Ozeanversauerung: Marine Baumeisterin verliert Stabilität

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Proben von Lithothamnion glaciale im Labor. Foto: Federica Ragazzola

Koralline Rotalge bildet bei erhöhtem Kohlendioxid-Gehalt empfindlichere Zellen

Rotalgen zählen zu den bedeutendsten Baumeistern im Lebensraum Meer. Doch bei steigenden Kohlendioxid-Konzentrationen und zunehmender Ozeanversauerung könnte es ihnen schwerer fallen, anderen Pflanzen und Tieren eine Existenzgrundlage zu bieten. Experimente am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel sowie Messungen am GEOMAR, an der Universität Bristol und der Universität Western Australia ergaben, dass die Art Lithothamnion glaciale ihre Widerstandskraft gegen Erosion und Fraß einbüßen könnte. Damit wäre eine wichtige Grundlage der artenreichen Ökosysteme am Meeresboden in Gefahr. Die im Fachmagazin Scientific Reports veröffentlichten Erkenntnisse werfen ferner die Frage auf, ob koralline Algen ein verlässlicher Indikator für Temperaturen vergangener Erdzeitalter sind.

Im Zuge der globalen Veränderungen und der zunehmenden Versauerung der Ozeane könnte eine wichtige Basis für Lebensräume am Meeresboden verlorengehen. Lithothamnion glaciale – eine rot-violette koralline Alge, deren Strukturen eine Vielzahl an marinen Organismen, darunter auch Larvenstadien wirtschaftlich wichtiger Fischarten, beherbergen – bildet bei steigenden Kohlendioxid-Konzentrationen weniger stabile Zellen. Dadurch kann ihre Widerstandskraft gegen Erosion und Fraß leiden. Dies haben Untersuchungen eines Teams von Wissenschaftlern des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel sowie der Universitäten von Bristol, Portsmouth und Western Australia ergeben. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die im Fachmagazin Scientific Reports.

Koralline Algen bilden ihre Zellwände üblicherweise aus einer Form von Kalzit, die eine große Menge an Magnesium enthält. Während ihres Wachstums entwickeln sie kreisförmige Bänder, die an Baumringe erinnern. Im Sommer gewachsene Bänder enthalten mehr Magnesium als diejenigen, die im Winter entstanden. Um das Wachstum und die Anreicherung mit Magnesium zu überprüfen, hielten Wissenschaftler Lithothamnion glaciale unter aktuellen Kohlendioxid-Konzentrationen und bei Werten, die für die Zukunft erwartet werden. Wassertemperatur und Lichtverhältnisse wurden stabil gehalten.

„Unter einem erhöhten Kohlendioxid-Anteil arbeiteten die Algen weniger Magnesium in ihre Zellwände ein, und die Wände blieben dünner als bei gegenwärtigen Konzentrationen. Auch deren Struktur war verändert“, fasst Dr. Federica Ragazzola, Biologin am Institut für Meereswissenschaften an der Universität Portsmouth zusammen. Ragazzola führte ihr Experiment im Jahr 2010 im Rahmen des deutschen Forschungsprojekts zur Ozeanversauerung BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification) am GEOMAR durch. „Wir sehen zwei mögliche Gründe für den Magnesium-Schwund: Entweder haben die Algen magnesium-reiches Kalzit gegen eine weniger lösliche Zusammensetzung ausgetauscht oder sie haben einen Teil des Kalzits aufgrund der Versauerung eingebüßt. In jedem Fall verliert Lithothamnion ihre Elastizität und Härte. So kann sie leichter beschädigt werden.“ Die Wissenschaftler vermuten daher, dass die Alge nicht in der Lage sein wird, ihre wichtige Funktion als Ökosystem-Ingenieurin beizubehalten.

