Biosphaere.info - Der Kohlenstoffkreislauf der Meere 3

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Inhalt

4 Forschungsprojekte
    4.1 EPOCA: Die Versauerung wird erforscht
    4.2 BIOACID – Großforschungsprojekt untersucht die Versauerung der Ozeane
    4.3 Freilandversuch des IFM-Geomar
5 Einzelne Meeresbewohner
    5.1 Studie zum Einfluß von Bewohnern des Meeresbodens
    5.2 Steigender Säuregehalt senkt Emissionen des Aerosols DMS
    5.3 Muscheln sterben schon bei geringer Ozeanversauerung aus
    5.4 Wale binden Kohlendioxid im Meer
    5.5 Das Phytoplanton
        5.5.1 Vorgänge im Meer
        5.5.2 Die Instrumente
        5.5.3 Die Beobachtungen
        5.5.4 Woher kommt das Nitrat?
        5.5.5 Ausblick und Nutzen
6 Blick in die Klimageschichte und Ausblick
    6.1 Studie des CSIC
Quellen
Aktualisierungen

4 Forschungsprojekte

4.1 EPOCA: Die Versauerung wird erforscht

Viele Organismen sind also direkt betroffen durch den schleichenden Anstieg eines der wichtigsten Parameter ihres Lebensraums, den Säuregrad des Wassers. Der Prozess selbst ist laut GEOMAR bereits durch Messdaten belegt. EPOCA (European Project on Ocean Acidification) ist ein EU-weiter Zusammenschluss von 27 Instituten, der sich die Erforschung dieser weit reichenden Veränderung des größten Ökosystems der Welt zum Ziel gesetzt hat.

Am 10. Juni 2008 in Nizza, Frankreich begann eine Tagung, die den Auftakt für eine weltweit einmalige Vernetzung der Forschungsaktivitäten zu Ozeanversauerung gab. Prof. Ulf Riebesell, Meeresbiologe am Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in Kiel und stellvertretender Koordinator von EPOCA, erläutert die Bedeutung des neuen Projekts: „Dies stärkt die Position Europas auf diesem relativ neuen Gebiet der Umweltforschung und erlaubt es den nationalen Programmen, sich zu diesem wichtigen Thema abzustimmen und zu ergänzen“. Prof. Jelle Bijma, Meeresbiogeologe am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven fügt hinzu: „Mit unserer Forschung werden wir dazu beitragen, kritische Schwellenwerte aufzuzeigen, deren überschreiten unabsehbare Folgen für die marinen Ökosysteme haben können." Neben dem IFM-GEOMAR und dem AWI sind die anderen deutschen Partnerinstitute das Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg und das GKSS Forschungszentrum in Geesthacht. Den Einrichtungen aus neun europäischen Ländern, koordiniert vom französischen Centre National de la Recherche Scientifique, wurden von der EU insgesamt 6,5 Millionen Euro für einen Zeitraum von 4 Jahren zugesprochen.

Die erklärten Ziele von EPOCA sind:

Die Veränderung der Meereschemie und die dadurch beeinflusste Verbreitung mariner Lebensgemeinschaften räumlich und zeitlich zu dokumentieren. Paläorekonstruktionen von natürlichen Bioarchiven, zum Beispiel Korallen, sollen zurückliegende Variationen in diesen Parametern aufschlüsseln.
Die Sensibilität von einzelnen Organismen, Gemeinschaften und ganzen Ökosystemen gegenüber Ozeanversauerung zu erforschen. Hierzu sollen Ergebnisse aus der Molekularbiologie, Biochemie, Physiologie und Ökologie gleichzeitig als Informationsquelle hinzugezogen werden. Schlüsselorganismen, die aus ökologischer, biochemischer oder sozioökonomischer Sicht von besonderer Bedeutung sind, werden für gezielte Laboruntersuchungen ausgewählt. Weiterhin werden Felduntersuchungen in Regionen vorgenommen, die von der Ozeanversauerung in besonderem Maße betroffen sind.
Die Ergebnisse werden in gekoppelten biogeochemischen Ozean-Klima Modellen eingebaut, um bessere Vorhersagen für die Zukunft zu erzielen.

