte Artenspektrum. Insgesamt untersuchte das internationale Forscherteam mit Hilfe molekularbiologischer Methoden 334 Proben, die auf insgesamt 47 ozeanischen Messstationen gesammelt worden waren. Die Proben enthielten Mikroorganismen, die zwischen mehreren und weniger als einem Tausendstel Millimeter klein waren.

Anhand der Proben gewannen die Meeresforscher rund 766 Millionen DNA-Sequenzen. Diese molekularbiologischen Untersuchungen deuten darauf hin, dass in der obersten Ozeanschicht etwa 150.000 Arten vorkommen – zehnmal mehr als bislang in der Literatur beschrieben. Ein Drittel der Sequenzen konnten die Forscher keiner der bisher bekannten eukaryotischen Organismengruppen zuordnen.

Den Untersuchungen zufolge erwiesen sich solche Organismengruppen als besonders vielfältig, in denen symbiotische Lebensformen vorherrschen; d.h. in denen sich unterschiedliche Arten zum gemeinsamen Vorteil vergesellschaften. Ein ähnliches Muster ergibt sich für eine andere Form des Zusammenlebens. Nach den jetzt in Science vorgestellten Erkenntnissen scheint auch Parasitismus in den Weltmeeren stark verbreitet zu sein. So gesehen zeigt sich, dass Wechselwirkungen zwischen Organismen für die Artenvielfalt im Meer bedeutsamer sind als bislang bekannt.

Originalstudie:
Colomban de Vargas et al.: Eukaryotic plankton diversity in the sunlit ocean;
in: Science 22 May 2015; Vol. 348 no. 6237; DOI: 10.1126/science.1261605

MARUM – Center for Marine Environmental Sciences
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Wissen über die Ozeanversauerung und ihre Folgen

Wissen über die Ozeanversauerung und ihre Folgen

BIOACID präsentiert beim Jahrestreffen 2014 neue deutschsprachige Broschüre

Um wichtige Erkenntnisse und Beobachtungen reicher – und weiterhin mit Hochdruck dabei, zukünftige Veränderungen im Ökosystem Ozean abzuschätzen und zu bewerten: Fünf Jahre nach dem „Kick-off“ sind die Mitglieder des Deutschen Forschungsverbunds BIOACID wieder zu Gast am GEOMAR. Neben dem Austausch über abgeschlossene, laufende und geplante Projekte wurde auf dem Jahrestreffen 2014 auch eine neue Broschüre vorgestellt: „Ozeanversauerung: Zusammenfassung für Entscheidungsträger“ komprimiert das Wissen über die Ozeanversauerung und deren Folgen auf 21 Prognosen und gibt Wahrscheinlichkeiten für deren Eintreten an.

Der Säuregrad des Meerwassers kann in diesem Jahrhundert um bis zu 170 Prozent ansteigen. Ausgelöst wird die Ozeanversauerung durch die Aufnahme von Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre. Als Folge davon werden sich marine Ökosysteme und die Artenvielfalt so stark verändern, dass mit weitreichenden Folgen für Wirtschaft und Gesellschaft zu rechnen ist. Menschen, die von Ökosystemleistungen der Ozeane abhängen, sind besonders betroffen. Die Versauerung lässt sich jedoch abmildern, wenn die Kohlendioxid-Emissionen weltweit verringert werden. So lautet die Einschätzung einer Gruppe von 540 Experten aus 37 Ländern. In ihrer Broschüre „Ozeanversauerung: Zusammenfassung für Entscheidungsträger“ treffen die Wissenschaftler 21 detaillierte Aussagen über die Folgen der Ozeanversauerung und geben Wahrscheinlichkeiten für deren Eintreten an.

„Mit der ,Zusammenfassung für Entscheidungsträger’ halten wir nun endlich auch eine deutschsprachige Übersicht des aktuellen Kenntnisstands in den Händen“, freut sich Prof. Ulf Riebesell über die Veröffentlichung der Ergebnisse des Dritten Symposiums über den Ozean in einer Hoch-CO2-Welt. Der Professor für Biologische Ozeanografie am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel koordiniert den Deutschen Forschungsverbund BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification). „Viele BIOACID-Wissenschaftler präsentierten ihre Erkenntnisse auf diesem internationalen Meeting. Auch in die folgende Diskussion floss viel von unserem Wissen ein. Darum war es höchste Zeit für eine Übersetzung.“

Eine gedruckte Kurzversion der deutschsprachigen Broschüre wurde beim Jahrestreffen 2014 des Projekts BIOACID vorgestellt. Sie wird jetzt an Ausschuss-Mitglieder des Deutschen Bundestags sowie weitere Multiplikatoren verteilt und kann über das BIOACID-Koordinationsbüro bestellt werden. Die Langfassung steht auf den Internetseiten des Projekts BIOACID und des GEOMAR zum Download zur Verfügung.

http://www.geomar.de/fileadmin/content/service/presse/Pressemitteilungen/2014/OzeanversauerungZfE.pdf

Einen Eindruck über die Breite des aktuellen Kenntnisstands vermittelt der Austausch beim fünften Jahrestreffen der BIOACID-Mitglieder. Gleichzeitig sind noch immer viele Wissenslücken zu füllen: Im Laborversuch passten sich einzelne Plankton-Arten an Ozeanversauerung in Verbindung mit anderen Stressfaktoren wie steigende Wassertemperaturen an – doch gelänge ihnen dies auch in ihrem natürlichen Lebensumfeld? Im Freiland-Experiment scheinen besonders die kleinen Plankton-Organismen von einem Plus an CO2 im Wasser zu profitieren, während vor allem viele Kalk bildende Arten Schwierigkeiten bekommen. Wie wirkt sich der Boom an der Basis auf das gesamte Gefüge der Arten aus? Wie lassen sich zukünftige Veränderungen in den Stoffkreisläufen der Ozeane verlässlich berechnen? Sind ökonomische Folgen der Ozeanversauerung genau zu beziffern?