Weil sie Veränderungen der Temperatur und der Licht-Intensität als Gründe für den Rückgang der Magnesiumkonzentrationen in ihrem Experiment ausschließen können, interpretieren die Forscher ihn als eindeutige Reaktion auf die Ozeanversauerung. Dies hat auch Auswirkungen auf die Rekonstruktion des Klimas vergangener Erdzeitalter: „Das Verhältnis von Magnesium zu Kalzium in Kalkalgen wurde häufig als Anhaltspunkt für Temperaturen verwendet. Aber da unsere Proben bei konstanten sieben Grad Celsius gehalten wurden, können wir Veränderungen in der Magnesiumkonzentration nicht auf die Temperatur zurückführen. Ohne eine Information zum Säuregrad können Temperatur-Rekonstruktionen, die ausschließlich auf dem Verhältnis von Magnesium zu Kalzium basieren, leicht in die Irre führen“, betont Dr. Jan Fietzke vom GEOMAR.

Der Physiker hat kürzlich mit einer innovativen Kombination von Lasertechnik und Isotopenanalytik pH-Werte der vergangenen 120 Jahre aus dem Nordpazifik rekonstruiert. „Die aktuelle Publikation ist ein hervorragendes Beispiel für die Zusammenarbeit mit unseren britischen Kollegen, die sich während der ersten Phase des Projekts BIOACID entwickelt hat“, so Fietzke. „Die Analyse biologischer und chemischer Prozesse mittels solcher ortsaufgelöste Analysen, wird uns noch eine ganze Reihe spannender Einblicke eröffnen.“

Originalveröffentlichung:
Ragazzola, F., L.C. Foster, C.J. Jones, T B. Scott, J. Fietzke, Matt R. Kilburn, and D.N. Schmidt (2016): Impact of high CO2 on the geochemistry of the coralline algae Lithothamnion glaciale. Scientific Reports, 6:20572, http://dx.doi.org/10.1038/srep20572

BIOACID in Kürze:
Unter dem Dach von BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification) untersuchen zehn 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 wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt. Die Koordination liegt beim GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Eine Liste der Mitglieds-Institutionen und weitere Informationen finden sich unter www.bioacid.de.

Schwämme und Korallen kooperieren im Riff eng zusammen

 

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Steinkorallen im Flachwasser (ca. 3 m Wassertiefe) im untersuchten jordanischen Warmwasserkorallenriff im Roten Meer. © Dr. Malik Naumann

Korallen und Schwämme kommunizieren über ihren Stoffwechsel miteinander

Ein internationales Forscherteam machte kürzlich eine überraschende Entdeckung im Meer: Korallen und Schwämme kommunizieren über ihren Stoffwechsel miteinander. Dies gilt sowohl für tropische Warmwasserkorallenriffe im Flachwasser als auch für Kaltwasserkorallenriffe in den Tiefen des Nordatlantiks. Diese Entdeckungen wurden jetzt durch die vor Kurzem an der Universität Bremen promovierte kanadische Nachwuchswissenschaftlerin Dr. Laura Rix als Erstautorin in der renommierten multidisziplinären Fachzeitschrift „Scientific Reports“ (http://www.nature.com/articles/srep18715) veröffentlicht.

Schwammschleife

Die Forscher fanden heraus, dass Schleime, die kontinuierlich und oft in großen Mengen von Korallen ins Wasser abgegeben werden, von Schwämmen in ihrer Umgebung gut als Nahrung aufgenommen werden können. Der Clou dabei: Ein Großteil der von den Korallen abgegebenen Schleime löst sich sofort im Wasser und ist mikroskopisch klein. Dieses energie- und nährstoffreiche Material ist daher für die meisten Organismen in Warm- oder Kaltwasserkorallenriffen nicht verwendbar. Schwämme allerdings besitzen eine für das Tierreich einzigartige Eigenschaft: Sie können über einen Prozess, der als „Schwammschleife“ bezeichnet wird, unsichtbares gelöstes organisches Material in sichtbare Teilchen, sogenanntes partikuläres organisches Material, umwandeln. Schwämme machen dies über einen extrem schnellen Zellstoffwechsel. Dies führt dazu, dass kurz nach der Aufnahme des gelösten organischen Materials, zelluläre Klumpen abgegeben werden. Diese können dann von vielen Rifforganismen, wie wirbellosen Tieren (zum Beispiel Würmern, Schnecken, Krebsen, und Seesternen), als Nahrung verwendet werden.