Als Grundlage zum politischen und gesellschaftlichen Handeln haben sich die Wissenschaftler zum Ziel gesetzt, die Risiken der Ozeanversauerung sowie wichtige Schwellenwerte, die unumkehrbare und schädliche Folgen für die Umwelt bedeuten könnten, zu identifizieren. „Aus den Disziplin übergreifenden Anstrengungen über nationale Grenzen hinweg erhoffen wir uns, tief greifende und schnelle Erkenntnisse über die Konsequenzen der Ozeanversauerung“, fasst Riebesell zusammen. Weitere Informationen über EPOCA sowie eine Auflistung aller Partnerinstitute sind unter epoca-project.eu zu finden.

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4.2 BIOACID – Großforschungsprojekt untersucht die Versauerung der Ozeane

Am 1.9.2009 startete das Großforschungsprojekt BIOACID (Biological Impacts of Ocean ACIDification), ein Verbundprojekt, das die Auswirkungen der Ozeanversauerung auf Lebensgemeinschaften im Meer untersucht. Im Rahmen von BIOACID sollen in fächerübergreifender Zusammenarbeit unter anderem die Effekte der Ozeanversauerung auf die Kalkbildung, das Wachstum und die Entwicklung von Meeresorganismen ermittelt werden. An dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die nächsten drei Jahre mit 8,5 Millionen Euro finanzierten Projekt sind insgesamt 14 Forschungsinstitute und Universitäten aus ganz Deutschland beteiligt. Die Projektleitung liegt beim Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in Kiel. Das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft übernimmt die stellvertretende Koordination und erhält insgesamt 2,9 Millionen Euro Projektmittel.

Felduntersuchungen zeigen, dass Effekte der Ozeanversauerung auf wichtige Kalkbildner schon heute sichtbar sind. Zudem zeigen einige Lebensräume, die natürlicherweise mit vulkanischem CO₂ angereichert sind, eine veränderte Artenzusammensetzung. Der zusätzliche Eintrag von CO₂ bedingt, dass hier nur wenige Kalkbildner überleben können. Andere finden nicht mehr ausreichend Karbonate, um ihre Schalen aufzubauen. Im Unterschied dazu ist das volle Ausmaß der Ozeanversauerung mit seiner Wirkung auf einzelne Arten als auch auf ganze Ökosysteme und damit letzten Endes auch auf die Fischerei noch unklar.

Die Polargebiete könnten auf die Ozeanversauerung besonders empfindlich reagieren. „In kaltem Wasser ist die Löslichkeit für CO2 groß,“ erläutert Prof. Dr. Hans-Otto Pörtner, Tierphysiologe am Alfred-Wegener-Institut und stellvertretender Koordinator des Projekts. „Die Ausgangssituation und damit auch die künftig zu erwartenden Änderungen in der Wasserchemie sind ungünstiger als in den wärmeren Meeren. Außerdem laufen viele biologische Vorgänge in den polaren Meeren wegen der geringen Temperaturen verlangsamt ab, so dass die Fähigkeit der Organismen, eine erhöhte CO2-Anreicherung zu kompensieren, möglicherweise eingeschränkt ist.“ An die extremen Umweltbedingungen angepasste Arten reagieren besonders empfindlich auf Veränderungen. Somit stellen die Polargebiete eine Modellregion dar, in der die Verschiebungen in den Nahrungsnetzen und Ökosystemen aufgrund der Ozeanversauerung beispielhaft untersucht werden können. „Mit seiner Kompetenz auf dem Gebiet der polaren Meeresforschung wird das Alfred-Wegener-Institut einen wichtigen Beitrag zu den Untersuchungen im Rahmen von BIOACID leisten“, so Pörtner weiter.

verlegt nach 5.3

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4.3 Freilandversuch des IFM-Geomar

Um die Versauerung der Ozeane zu untersuchen, will nun ein Team um Ulf Riebesell vom Kieler Leibnitz-Institut für Meereswissenschaften IFM-Geomar einen Tierversuch durchführen. Dazu wollen die Wissenschaftler in 17 Meter Tiefe einen Wasservolumen von 50.000 Litern vom übrigen Meer abtrennen. Dazu dienen Schläuche aus reißfestem, aber flexiblem Kunststoff, die an fast acht Meter hohen Auftriebskörpern hängen. Im Wasser lebt eine Planktongemeinschaft. Diese können die Forscher gezielt manipulieren, indem sie die allmähliche Versauerung in 20, 30 und 50 Jahren simulieren. Entwickelt wurde die weltweit einzigartige Versuchsanordnung vom Institut selbst. Das Greenpeace Schiff Esperanza bringt neun der Anlagen in die Arktis.