„Bis zum Ende unserer zweiten Förderphase im kommenden Herbst erwarten wir noch viele wegweisende Ergebnisse und neue Beobachtungen“, bilanziert Riebesell. Die dritte Förderphase soll dann allein der Auswertung und Aufbereitung der Ergebnisse dienen. „Unser Ziel wird sein, eine umfassende Risikobewertung der Ozeanversauerung im Zusammenspiel mit anderen Umweltstressoren zu erarbeiten und die oft komplexen Zusammenhänge in verständlicher Form darzustellen an die Öffentlichkeit und die Entscheidungsträger zu kommunizieren.“

BIOACID in Kürze:
Unter dem Dach von BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification) untersuchen 14 Institute, wie marine Lebensgemeinschaften auf Ozeanversauerung reagieren und welche Konsequenzen dies für das Nahrungsnetz, die Stoff- und Energieumsätze im Meer sowie schließlich auch für Wirtschaft und Gesellschaft hat. Das Projekt begann 2009 und ging im September 2012 in eine zweite auf drei Jahre angelegte Förderphase. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt die aktuellen Arbeiten mit 8,77 Millionen Euro. Die Koordination liegt beim GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Eine Liste der Mitglieds-Institutionen, Informationen zum wissenschaftlichen Programm und den BIOACID-Gremien sowie Fakten zur Ozeanversauerung sind unter http://www.bioacid.de zu finden. Mailkontakt: bioacid@geomar.de

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Ulf Riebesell (GEOMAR, FB2-BI), Tel.: 0431 600-4444, uriebesell@geomar.de
Maike Nicolai (GEOMAR, Kommunikation & Medien), Tel.: 0431 600-2807, mnicolai@geomar.de

KLimawandel: Anpassung der Tierwelt abhängig vom Bauplan und Größe

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Je einfacher, desto wärmeresistenter – Wissenschaftler finden den Schlüssel für die Anpassungsgrenzen von Meeresbewohnern

Je einfacher ein Meereslebewesen aufgebaut ist, umso lebensfähiger ist es im Klimawandel. Zu dieser Erkenntnis sind Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, in einer neuen Metastudie gekommen, die heute in dem Fachmagazin Global Change Biology erscheint. Darin haben die Biologen erstmals die Komplexität von Lebewesen mit den Grenzen ihrer Anpassung an ein wärmeres Klima in Beziehung gesetzt und festgestellt: Während einzellige Bakterien und Archaeen selbst im heißen, sauerstoffarmen Wasser leben können, stoßen Meeresbewohner mit einem komplexeren Bauplan wie Tiere und Pflanzen spätestens bei einer Wassertemperatur von 41 Grad Celsius an ihre Wachstumsgrenzen. Für ihre hochentwickelten Stoffwechselsysteme stellt diese Temperaturobergrenze scheinbar ein unüberwindbares Hindernis dar.

Der aktuelle Weltklimabericht zeigt, dass Meeresbewohner ganz unterschiedlich auf die steigende Wassertemperatur und den sinkenden Sauerstoffgehalt des Ozeans reagieren. „Wir haben uns jetzt gefragt, warum dies der Fall ist. Also warum Bakterien beispielsweise bei Temperaturen von bis zu 90 Grad Celsius immer noch wachsen, während Tiere und Pflanzen bei spätestens 41 Grad Celsius an ihre Grenzen stoßen“, sagt Dr. Daniela Storch, Biologin in der Abteilung Ökophysiologie am Alfred-Wegener-Institut (AWI) und Erstautorin der aktuellen Studie.

Sie und ihre Kollegen erforschen schon seit einigen Jahren, welche Prozesse dazu führen, dass Tiere eine bestimmte Temperaturobergrenze besitzen, bis zu der sie sich entwickeln, wachsen und sich fortpflanzen können. Grund dafür ist ihr Herz-Kreislauf-System, fanden die Wissenschaftler heraus. Bei Laborversuchen konnten sie nachweisen, dass im wärmeren Wasser immer zuerst dieses Transportsystem der Tiere versagt. Herz, Blut und Kreislauf versorgen alle Zellen und Organe eines Lebewesens mit Sauerstoff, können dies aber nur bis zu einer bestimmten Maximaltemperatur. Danach reicht die Transportleistung des Systems nicht mehr aus; das Tier kann nur noch kurze Zeit überleben. Schon früh vermuteten die Biologen deshalb, dass ein Zusammenhang besteht zwischen dem komplexen Aufbau eines Organismus und seiner eingeschränkten Fähigkeit, im wärmer werdenden Wasser funktionsfähig zu bleiben.

„Wir haben deshalb für unsere aktuelle Studie die Hypothese überprüft, dass die Komplexität der Schlüssel dazu sein könnte, an welche Lebensbedingungen sich verschiedenste Lebewesen, von den Archeen bis zu den Tieren, im Laufe der Evolutionsgeschichte anpassen konnten. Das heißt: Je einfacher der Bauplan eines Meeresbewohners ist, desto widerstandsfähiger sollte er sein“, erzählt die Biologin. Stimmt diese Annahme, wären Lebewesen, die aus einer einzigen einfach strukturierten Zelle bestehen, hohen Temperaturen gegenüber weitaus resistenter, als Lebewesen, deren Zelle wie bei den Algen sehr komplex aufgebaut ist oder deren Körper aus Millionen von Zellen besteht. Damit wären die Toleranz- und Anpassungsgrenzen eines Organismus immer auf seiner höchsten Komplexitätsebene zu suchen.

Unter den kleinsten Organismen sind die einzelligen Algen am wenigsten resistent, weil sie hochkomplexe Zellorganellen wie zum Beispiel die Chloroplasten für die Photosynthese besitzen. Einzellige Tiere besitzen zwar auch Zellorganellen, die jedoch etwas einfacher aufgebaut sind. Den Bakterien und Archaeen fehlen diese Organellen gänzlich.