Parallel-Experimente in 3.000 km Entfernung

Das Forscherteam machte diese Entdeckung durch eine Reihe von Parallel-Experimenten an Feldstationen in Jordanien am Roten Meer und Süd-Schweden am Skagerrak, also an zwei extrem unterschiedlichen Standorten, die mehr als 3000 km auseinander liegen. Die Korallen und Schwämme für die Experimente wurden in Jordanien aus 5-10 m Wassertiefe durch Taucher, und in Schweden aus mehr als 100 m Wassertiefe mit Hilfe eines Tauchroboters gesammelt. Trotz dieser starken Standort-Unterschiede fielen die Ergebnisse der Experimente sehr ähnlich aus: Der von Korallen-stammende Schleim wurde stets gut von den Schwämmen aufgenommen und zu etwa 20-40 Prozent schnell in Partikel umgewandelt.

Das Spannende an diesen Erkenntnissen ist also, dass es offensichtlich eine weitverbreitete Verknüpfung der Stoffwechselprozesse von Korallen und Schwämmen gibt. Das führt dazu, dass Energie und Nährstoffe in Warm- und Kaltwasserkorallenriffen zurückgehalten und direkt vielen Rifforganismen wieder zur Verfügung gestellt werden. Dies beugt Verlusten vor. Es handelt sich also um einen neuentdeckten Mechanismus, der zwei der wichtigsten Meeresbewohner miteinander verknüpft. Dieser Mechanismus unterstützt offensichtlich das Funktionieren ganzer Korallenriffökosysteme sowohl in den warmen Flachgewässern der Tropen als auch im kalten Tiefenwasser der gemäßigten Breiten.

Publikation: Rix et al. Coral mucus fuels the sponge loop in warm- and cold-water coral reef ecosystems. Sci. Rep. 5, 18715; doi: 10.1038/srep18715 (2015)

http://www.uni-bremen.de/universitaet/presseservice/pressemitteilungen/einzelanzeige/news/detail/News/korallen-und-schwaemme-kommunizieren-ueber-ihren-stoffwechsel-miteinander-1.html?cHash=5eec302d3b909f609ed23d06279c5007

Spuren des Klimawandels im Agulhasstrom

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Spuren des Klimawandels im Agulhasstrom
– GEOMAR-Forscher nutzen Korallen als hochauflösende Temperaturarchive –

18.03.2014/Kiel. Korallen sind sehr gut geeignet, um Meeresoberflächentemperaturen aus der Vergangenheit mit hoher Genauigkeit zu rekonstruieren und so auch Veränderungen von Meeresströmungen nachzuvollziehen. Mit Hilfe von besonders präzisen Messungen an Korallen aus dem südwestlichen Indischen Ozean konnten Forscher des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel jetzt nachweisen, dass der Agulhasstrom vor der Ostküste Südafrikas in den vergangenen drei Jahrzehnten wärmer war, als in den 300 Jahren zuvor. Die Studie erscheint jetzt in der Fachzeitschrift Nature Scientific Reports.

Der Agulhasstrom im westlichen Indischen Ozean ist ein wichtiger Kontrollmechanismus für Wetter und Klima, sowohl regional als auch global. Der Strom transportiert Wärme in den südlichen Indischen Ozean und in den Südatlantik und beeinflusst so auch die globale thermohaline Zirkulation, zu der auch der für Europa wichtige Golfstrom gehört. Prof. Dr. Christian Dullo vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel hat sich zusammen mit Kollegen aus Australien, Südafrika und Großbritannien mit den Steuerungsmechanismen des Agulhasstroms beschäftigt. Mit Hilfe von Korallen konnten sie nachweisen, wie sich die Temperaturen im Agulhasstrom in den vergangenen 300 Jahren verändert haben. Gleichzeitig ist die Studie ein Beleg dafür, dass Korallen zuverlässige Datenarchive für Oberflächentemperaturen des Meeres sind. Denn die aus den Korallen ermittelten Oberflächentemperaturen der vergangenen Jahrzehnte stimmen sehr gut mit direkt gemessenen Temperaturen in der Region überein. Die Ergebnisse der Studie erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift Nature Scientific Reports.