Dem Experiment gingen Versuche im Labor voraus, bei dem man koralline Rotalgen von der gleichen Stelle entnommen wurden, die das Team nun erneut aufsucht. Es stellte fest, dass die Algen bei einem bestimmten Karbonatgehalt aufhörten, zu wachsen. Wurde der Grenzwert unterschritten, lösten sie sich sogar auf. Es folgte ein Freilandversuch in der Kieler Förde. Doch in der Arktis verschlechtern sich die Bedingungen früher. Dazu nennt der Wissenschaftler ein Beispiel. Eine gekühlte Mineralwasserflasche kann viel Kohlendioxid lösen. Nimmt man sie aber aus dem Kühlschrank, gast es aus und sprudelt. So ist es auch im Meer und deshalb setzen die Forscher den Versuch im hohen Norden fort.

Verschwinden die Rotalgen, verschwinden auch die Flügelschnecken, die sich von ihnen ernähren. Fische, Meeressäugetiere und Seevögel wiederum fressen die Flügelschnecke. Die Rotalgen sind also Grundlage einer ganzen Nahrungskette, die nun in Gefahr ist. Bedingungen, unter denen sie sich auflösen, könnten in einigen arktischen Regionen im Winter bereits 2016 eintreten und bis 2045 auch über den Sommer hinweg weiter bestehen. (DLF, 2010a)

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5 Einzelne Meeresbewohner

Meereslebewesen profitieren vom Kohlenstoff des Meeres,

weil sie ihn in ihren Kalkschalen bilden.

Meereslebewesen sind durch den Kohlenstoff des Meeres gefährdet

weil er eine Versauerung des Ozeans bewirkt, was den Kalk der Schalen abbaut.
weil durch Versauerung Muschellarven eine geringere Überlebenschance haben, länger zum Wachsen benötigen und kleiner werden.
weil die Versauerung Einfluss auf die Fortpflanzung von Plankton hat, das wiederum die Grundlage der Nahrungsketten im Meer ist.

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5.1 Studie zum Einfluß von Bewohnern des Meeresbodens

Seestern, Foto: IFM-Geomar, Kiel

Abbildung 1: Seestern. Foto: Stephanie Pohl, Sabrina Warnk, Alena Gall, IFM-Geomar, Kiel

Während ihres Lebens produzieren sie Kalk (CaCO₃ = Kalziumkarbonat) und binden dabei Kohlenstoff aus der Wassersäule. Wenn sie sterben, lagert sich dieser am Meeresboden ab: Echinodermata (Stachelhäuter), zu denen Seesterne oder Seelilien gehören, spielen offenbar eine viel größere Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf als bisher vermutet. Auf der anderen Seite sind sie durch die zunehmende Ozeanversauerung – eine Folge des von Menschen verursachten CO₂-Ausstoßes – gefährdet. Ihr Einfluss auf das gesamte marine Ökosystem ist somit nicht zu unterschätzen. In einer in der Fachzeitschrift “Ecology Monographs” erschienenen Studie legt eine internationale Forschergruppe unter Leitung des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in Kiel erste Einschätzungen vor und fordert, den Beitrag der am Meeresboden lebenden Organismen zum globalen Kohlenstoffzyklus neu zu bewerten.

Verarbeitung des Kohlenstoffs. Um ihre Schutzhüllen oder Skelette zu bilden, aber auch für verschiedene andere Prozesse, verbrauchen Echinodermata Kohlenstoff aus dem Meerwasser. Dieser Stamm, dessen Arten in allen Meeren vom Gezeitenbereich bis zur Tiefsee vertreten ist, wird in fünf Gruppen aufgeteilt: Seesterne, Seeigel, Schlangensterne, Seegurken und Seelilien. Bei der Kalkbildung nehmen sie Kalzium und Magnesium in unterschiedlichen Proportionen in ihre Körper auf. Ihre Skelette schließen somit eine bedeutende Menge von anorganischem Kohlenstoff ein. Damit ist er in ihnen gebunden. Wenn die Echinodermata sterben, geben sie diesen Kohlenstoff an den Meeresboden ab. Anders als der von Plankton oder Algen aufgenommene Stoff wird er also nicht in der Wassersäule remineralisiert.