Um dies zu überprüfen, werteten die Wissenschaftler über 1000 Studien zur Anpassungsfähigkeit von Meereslebewesen aus. Angefangen bei den einfachen, zellkernlosen Archaeen, über Bakterien und einzelligen Algen, bis hin zu Tieren und Pflanzen machten sie so jeweils jene Art ausfindig, die die höchste Temperaturtoleranz ihrer Gruppe besitzt und bestimmten ihre Komplexität. Am Ende zeigte sich, dass das angenommene Funktionsprinzip zu existieren scheint: Je einfacher gebaut, desto wärmetoleranter ist eine Art.

Aber: „Die Anpassungsgrenze eines Organismus zeigt sich nicht nur in seiner oberen Temperaturgrenze, sondern auch in seiner Fähigkeit, mit wenig Sauerstoff auszukommen. Während viele Bakterien und Archaeen bei geringen Sauerstoffkonzentrationen oder sogar ohne Sauerstoff leben können, benötigen die meisten Tiere und Pflanzen eine höhere Mindestkonzentration“, erklärt Dr. Daniela Storch. Die Mehrzahl der untersuchten Studien zeigt: Sinkt der Sauerstoffgehalt im Wasser unter einen bestimmten Wert, bricht die Sauerstoffversorgung von Zellen und Geweben nach kurzer Zeit zusammen.

Die neuen Forschungsergebnisse belegen aber auch, dass die Körpergröße eines Organismus eine entscheidende Rolle in der Frage nach den Anpassungsgrenzen spielt. So können unter den Tieren kleine Arten beziehungsweise kleine Individuen einer Art bei geringeren Sauerstoffwerten und höheren Temperaturen überleben, als dies bei den größeren der Fall ist.

„Wir beobachten bei Fischen aus der Nordsee, dass bei Extremtemperaturen die größeren Individuen einer Art zuerst betroffen sind. Generell gibt es mit der Erwärmung den Trend, dass in einer Region kleinere Arten die großen ersetzen. In den wärmsten Meeresgebieten leben jedoch Pflanzen und Tiere schon heute an ihrer Toleranzgrenze und werden sich wohl nicht mehr anpassen können. Sie werden dort bei fortdauernder Erwärmung in kältere Gebiete abwandern und es gibt auch keine toleranteren Tier- und Pflanzenarten, welche die verlassenen Lebensräume neu besiedeln könnten“, sagt Prof. Dr. Hans-Otto Pörtner vom Alfred-Wegener-Institut. Der Biologe hat die aktuelle Studie angestoßen und ist koordinierender Leitautor des Kapitels „Ozeansysteme“ im fünften Weltklimabericht.

Die neue Metastudie zeigt: Ihre komplexe Bauweise setzt den mehrzelligen Organismen, also Tieren und Pflanzen enge Schranken, innerhalb derer sie sich an neue Lebensbedingungen anpassen können. Einzelne Tierarten können ihre Körpergröße reduzieren, ihren Stoffwechsel herunterfahren oder mehr Hämoglobin bilden, um so in wärmerem, sauerstoffärmerem Wasser zu überleben. Über die Temperaturgrenze von 41 Grad Celsius kommen Tiere und Pflanzen jedoch grundsätzlich nicht hinaus.

Einfache Einzeller wie Bakterien dagegen profitieren davon, wenn das Meerwasser wärmer wird. Sie vermehren sich und breiten sich aus. „Durch diese neuen Lebensbedingungen verändern sich die Artengemeinschaften im Ozean. Tiere und Pflanzen werden in Zukunft in den wärmsten Meeresregionen Probleme haben, zu überleben und in diesen Gebieten werden sich zunehmend Archaeen, Bakterien, sowie tierische Einzeller ausbreiten. Es gibt bereits Studien, die zeigen, dass in den wärmsten Ozeangebieten die einzelligen Algen durch andere Einzeller ersetzt werden“, sagt Prof. Dr. Hans-Otto Pörtner.

Für einen nächsten Schritt stellen die Autoren die Frage, welche Rolle die Komplexität von Arten für die Toleranz und Anpassung an den dritten Klimafaktor im Ozean spielt, die Ozeanversauerung, die durch den steigenden Kohlendioxidausstoß und Eintrag des Treibhausgases ins Meerwasser verursacht wird.

Glossar

Toleranzgrenzen:

Über Generationen haben sich Meeresbewohner an die Gegebenheiten in ihren Heimatgewässern angepasst: An die vorherrschende Temperatur, an den Sauerstoffgehalt und an den Säuregrad des Wassers. Bei diesen Lebensbedingungen wachsen sie am besten und leben am längsten. Aber nicht alle Lebewesen, die in einem Ökosystem zusammenleben, haben die gleichen Präferenzen. Die antarktische Aalmutter lebt beispielsweise an ihrer unteren Temperaturgrenze und muss sich in wärmeren Wasserschichten des Südpolarmeeres aufhalten. Gerät sie in kaltes Wasser, wird es ihr schnell zu kalt. Der Kabeljau in der Nordsee dagegen würde sich über kälteres Wasser freuen, denn bei Temperaturen über zehn Grad Celsius fühlen sich große Exemplare nicht mehr richtig wohl. Wissenschaftler sprechen bei diesen Schwellenwerten von einem Temperaturfenster: Jeder wechselwarme Meeresbewohner verfügt über eine Temperaturober- und eine Untergrenze, bei der er noch leben und wachsen kann. Diese „Fenster“ sind unterschiedlich weit gefasst. Arten aus den gemäßigten Breiten wie der Nordsee haben generell ein breiteres Temperaturfenster. Grund dafür sind die stark ausgeprägten Jahreszeiten in diesen Gebieten. Das heißt, die Tiere müssen sowohl warme Sommer als auch kalte Winter aushalten.