Professor Dullo und sein ehemaliger Doktorand Dr. Jens Zinke von der University of Western Australia entnahmen 1995 vor der Südküste Madagaskars und vor der Ostküste von Südafrika gezielt Proben aus Korallenriffen. Ähnlich wie die Jahresringe von Bäumen bilden Korallen je nach Umweltbedingungen Wachstumsringe, die den Wissenschaftlern eine gezielte Analyse ermöglichen. Die Wachstumsgeschwindigkeiten der Korallen variieren dort zwischen einem und anderthalb Zentimetern pro Jahr. „Diese hohen Wachstumsgeschwindigkeiten bedeuten eine sehr gute zeitliche Auflösung. Somit konnten wir Temperaturveränderungen im Jahresgang beobachten und gut mit den instrumentellen Aufzeichnungen der jüngsten Zeit vergleichen“, erklärt der Geologe Dullo. Die Korallen zeigen eine Abkühlung während der so genannten Kleinen Eiszeit (1670-1720), folglich war die Intensität des Agulhasstroms zu dieser Zeit deutlich geringer und es wurde weniger Wärme in den südlichen Indischen Ozean und in den Südatlantik transportiert. Außerdem zeigen die Korallen eine Verstärkung des Agulhasstroms im 19. und 20. Jahrhundert, verbunden mit einer Erwärmung in der Region.

In einer zweiten, bereits Anfang Februar in der Fachzeitschrift Climate Dynamics erschienenen Studie untersuchten Dr. Zinke und Prof. Dullo zusammen mit dem GEOMAR-Klimaforscher Dr. Wonsun Park und weiteren Kollegen von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, aus Australien, Deutschland, Frankreich und den Niederlanden, ob und in wieweit sich die von den Korallen aufgezeichneten Temperaturen zwischen den Sommermonaten und den Wintermonaten unterscheidet. „Starke Unterschiede zwischen Sommer- und Wintertemperaturen zeugen von großen Schwankungen in der Monsunaktivität“, erklärt Professor Dullo, „und der Monsun spielt für das Klima des Indischen Ozeans eine zentrale Rolle“. Vor 5.000-6.000 Jahren zeigen die Korallen nur geringe Unterschiede zwischen Sommer und Winter, dieses Phänomen wiederholt sich vor 2.000 Jahren. Extreme saisonale Unterschiede beobachteten die Forscher hingegen vor 4.600 Jahren und zwischen 1990 und 2003. In diesen 13 Jahren war die Saisonalität am höchsten im gesamten Datensatz für die letzten 6.200 Jahre. Die Wissenschaftler vermuten, dass sich in den Ergebnissen das verstärkte Auftreten von natürlichen Klimaschwankungen wie El Niño niederschlägt.

„Dank der Korallenanalysen haben wir jetzt ein gutes, sehr fein aufgelöstes Bild vom Wetter- und Klimageschehen im Südwest-Indik während der vergangenen 300 Jahre“, fasst Professor Dullo die Ergebnisse der Studien zusammen. Die Ergebnisse der Studie von den Seychellen deuten darüber hinaus an, dass Klimaschwankungen wie El Niño in ihrer Häufigkeit zunehmen und diese Signale auch von den Korallen aufgezeichnet werden.“ Professor. Dullo warnt: „Die in den Korallen aufgezeichneten erhöhten Temperaturen deuten klar auf die globale Erwärmung hin. Wir können also in dieser Hinsicht auf Grundlage unserer Daten keine Entwarnung geben.“

Originalarbeiten:
Zinke, J., Loveday, B. R., Reason, C.J.C., Dullo, W.-C. Dullo und Kroon, D.: Madagaskar corals track sea surface temperature variability in the Agulhas Current core region over the past 334 years. Nature Scientific Reports.
http://dx.doi.org/10.1038/srep04393

Zinke, J., Pfeiffer, M., Park, W., Schneider, B., Reuning, L., Dullo, W.-Chr., Camoin, G.F., Mangini, A., Schroeder-Ritzrau, A., Garbe-Schönberg, D. und Davies, G.R. (2014): Seychelles coral record of changes in sea surface temperature bimodality in the western Indian Ocean from the Mid-Holocene to the present. Climate Dynamics, Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
http://dx.doi.org/10.1007/s00382-014-2082-z

Links:
http://www.geomar.de Das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Gehört pumpenden Weichkorallen die Zukunft in Riffen?