Lebewesen am Meeresboden erforschen. Eine neue Studie, die kürzlich in den ESA Ecological Monographs erschienen ist, belegt erstmals den bedeutenden Einfluss von Echinodermata auf das organische wie anorganische Kohlenstoffbudget in den Ozeanen. Haupt-Autor und Leiter der Untersuchungen ist Mario Lebrato, Doktorand am Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR). „Unsere Abhandlung verdeutlicht, dass wir erst wenig über die weitreichenden Kohlenstoffprozesse wissen, in die Kalk bildende Arten wie Echinodermata eingebunden sind. Damit deckt sie eine der größten Ungewissheiten im globalen Kalziumkarbonat-Haushalt auf. Uns ist es wichtig, dass der Beitrag des Benthos, also der am Meeresboden lebenden Organismen wie Echinodermata, auf den globalen Kohlenstoffkreislauf neu bewertet wird“, erklärt Mario Lebrato. „Modelle der so genannten ‚Biologischen Pumpe‘, die die CO₂-Aufnahme und Umsetzung durch Algen und Plankton beschreiben, sollten zukünftig auch die bodennah lebenden Organismen berücksichtigen. Schließlich verarbeiten sie mehr als eine Zehntel Gigatonne Kohlenstoff pro Jahr, was beispielsweise den Beitrag von Foraminiferen, den Kammerlingen, bei weitem übersteigt und nur knapp unter der Gesamtproduktion in der gesamten Wassersäule liegt. Wir müssen dringend mehr Wissen über die biochemischen Prozesse am Boden gewinnen, die ebenso bedeutend wie die Abläufe im freien Wasser sind."

Folgen der Versauerung erkunden: Genauso wichtig ist den Forschern, mehr über die Folgen der Ozeanversauerung – eine Konsequenz der extensiven Nutzung fossiler Energieträger – für Echinodermata und andere Kalk bildende Arten zu erfahren. Erste Versuche lassen auf dramatische Auswirkungen schließen. Denn wenn der pH-Wert des Wassers sinkt, ist es für die Organismen schwieriger und schließlich sogar unmöglich, haltbare Kalkstrukturen aufzubauen. „Je mehr geforscht wird, desto häufiger treten widersprüchliche Trends auf, die es erschweren, den Prozess als Ganzes zu verstehen“, räumt Lebrato ein. „Echinodermata sind ein gutes Beispiel für eine Art, die unerwartete Muster zeigt und uns als Wissenschaftler herausfordert.“ (Lebrato, 2010)

Originalarbeit: Lebrato, M., D. Iglesias-Rodriguez, R. Feely, D. Greeley, D. Jones, N. Suarez-Bosche, R. Lampitt, J. Cartes, D. Green, and B. Alker, 2009: Global contribution of echinoderms to the marine carbon cycle: a re-assessment of the oceanic CaCO₃ budget and the benthic compartments. ESA Ecol. Monogr., doi: 10.1890/09-0553.

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5.2 Steigender Säuregehalt senkt Emissionen des Aerosols DMS

Eine Forschungsgruppe der Newcastle University um Michael Maguire simulierte Anfang 2010 die Versauerung von Meerwasser. Dessen Säuregehalt entsprach dem, der von den aktuellen Trends zum Anstieg der Kohlendioxidkonzentration vorausgesagt wird. Dieses Absinken des ph-Wertes führte zu einem steilen Rückgang einer biochemisch wichtigen Gruppe von Bakterien, bekannt als Marine Roseobacter Stamm. Wie Maguire erklärte, dass damit erstmals ein Rückgang bei einer wichtigen Bakteriengruppe in signifikater Zahl beobachtet wurde und das bei einem mäßigen Rückgang des ph-Wertes.

Der Bakterienstamm ist für den Abbau einer Schwefelverbindung namens Dimethylsulfoniopropionate (DMSP) verantwortlich, das von Photosynthese treibenden Plankton erzeugt wird. Dieses Endprodukt wird von einer Vielzahl von Bakterien als Schwefelquelle genutzt. Sie wandeln einen Abschnitt des DMSP in Dimethylsulfid (DMS) um. Das DMS ist ein natürlich auftretendes Gas, das auf das irdische Klima einwirkt. Es fördert die Bildung von Wolken, die ihrerseits einfallendes Sonnenlicht in den Weltraum reflektieren und damit die Lufttemperaturen senken.