Das Temperaturfenster der Lebewesen in den Tropen oder Polargebieten dagegen ist zwei- bis viermal schmaler als jenes der Nordseebewohner. Dafür haben sie sich auf extreme Lebensbedingungen eingestellt. Antarktische Eisfisch-Arten etwa können in bis zu minus 1,8 Grad Celsius kaltem Wasser leben. Ihr Blut enthält Gefrierschutzproteine. Zudem verzichten sie auf den roten Blutfarbstoff Hämoglobin, weil ihr Stoffwechsel niedrig und Sauerstoff im Überfluss vorhanden ist. Aus diesem Grund ist ihr Blut dünnflüssiger und die Fische benötigen weniger Energie, um es durch den Körper zu pumpen – eine perfekte Überlebensstrategie. Aber: Die Eisfische leben am Limit. Steigt die Temperatur um wenige Grad Celsius, stoßen die Tiere schnell an ihre Grenzen.

Das Paper mit dem Originaltitel „Climate sensitivity across marine domains of life: Limits to evolutionary adaptation shape species interaction“ wurde am 26. Juni im Fachmagazin Global Change Biology veröffentlicht. DOI: 10.1111/gcb.12645.

http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/pressemitteilungen/detail/item/the_simpler_the_more_resistant_towards_climate_change/?cHash=2b779744725a505b0f353c103c4d5365

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

Weltklimarat legt Bericht zur Treibhausgas-Minderung vor

Energiewende ist Schlüssel für mehr Klimaschutz
Weltklimarat legt Bericht zur Treibhausgas-Minderung vor

Der neue Bericht des Weltklimarats IPCC stellt klar: Die international vereinbarte Obergrenze von maximal 2°C kann mit ambitionierter Klimapolitik noch eingehalten werden. Die Wissenschaftler zeigen Optionen auf, wie dies erreicht werden kann. Bundesumweltministerin Barbara Hendricks und Bundesforschungsministerin Johanna Wanka sehen den zentralen Schlüssel für mehr Klimaschutz in einem grundlegenden Umbau der Energieversorgung. Nötig sei eine globale Energiewende mit erneuerbaren Energien, Energie- und Ressourceneffizienz. Hierzu lieferten Forschung und Entwicklung die notwendigen Baupläne.

Der IPCC hat heute in Berlin seinen dritten Teilbericht vorgelegt. Demnach würde eine weitere Verzögerung von anspruchsvollen Klimaschutzmaßnahmen die Zahl der technologischen Optionen empfindlich reduzieren und die Kosten des Klimaschutzes erheblich erhöhen.

Bundesumweltministerin Hendricks: „Wir müssen jetzt alles daran setzen, im Klimaschutz beherzt voran zu gehen. Deutschland kann dabei eine wichtige Rolle spielen, wenn wir der Welt am praktischen Beispiel zeigen, dass Klimaschutz in einem Industrieland funktioniert. Auf nationaler Ebene wollen wir nun in allen Bereichen nach den effizientesten Lösungen für den Klimaschutz suchen, um unsere ehrgeizigen Ziele zu erreichen. Auf internationaler Ebene ist es wichtig, dass in diesem und nächsten Jahr die Weichen für ein verbindliches, weltweites Abkommen für die Zeit nach 2020 gestellt werden. Europa muss hier die Führung übernehmen. Darum wollen wir so schnell wie möglich ein EU-weites Klimaziel von mindestens 40 Prozent bis 2030 festlegen. Der Bericht des Weltklimarats zeigt, dass erneuerbare Energien und Energieeffizienz zentrale Bausteine für mehr Klimaschutz sind. Darum brauchen wir auch eigene Ziele für diese beiden Bereiche.“

Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2050 die Treibhausgasemissionen um 80 bis 95 Prozent gegenüber 1990 zu senken. Bis 2020 soll die Minderung mindestens 40 Prozent betragen.

Bundesforschungsministerin Wanka: „Der Bericht der IPCC-Wissenschaftler zeigt: Die Klimaforschung und die Forschung für die Energiewende müssen mit Hochdruck fortgeführt werden.“ Seit dem letzten IPCC-Bericht 2007 hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die Klimaforschung massiv verstärkt, vor allem mit seinem Rahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklungen (FONA). Allein im Jahr 2013 hat das BMBF 750 Millionen Euro in Klima- und Energieforschung investiert. Priorität haben dabei Projekte zur Vermeidung von CO2, beispielsweise bei Speichertechnologien wie Wärmespeichern und Batterien, Materialforschung oder der Nutzung von CO2 als Rohstoff. Zugleich entwickelt das BMBF nationale und internationale Strategien zur Anpassung an Folgen des Klimawandels. „Wir übernehmen Verantwortung insbesondere in den Regionen, die vom Klimawandel besonders betroffen sind“, sagte Wanka. So werden in Kooperation mit zehn westafrikanischen und fünf südafrikanischen Ländern Kompetenzzentren zu Klimawandel und Landnutzung in Afrika aufgebaut. Das BMBF richtet sein Augenmerk auch auf noch offene Forschungsfragen, etwa die Wolkenverteilung und Kohlenstoffspeicherung im Ozean. „Wo noch Wissenslücken bestehen, werden wir die Forschung vorantreiben“, so die Bundesforschungsministerin.

Der Bericht ist der letzte von drei Teilbänden des 5. IPCC-Sachstandsberichtes. Der Teilbericht zeigt Handlungsoptionen zur Minderung von Treibhausgasemissionen auf. An ihm wirkten hunderte von Wissenschaftlern mit, auch 16 Experten aus Deutschland waren daran beteiligt. Nach Schweden und Japan war Deutschland erstmals Gastgeber des IPCC-Treffens, an dem rund 120 Staaten teilnahmen. Der erste Teilband beschäftigte sich mit den naturwissenschaftlichen Grundlagen des Klimawandels, der zweite stellte die Folgen des Klimawandels, Verwundbarkeiten und Möglichkeiten der Anpassung dar. Der Zyklus des 5. IPCC-Sachstandsberichts schließt mit dem übergreifenden Synthesebericht, der Ende Oktober 2014 in Kopenhagen verabschiedet wird.