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Gehört pumpenden Weichkorallen die Zukunft in Riffen?

In vielen tropischen Korallenriffen haben Forscher des ZMT eine interessante Entdeckung gemacht: Weichkorallen der Familie Xeniidae, die sogenannten Straußenkorallen, breiten sich immer mehr aus. Eine Besonderheit dieser sesshaften Tiere sind ihre pulsierenden Bewegungen – liegt darin der Schlüssel ihres Erfolgs?

Wie Vogelflügel öffnen und schließen sich die gefiederten Polypententakeln der Straußenkorallen. Diese Weichkorallen führen pulsierende Bewegungen aus – eine Seltenheit bei sesshaften Meeresorganismen. Lange war unbekannt, welchen Zweck das unermüdliche Pulsieren erfüllen soll – es kostet ja vor allem Energie!

Kürzlich publizierte ein israelisches Forscherteam der Universität in Jerusalem erste Erkenntnisse zu diesen Bewegungen in der renommierten Zeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences USA). Riffökologen des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenökologie – ZMT haben jetzt in PNAS dazu Stellung genommen und ordnen diese Ergebnisse in einen breiteren ökologischen Kontext ein. Dabei kommen sie zu einer erstaunlichen Prognose, wie tropische Korallenriffe sich in der Zukunft entwickeln könnten.

Für Straußenkorallen beschreiben die israelischen Forscher zwei wesentliche Vorteile des Pulsierens. Mit Hilfe ihrer symbiotischen Algen betreiben tropische Korallen Photosynthese, um Energie zu gewinnen. Hierbei wird Sauerstoff produziert, der durch das Pulsieren effektiv aus dem Korallengewebe abtransportiert wird – seine Anreicherung würde die CO2-Fixierung hemmen. Die Bewegungen führen auch dazu, dass Nährstoffe im Wasser besser an alle Polypen verteilt werden. Nach Berechnungen der israelischen Forscher beträgt der Aufwand für das Pulsieren maximal 56% der gewonnenen Energie. Das ist eine ökonomisch sinnvolle Investition.

Zum Vergleich zogen die Bremer Korallenriffökologen Christian Wild und Malik Naumann zwei weitere Organismen heran, die ebenfalls am Meeresboden leben und pumpende oder kontrahierende Körperbewegungen zeigen: die Mangrovenqualle Cassiopeia und eine Einzellerkolonie. Allen gemeinsam ist die Symbiose mit Mikroorganismen. Dabei kamen die Forscher zu dem Ergebnis, dass die aktiven Körperbewegungen bei allen drei Organismen erhebliche Vorteile für Stoffwechsel und Nahrungsversorgung bringen – und letztendlich das Wachstum kräftig ankurbeln.

Noch ein weiterer Effekt des Pulsierens könnte von großer Bedeutung sein: Bei der Photosynthese entstehen auch freie Sauerstoffradikale. Für den Stoffwechsel der Korallen sind diese sehr schädlich. Im Zuge der Ozeanerwärmung führen sie dazu, dass Korallen ihre symbiotischen Algen entlassen, bleichen und häufig absterben. Durch die Körperbewegungen werden jedoch auch diese Radikale vermutlich besser abtransportiert. Die Bremer Forscher halten es für sehr wahrscheinlich, dass pulsierende Weichkorallen daher gegenüber der Korallenbleiche besonders widerstandsfähig sind.