Die Forschungsgruppe stellte nun die Hypothese auf, dass sich der Rückgang des Marine Roseobacter auf die Menge des austretenden Dimethylsulfids und den im Ozean verfügbaren Schwefel auswirkt. Die Versauerung der Ozeane habe im großen Maßstab Konsequenzen auf marine Ökosysteme. Doch sie habe auch sozioökonomische Auswirkungen auf Fischbestände und die Erosion von Korallenriffen. (Maguire, 2010)

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5.3 Muscheln sterben schon bei geringer Ozeanversauerung aus

In Laborversuchen untersuchten die Wissenschaftler Chris Gobler und Stephanie Talmage das Wachstum und die Entwicklung von Larven von kommerziell wertvollen Muschelarten bei verschiedenen CO₂-Konzentrationen. Die Forscher arbeiten an der Stony Brook University School of Marine and Athmospheric Sciences (www.stonybrook.edu). Unter den Bedingungen, die Klimatologen für das Ende des Jahrhunderts vorhersagen, zeigte sich dreierlei:

Weniger als die Hälfte der Larven überlebten,
sie waren kleiner
und brauchten für die einzelnen Schritte ihrer Entwicklung mehr Zeit.

„Diese beiden Faktoren erhöhen den ohnehin schon großen Raubdruck, dem die Tiere in diesem Lebensstadium ausgesetzt sind“, erklärte der Mollusken-Experte und Paläontologe Martin Zuschin von der Universität Wien (www.univie.ac.at/Palaeontologie) gegenüber pressetext.austria. „Auf diese Weise können ganze Populationen - etwa auch dieser kommerziell bedeutenden Meerestiere - unter großen Druck geraten.“ Das heißt: Sie sind in größerer Gefahr, gefressen zu werden. Die Larven reagieren also extrem sensibel auf die Versauerung.

Dabei sind sie ohnehin bedroht. "In den vergangenen Dekaden haben wir gesehen, wie unsere Meere durch Überfischung, Algenblüten und globale Erwärmung bedroht werden. Nach unseren Forschungsergebnissen ist auch die Übersäuerung der Meere ein großes Risiko für unsere Ressourcen", so Gobler. Bereits heute sind Arten in Küstennähe einer CO₂-Konzentration ausgesetzt, die dort bisher unbekannt war. Ursache ist ein erhöhter Eintrag von Nährstoffen ins Meer.Pressetext.austria berichtet von Aquakultur-Betreibern, die ihre Muscheln zunächst in geschlossenen Räumen nachzüchten und erst später ins Freie bringen. Dabei sind die drei untersuchten Muschelarten bei US-amerikanischen Konsumenten sehr beliebt und zu landestypischen Gerichten verarbeitet. Doch in diesem Punkt macht Talmage Hoffnung: „Wir können den Züchtern nun genaue Hinweise für die CO₂-Werte liefern, bei denen die Muscheln sich am besten entwickeln können.“ Die Forschungsergebnisse wurden im Oktober 2009 im Fachmagazin Limnology and Oceanography veröffentlicht. (Weitlaner, 2009)

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5.4 Wale binden Kohlendioxid im Meer

Wie australische Wissenschaftler entdeckten, entfernen Wale pro Jahr 200.000 Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Ihre Ausscheidungen, also der Kot, enthalten Eisen. Dieses Eisen bildet die Nahrungsgrundlage für das winzige pflanzliche Plankton (Phytoplankton). Es betreibt Photosynthese. Damit entzieht es dem Wasser das Kohlendioxid, entnimmt diesem Gas den Kohlenstoff und bindet ihn in seiner Biomasse. Zurück bleibt Sauerstoff , den die Mikroorganismen wieder ans Wasser und die Luft abgeben. In diesem Prozess produzieren die Winzlinge die Hälfte des Sauerstoffs der Atmosphäre. Die Wissenschaftler der Universität von Adelaide ziehen den Schluss, dass kommerzieller Walfang die Panktonbestände sinken läßt und damit den Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre steigen lasse. (DLF, 2010b)