Eine Zusammenfassung der Kernbotschaften finden Sie unter: http://www.bmub.bund.de/N50407
Deutsche IPCC-Koordinierungsstelle: http://www.de-ipcc.de
Forschung zum Klimawandel: http://www.bmbf.de/de/8493.php

Pressemitteilung des Bundesforschungsministeriums (BMBF) und des Bundesumweltministeriums (BMUB) „Klimawandel ist zentrale gesellschaftliche Herausforderung“.

Fotoausstellung: Expedition in unerforschte Tiefen

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Vipernfisch. Foto Solvin Zankl

Fotoausstellung: Expedition in unerforschte Tiefen

Seit mehr als 15 Jahren bereist der Kieler Fotograf Solvin Zankl alle Erdteile, um die Schönheit der Natur, aber auch ihre Gefährdung zu dokumentieren. Zusammen mit dem GEO-Redakteur Lars Abromeit gab er 2013 den Bildband „Ozeane – Expedition in unerforschte Tiefen“ heraus. Eine Fotoausstellung zeigt jetzt 35 der faszinierendsten Aufnahmen aus diesem Buch. Erste Station der Ausstellung ist das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Die Ausstellung wird am Freitag, 4. April eröffnet.

Pinguine, die auf dem Wasser zu tanzen scheinen. Filigrane Quallen, die knapp unter der Wasseroberfläche durch einzelne Lichtstrahlung schweben. Transparente Fische mit riesigen Fangzähnen, die scheinbar aus einer anderen Welt stammen. Der Kieler Naturfotograf Solvin Zankl hat sie alle abgelichtet. Seit Jahren reist er um die Erde, sucht Inseln, Küsten und die offene See auf, um die Bewohner der Ozeane in all ihrer Pracht zu dokumentieren. Zusammen mit Texten des GEO-Redakteurs Lars Abromeit ist daraus im vergangenen Jahr der faszinierende Bildband „Ozeane“ entstanden, der seine Leser auf eine Expedition in unerforschte Tiefen entführt. Begleitend zum Bildband zeigt jetzt eine Fotoausstellung 35 atemberaubende Aufnahmen von ganz unterschiedlichen Meeresbewohnern. Sie ist ab kommenden Freitag, 4. April 2014, am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, Standort Ostufer, zu sehen.

Wie das Buch seine Leser, so begleitet auch die Ausstellung ihre Besucher durch die Meere der verschiedenen Klimazonen, angefangen in den tropischen Meeren, über die subtropischen und kühlen bis hin zu den polaren Meeren. Ein eigenes Kapitel ist dem größten und gleichzeitig geheimnisvollsten Lebensraum der Erde, der Tiefsee, gewidmet. Viele der Fotos sind auf wissenschaftlichen Expeditionen entstanden, die Solvin Zankl als Fotograf begleiten konnte. So hat er unter anderem an einer Fahrt des Alfred-Wegener-Instituts Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung mit dem Forschungseisbrecher POLARSTERN in den Südatlantik teilgenommen, wo einige der einmaligen Fotografien von Tiefseeorganismen entstanden sind. Während einer Expedition des GEOMAR mit dem Kieler Forschungsschiff POSEIDON und dem Tauchboot JAGO vor der Norwegischen Küste hat Zankl Kaltwasserkorallenriffe vor die Linse bekommen, die für normale Taucher unzugänglich sind. „In dem Spagat zwischen Wissenschaft und Fotografie fühle ich mich zuhause“, sagt Zankl, der zunächst biologische Meereskunde in Kiel studierte, bevor er 1998 sein Hobby Fotografie zum Hauptberuf machte.

Am GEOMAR ist die Ausstellung von Freitag, 4. April, bis Freitag, 13. Juni zu sehen. Der Eintritt ist frei, die Öffnungszeiten sind Montag, Dienstag und Mittwoch von 8 bis 16 Uhr, Donnerstag von 8 bis 15:30 Uhr und Freitag von 8 bis 15 Uhr.

Ausstellungseröffnung am GEOMAR (öffentlich):
Zeit: Freitag, 4. April 2014, 13 Uhr
Ort: GEOMAR, Foyer Standort Ost, Wischhofstraße 1-3, 24148 Kiel

Grußwort: Prof. Dr. Peter Herzig, Direktor des GEOMAR
Einführung in die Ausstellung: Solvin Zankl

Das Buch „Ozeane – Expedition in unerforschte Tiefen“ von Solvin Zankl und Lars Abromeit, 264 Seiten, ca. 220 Abbildungen, Format 26,8 x 28,9 cm, Hardcover mit Schutzumschlag, ist im Federking & Thaler Verlag erschienen (ISBN-13: 978-3-89405-977-4)

Klimawandel: Erwärmung führt bereits zu deutlichen Veränderungen der Weltmeere

Klimawandel: Erwärmung führt bereits zu deutlichen Veränderungen der Weltmeere

Der aktuelle und projizierte Klimawandel verändert die Lebensbedingungen in den Ozeanen schneller als während vergleichbarer Ereignisse in den zurückliegenden 65 Millionen Jahren. Zu dieser Einschätzung kommt AWI-Biologe Prof. Dr. Hans-Otto Pörtner, der ab morgen an der Abstimmungsrunde zum zweiten Teil des fünften Weltklimaberichtes im japanischen Yokohama teilnehmen wird. Der Experte vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), hat gemeinsam mit seinem US-amerikanischen Kollegen David Karl die Arbeiten zum Kapitel „Ozeanische Systeme“ geleitet. Es fasst das Wissen über die bereits beobachteten und künftigen Folgen des Klimawandels für das Leben in den Weltmeeren zusammen.

„Es ist das erste Mal, dass der Weltklimarat IPCC dem Thema Ozeane so viel Beachtung schenkt. Gleich zwei Kapitel des fünften Sachstandsberichtes, Teil zwei, widmen sich den klimabedingten Veränderungen der Weltmeere und deren Folgen. Das von uns koordinierte Kapitel 6 betrachtet den Wandel und mögliche Anpassungsoptionen aus der globalen Perspektive, Kapitel 30 beschreibt die Veränderungen in ausgewählten Ozeanregionen“, sagt Hans-Otto Pörtner.