Robustheit und günstige Energiebilanz verschaffen den pulsierenden Weichkorallen einen erheblichen Konkurrenzvorteil im Riff. „Weltweit kann man in Korallenriffen inzwischen häufig einen Übergang von Steinkorallen, die bisher dominierten, zu Weichkorallen feststellen“ berichtet Christian Wild. „Steinkorallen sind jedoch wichtige Ökosystemingenieure, die das Funktionieren des gesamten Riffs über die Produktion von Kalk und die Abgabe von organischen Substanzen wie Zucker und Schleime steuern“. Die Bremer Forscher befürchten, dass Stoffkreisläufe im Riff entscheidend verändert werden könnten, mit negativen Folgen für die wertvollen Eigenschaften von Korallenriffen.

Publiziert in:
Wild C., Naumann M.S. (2013) Effect of active water movement on energy and nutrient acquisition in coral reef-associated benthic organisms.
Proceedings of the National Academy of Sciences USA

http://www.zmt-bremen.de/15.5.13.html

Taz: Greenpeace rechtfertigt selbst gemachtes Riff

http://www.taz.de/1/archiv/print-archiv/printressorts/digi-artikel/?ressort=wu&dig=2009%2F07%2F29%2Fa0139&cHash=3229b713a5

Greenpeace rechtfertigt selbst gemachtes Riff

Vor Sylt versenkte Steine behindern die Fischerei und schützen den Lebensraum

Die Felsbrocken, die Greenpeace im Sommer 2008 illegal in der Nordsee versenkt hat, erfüllen ihren Zweck und fügen sich in das existierende Ökosystem ein. Zu diesem Schluss kommt ein landschaftsökologisches Gutachten, das die Umweltorganisation am Dienstag vorstellte. Künftig solle der Zustand der Fischereihindernisse einmal jährlich untersucht werden, kündigte der Meeresaktivist Thilo Maack an.

Im August 2008 hatte Greenpeace 320 Felsbrocken am Sylter Außenriff etwa 60 Kilometer vor den Inseln Sylt und Amrum versenkt. Die Steine sollten Fischer davon abhalten, Grundschleppnetze über dieses Gebiet zu ziehen. Es gehöre zwar zum Schutzgebietsnetz Natura 2000 der EU, sagte Maack. Trotzdem genieße es faktisch keinen Schutz, weil sich die europäischen Fischereiminister nicht zu Maßnahmen durchringen könnten.

„Das Sylter Außenriff und seine Fauna werden täglich zerstört“, sagte Maack. Die Fischer schaben mit den Ketten und Scherbrettern an ihren Netzen die Lebewesen vom Meeresboden. Außerdem saugen Bagger Sand und Kies vom Meeresgrund – und damit auch Tiere und Pflanzen.

Um das Ergebnis der Greenpeace-Aktion zu bewerten, hat das Büro Biolagu Fotografien von 18 Felsbrocken begutachtet. Die Steine zeigten keine Spuren von Schleppnetzen. Sie waren von typischen Organismen besiedelt, hauptsächlich Polypen, Seeanemonen, Moostierchen und Seesternen. Außerdem fanden sich Eier von Nacktschnecken und Kalmaren. In der Nähe begegneten Tauchern Fische, Krebse und Garnelen. „Die Greenpeace-Steine haben das bestehende Riff erweitert“, stellte der Gutachter Christian Plate fest.

Norbert Kahlfuß, Vorsitzender des Verbandes der Deutschen Kutter- und Küstenfischerei, ist davon wenig erbaut. Sein Verband folge der Maxime „Schutz durch Nutzung“. Die Fischer arbeiteten seit Jahrhunderten in einer Kulturlandschaft. „Es kann nicht sein, das Greenpeace einfach Fangplätze vernichtet“, sagte Kahlfuß. In der Antwort auf eine Kleine Anfrage der FDP im Bundestag teilte die Bundesregierung mit, das Steineversenken habe zwar gegen das Hohe-See-Einbringungsgesetz verstoßen. Ein Bußgeldverfahren sei jedoch nicht weiter verfolgt worden. Greenpeace habe keinen Umweltschaden verursacht.
GERNOT KNÖDLER