Fast dreieinhalb Jahre lang haben er und ein internationales Autorenteam die gesamte Forschungsliteratur zum Thema gesichtet. Sie haben Datensätze, Methoden und Ergebnisse miteinander verglichen, die Aussagekraft der wissenschaftlichen Argumente und Prognosen überprüft und bewertet, Risiken definiert sowie Unsicherheiten und Wissenslücken herausgearbeitet.

„Infolge des Klimawandels wirken drei Faktoren, welche die Lebensbedingungen für Fische, Säugetiere, Algen und andere Meeresbewohner verändern. Der stärkste Treiber ist momentan die Meereserwärmung. Sie führt schon jetzt zu deutlichen Veränderungen. So beobachten wir zum Beispiel, dass Fischarten wie der Kabeljau ihren Lebensraum polwärts verlagern. Der zweite Faktor, die Ozeanversauerung, wird den Prognosen zufolge in den nächsten Jahrzehnten an Bedeutung gewinnen und deutliche Auswirkungen auf globaler Ebene und in einzelnen Ökosystemen haben. An dritter Stelle folgt die zunehmende Sauerstoffarmut. Ihre Folgen spüren wir zum Beispiel in den Küstenregionen, wo die Zahl extrem sauerstoffarmer Zonen deutlich zugenommen hat“, sagt Hans-Otto Pörtner.

Im 5. IPCC-Sachstandsbericht, der am 31. März 2014 um 9 Uhr Ortszeit in Yokohama veröffentlicht wird, werden die Wissenschaftler Zahlen und Fakten für diese Veränderungen nennen, Prognosen abgeben und aufzeigen, welche Risiken und Kosten der Wandel mit sich bringen wird. Zuvor aber geht es für die führenden IPCC-Autoren in der morgen beginnenden Abstimmungsrunde darum, die von ihnen geschriebene „Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger“ gemeinsam mit Regierungsvertretern Zeile für Zeile abzustimmen. „Wir streben in der Diskussion einen Konsens zwischen Regierungen und Wissenschaft an“, so Hans-Otto Pörtner.

AWI-Hintergrundmaterial:
Verständlich aufbereitetes Hintergrundmaterial zu den Folgen des Klimawandels für die Weltmeere allgemein sowie für den Arktischen Ozean, das Südpolarmeer und die Nordsee im Speziellen finden Sie in unseren AWI-Fact Sheets unter: http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/hintergrund/ipcc/

Sollte die Hochseefischerei gestoppt werden?

Sollte die Hochseefischerei gestoppt werden?

Hamburg/Lissabon, 7.6.2013: Zum internationalen Tag der Ozeane (8.6.2013) schlagen hochrangige Vertreter aus Wissenschaft, Wirtschaft, Gesellschaft und Politik einen Stopp der Hochseefischerei vor. Dieses ist nach Ansicht der 130 Experten, die an der dritten Konferenz zur Nachhaltigkeit der Ozeane in Cascais bei Lissabon (Portugal) der Lübecker Dräger-Stiftung teilgenommen haben, eine von zahlreichen Maßnahmen, die international sofort umgesetzt werden sollten, damit sich die seit 1988 massiv abnehmenden Fischbestände wieder erholen können.

Im Dickicht zahlreicher Regulierungen und Organisationen, die sich dem Schutz und der nachhaltigen Nutzung der Ozeane verschrieben haben, müssen die bekannten und dringend notwendigen Maßnahmen schneller und wirkungsvoller umgesetzt werden. Die aktuellen politischen Maßnahmen und deren Überwachung reichen nach Ansicht des portugiesischen Staatssekretärs für Meere und Umwelt, Professor Manuel Pinto de Abreu, derzeit nicht aus. Deshalb unterstützt Pinto de Abreu die Einrichtung einer Europäischen Ozean-Allianz (EOA) zur kompetenten und branchenübergreifenden Beratung für eine nachhaltige Europäische Meerespolitik. Die EOA soll den Dialog zwischen Politik, Wirtschaft, Wissenschaft, internationalen Organisationen und NGOs vertiefen und insbesondere junge Menschen für den prekären Zustand unserer Ozeane und ihre Bedeutung für unser aller Leben sensibilisieren.

Die Lage der Ozeane im Zusammenhang mit dem globalen Klimawandel, ihrer biologischen Vielfalt, der Nutzung von Rohstoffen und Meerestieren, insbesondere Fischen, ist mehr als heikel, stellt auch der britische Ozeanforscher Professor Callum Roberts fest. Ein wirkungsvoller, grenzüberschreitender und nachhaltiger Meeresschutz leidet derzeit vor allem darunter, dass notwenige Maßnahmen zwar bekannt sind, aber nicht wirkungsvoll umgesetzt werden; das gilt vielfach auch für bereits vorhandene Gesetze.

Nach einem erfolgreichen Meeressymposium im Jahr 2008 startete die Lübecker Dräger-Stiftung im Jahr 2011 in Kooperation mit dem Earth Institute der Columbia University, New York und dem Kieler Exzellenzcluster ‚Future Ocean‘ die Konferenzreihe ‘Sustainable Oceans: Reconciling Economic Use and Protection’. Nach zwei Konferenzen in Hamburg 2011 und in New York 2012 hat die dritte und letzte Konferenz zum Thema ‘Good Governance for Sustainable Marine Development’ vom 3. – 5. Juni 2013 in Cascais (bei Lissabon) in Portugal stattgefunden. Seine Exzellenz Fürst Albert II von Monaco und der portugiesische Präsident Cavaco Silva, die die Konferenz eröffnet haben, haben gemeinsam die Schirmherrschaft übernommen.

Zu den Referenten der Konferenz zählten auch David Miliband, ehemaliger britischer Außenminister und Co-Chair der Global Ocean Commission, der erste Ergebnisse seiner Arbeit für diese Commission vorstellte.

Eine Europäische Ozean-Allianz aus Experten aller Fachrichtungen soll künftig helfen, den Ressourcenreichtum der Ozeane nachhaltig zu nutzen, ohne ihn unwiederbringlich auszubeuten. Internationale Regulierungen müssen endlich wirksam umgesetzt und kontrolliert werden und Regelverstöße müssen künftig sanktioniert werden.

Das ausführliche Programm, sowie weitere Informationen über die Ozean-Konferenz in Cascais finden sie hier:

http://www.draeger-stiftung.de/de/stiftungsprogramme/konferenzen-2013/sustainable-oceans.html

Rückfragen der Presse an:

ALDEBARAN Marine Research & Broadcast

Katharina Herzog

E-Mail: presse@aldebaran.org

Telefon: +49 (0) 40 32 57 21 0

Fax: +49 (0) 40 32 57 21 21

Rückfragen zur Konferenz beantwortet:

Dräger-Stiftung

Moislinger Allee 54-55, 23558 Lübeck

Telefon: +49 (0) 451 882 2151

Fax: +49 (0) 451 882 3050

Wie schnell reagiert der chemische Zustand des Ozeans auf die Klimaerwärmung?

Wie schnell reagiert der chemische Zustand des Ozeans auf die Klimaerwärmung?

Forschende aus Kieler Sonderforschungsbereich tragen wesentlich zu erster globaler Studie zum Stickstoffkreislauf im Ozean bei

Ohne Stickstoff ist Leben im Meer nicht möglich. Die Bindung und Freisetzung von Stickstoff in den Weltmeeren ist ein fein ausbalancierter Kreislauf. Doch der Mensch setzt diesen Stickstoffkreislauf unter Druck, indem er durch die Düngung landwirtschaftlicher Flächen zusätzlich riesige Mengen an Stickstoff in die Meere bringt. Um herauszufinden, wie der Stickstoffkreislauf auf Druck von außen reagiert, haben jetzt 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus elf Nationen seine Entwicklung am Ende der letzten Eiszeit rekonstruiert. Zu dieser ersten globalen Studie zum Stickstoffkreislauf, die in der aktuellen Ausgabe der internationalen Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ erscheint, haben auch Kieler Forschende aus dem Sonderforschungsbereich 754 beigetragen.

Ohne Stickstoff als Dünger und dessen Umwandlungsprodukte kann pflanzliches Plankton im Meer nicht existieren. Damit könnte es auch kein Kohlendioxid binden und keinen Sauerstoff produzieren. Und es fiele als Basis für die Nahrungskette weg. Doch auch zu viel Stickstoff wäre für das marine Ökosystem eine Katastrophe. Plankton würde in solchen Mengen wachsen, dass bei der späteren Zersetzung des organischen Materials ungeheure Mengen an Sauerstoff verbraucht würden. Damit würde auch Sauerstoff in weiten Bereichen des Meeresbodens fehlen und der Lebensraum für Fische und andere Meereslebewesen zerstört. Das bestehende Gleichgewicht halten marine Bakterien aufrecht, die Stickstoff aus der Atmosphäre fixieren und nahe der sauerstoffreichen Oberfläche speichern.

Das Gleichgewicht wird jedoch immer dann gestört, wenn zusätzlicher Stickstoff in die Meere gelangt, beispielsweise durch Düngemittel für die industrielle Landwirtschaft. Gleichzeitig erwärmt der Mensch das System Erde und damit auch die Ozeane, indem er große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre entlässt. Beides könnte den ozeanischen Stickstoffkreislauf verändern. Trotz der immensen Bedeutung des Stickstoffkreislaufs für alles Leben im Meer, fehlten bisher verlässliche wissenschaftliche Daten darüber, wie dieser Kreislauf auf den äußeren Druck reagieren wird.

Kieler Forschende aus dem Sonderforschungsbereich 754 „Klima – Biogeochemische Wechselwirkungen im tropischen Ozean“ haben mit ihren internationalen Kolleginnen und Kollegen rekonstruiert, wie der Stickstoffkreislauf im Ozean auf extreme äußere Einflüsse zum Ende der Eiszeit reagiert hat. Für ihre Studie haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das größte Klimaarchiv der Erde genutzt – den Meeresboden. Denn wenn das mit Stickstoff angereicherte Phytoplankton stirbt, sinkt es auf den Meeresboden ab und sammelt sich dort an. Über die Jahrtausende bilden sich dort so einzelne Schichten, die jeweils etwas über die Umweltbedingungen zur Zeit ihrer Entstehung aussagen können. Bisherige Studien zu diesem Thema waren allerdings lokal begrenzt. „Deshalb haben wir zum ersten Mal die Erkenntnisse vieler Arbeitsgruppen, die an dem Thema arbeiten, zusammengefasst“, erklärt Professor Ralph Schneider, Direktor des Instituts für Geowissenschaften an der Universität Kiel und einer der Autoren. „Wir haben rund 2.300 Sedimentkerne aus allen Ozeanen vom Ende der Eiszeit miteinander verglichen und 76 Zeitserien aus Stickstoff-Isotopen über die vergangenen 30.000 Jahre erstellt.“

Aus den Daten der Vergangenheit können die Forschenden ablesen, dass sich der chemische Zustand des Ozeans erst nach wenigen tausend Jahren während des natürlichen Klimawandels nach der Eiszeit stabilisieren konnte. „Diese einmaligen Datensätze sind eine wesentliche Grundlage für Computersimulationen, mit denen wir abschätzen können, wie schnell der Stickstoffkreislauf auf den heutigen Klimawandel reagiert“, ergänzt Mitautor Christopher Somes vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.

Ein Ergebnis der Studie ist, dass die Intensität der Prozesse, bei denen im Ozean gebundener Stickstoff freigesetzt wird und so in die Atmosphäre gelangen kann, am Ende der letzten Eiszeit stark zunahm, während die lichtarmen Teile des Ozeans wesentlich sauerstoffärmer wurden. Die Ökosysteme mussten sich an die geänderten Bedingungen anpassen. Als die Eisschilde sich vor rund 8.000 Jahren zurückgezogen hatten und gleichzeitig die erste menschliche Zivilisation auf der Erde erschien, hatte sich der Ozean in einen neuen, wärmeren Zustand stabilisiert, in dem der Stickstoffkreislauf schneller ablief als noch während der Eiszeit.

„Die heutigen Einflüsse auf den Ozean sind wahrscheinlich gravierender als während des Endes der Eiszeit. Ein neues Gleichgewicht wird der Ozean vielleicht erst in einigen Jahrhunderten oder sogar in mehreren Jahrtausenden erreichen“, prognostiziert Professor Ralph Schneider. „Damit bleibt die Frage offen, wie der Ozean mit dem vergleichsweise schnellen, vom Menschen verursachten Klimawandel zurecht kommt und wie dramatisch sich lokale Ökosysteme anpassen müssen“, so Ralph Schneider weiter.

Links/Originalartikel:
http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo1832.html
http://www.geomar.de Das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
http://www.ifg.uni-kiel.de Institut für Geowissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Kontakt:
Prof. Dr. Ralph Schneider
Institut für Geowissenschaften
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
E-Mail: schneider@gpi.uni-kiel.de

Was macht die Ozeanversauerung mit Korallen?

corals

Einfluss der Ozeanversauerung auf Steinkorallen simuliert

Die Versauerung unserer Ozeane und ihre Folgen für die Unterwasserwelt ist ein drängendes Problem. Am ZMT haben Wissenschaftler ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem sie unterschiedliche Szenarien der Ozeanversauerung vorgeben und deren Auswirkungen auf Steinkorallen prüfen können.
Die Versauerung unserer Ozeane und ihre Folgen für die Unterwasserwelt ist ein drängendes Problem, das die Wissenschaftler weltweit beschäftigt. Ein erschreckendes Szenario sind beispielsweise Steinkorallen, die ihre Fähigkeit zur Kalkskelettbildung verlieren und nicht mehr in der Lage sind, Riffe mit all ihren Schutz- und Lebensräumen für die außergewöhnliche Artenvielfalt zu bilden. Doch wie wahrscheinlich ist eine solche Entwicklung?

Um fundierte Voraussagen machen zu können, müssen zunächst die Prozesse der Skelettbildung und ihre Reaktion auf Störfaktoren bei Korallen verstanden werden. Am Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie in Bremen haben Wissenschaftler ein mathematisches Modell entwickelt, das die Kalkbildung der Korallenpolypen auf der Zellebene detailliert nachbildet. “Mit so einem Modell kann man unterschiedliche Szenarien der Ozeanversauerung vorgeben und deren Auswirkungen auf Steinkorallen prüfen“, sagt der Ökologe Sönke Hohn.

CO2 aus der Atmosphäre löst sich im Meer und bildet Kohlensäure. Die steigenden Kohlendioxidwerte führen dazu, dass das Wasser langsam versauert. Während das Oberflächenwasser der Ozeane heute einen pH-Wert von ca. 8,2 aufweist, wird es im Jahr 2100 voraussichtlich nur noch 7,8 betragen. Ein saures Milieu greift aber Kalkstrukturen an, der Kalk löst sich auf. Dass die Kalkskelettbildung vieler Tiere unter den erhöhten CO2 Werten im Meer leidet, ist mittlerweile bekannt. Bilder von „nackten“ Korallenpolypen, die pH-Werten von 7,4 ausgesetzt worden waren, gingen in einer Studie des Magazins “Science“ um die Welt. Wie ein gestörter Kalkbildungsprozess genau abläuft, war jedoch unklar. Der Antwort sind die Wissenschaftler aus Bremen nun näher gekommen.

Polypen scheiden an ihrem Fuß Kalziumionen aus, die gemeinsam mit Karbonationen zu festem Kalk auskristallisieren und dadurch Skelettstrukturen bilden. Alle Polypen einer Koralle sind über eine Gewebeschicht miteinander verbunden. Diese trennt das umgebende Meerwasser von der Flüssigkeit, in der das Kalkskelett gebildet wird. Die Wissenschaftler konnten mit ihrem mathematischen Ansatz nachweisen, dass CO2 durch die Gewebsschichten in die kalzifizierende Flüssigkeit eindringt. Trotz aktiver Regulierung ihres Stofftransportes sind Polypen nicht in der Lage, bei erhöhten Kohlendioxidwerten gegen die Diffusion anzugehen.

Das Modell bildet die sehr komplexen biochemischen Prozesse des Stoffaustausches und der Kalkbildung in vier Räumen ab: dem umgebenden Meerwasser, dem Polypengewebe, dem Magen und der kalzifizierenden Flüssigkeit unter den Polypen. Es basiert auf Daten aus verschiedenen Studien, vor allem aber von Versuchsreihen, die am ZMT stattfanden. Mit Mikrosonden waren pH-Wert und Kalziumkonzentrationen unterhalb des Polypengewebes gemessen worden.

“Doch auch sehr aufwendige Laboruntersuchungen reichen nicht aus, um den Prozess der Kalzifizierung vollständig zu verstehen“ meint Agostino Merico, der den Modellierungsansatz mitentwickelte. “Indem wir alle relevanten physiologischen Prozesse simulieren, entwirrt unser Modell die komplexen Vorgänge und quantifiziert die Effekte der Ozeanversauerung auf die Organismen.“ So ergaben Berechnungen mit erhöhten CO2 Werten in der Atmosphäre, wie sie in 2100 im schlimmsten Falle zu erwarten sind, eine um 10% reduzierte Kalkbildung bei Steinkorallen. In einem nächsten Schritt soll auch der Einfluss der Ozeanerwärmung auf die Kalkbildung mit dem Modell untersucht werden.

Publiziert in:
Hohn, S., Merico, A. (2012) Modelling coral polyp calcification in relation to ocean acidification, Biogeosciences, 9, 4441-4454. doi: 10.5194/bg-9-4441-2012.

Weitere Informationen:

Dr. Sönke Hohn
Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie
Tel: 0421 – 23800 105
Mail: soenke.hohn@zmt-bremen.de