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5.5 Das Phytoplanton

5.5.1 Vorgänge im Meer

Das Meer um Hawaii mag klar und blau sein, aber es birgt weiterhin ein ozeanisches Geheimnis. Und das bergen mikroskopisch kleine Algen, genannt Phytoplankton. Wie Landpflanzen gewinnen sie aus Atomen des Wassers und des Kohlendioxids Atome, die sich mit Hilfe des Sonnenlichts zu komplexen organischen Verbindungen montieren, den Kohlenwasserstoffe. Das sind die Rohstoffe aus denen die Zellen des irdischen Lebens bestehen. Doch diese Atome genügen ihnen nicht. Sie brauchen weitere, die sie in Nährstoffen finden. Wichtig ist dabei Stickstoff, der in Nitraten enthalten ist. Bauern bringen ihn als Dünger auf dem Feld aus. Dennoch wachsen die Algen auch in den Meeren der mittleren Breitengrade, wo sie diese Nitrate nur in geringen Mengen finden. Oberflächenwasser in diesen Gebieten des mittleren Ozeans enthalten fast kein Nitrat oder andere Pflanzennährstoffe. Und doch gedeihen jedes Jahr die mikroskopischen Algen in diesen riesigen Gebieten des offenen Ozeans. Solche Beobachtungen verwirren die Wissenschaftler seit drei Jahrzehnten.(MBARI, 2010)

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5.5.2 Die Instrumente

Nun nahm sich eine Forschungsgruppe des Themas an, bestehend aus der Meereschemiker Ken Johnson vom Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), Stephen Riser von der University of Washington und David Karl von der University of Hawaii. Um dieses Rätsel zu lösen, verwendete das Team einen Roboter-Drifter, der Apex float genannt wird. Das Gerät taucht automatisch von der Meeresoberfläche hinab in 1000 Meter Tiefe und wieder auf. Dabei sammelt er die Daten, die er findet. Forscher der University of Washingten statten den Drifter mit einem Sauerstoffsensor und einer angepassten Version von Johnsons Feld Ultraviolett Spektrophotometer (ISUS), der Nitratkonzentrationen im Meerwasser misst. Im Dezember 2007 setzten Forscher der Universität Hawaii den Drifter nordöstlich von Oahu im Meer aus. Dort sammelt er seit zwei Jahren alle fünf Tage ein Ozeanprofil , bestehend aus Messdaten aus unterschiedlichen Tiefen. Das Design und die Entwicklung des angepassten Drifters wurde durch die National Science Foundation, das Office of Naval Research, die National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA), die Gordon and Beety Moore Foundation und die David and Lucile Packard Foundation gefördert.(MBARI, 2010)

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5.5.3 Die Beobachtungen

Jedes Jahr von Januar bis Oktober zeigen die Instrumente eine allmähliche Zunahme der Sauerstoffkonzentration in den oberen hundert Metern des Ozeans. Zur gleichen Zeit registrieren sie eine Abnahme der Nitratkonzentrationen im tieferen Wasser, das 100 bis 250 Meter unter der Meeresoberfläche liegt. Die Gruppe fand heraus, dass der Betrag des Sauerstoffs, der jedes Jahr durch Photosynthese erzeugt wird, direkt proportional zu dem Nitratkonsum im tieferen Wasser ist. Algen atmen Sauerstoff aus und ernähren sich unter anderem von Nitrat. An den Vorgängen müssen also diese Winzlinge beteiligt sein. Basierend auf der Abnahme der Nitratkonzentrationen in der Tiefe schätzten die Wissenschaftler den Umfang des jährlichen Algenwachstums. Sie fanden heraus, dass ihre Schätzungen des jährlichen Algenwachstums den Wachstumsraten entsprachen, die während der Fahren der Universität von Hawaii gemessen wurden. Damit hatten sie nachgewiesen, dass die Algen Ursache der Vorgänge sind.(MBARI, 2010)

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5.5.4 Woher kommt das Nitrat?

Wie aber kommen die Mikroben an ihr Nitrat? Es befindet sich 100 bis 250 Meter unter dem Meeresspiegel. Sie aber können nur in Tiefen bis zu 50 Metern leben. In Tiefen von mehr als 100 Metern gibt es nicht genug Sonnenlicht, um Photosynthese zu betreiben und wachsen zu können. Daraus schlossen die Forscher, dass sie irgendwie das Nitrat aus der Tiefe erhalten und damit an der Oberfläche wachsen und sich vermehren. Doch wie sie es erhalten, bleibt weiter unklar. Daten von Satelliten und Driftern weisen darauf hin, dass sich im Pazifik langsame Wirbel bilden, gelegentlich hunderte Meter unter der Oberfläche. Damit erreichen sie die Schichten mit hohem Nitratgehalt. Johnson vermutet, dass diese Ozeanwirbel Nährstoffe nach oben befördern könnten. Seine ISUS Daten zeigen, dass einige dieser Wirbel Nitrate bis hinauf in Tiefen von 70 Metern transportieren können. Doch das sind noch immer nicht die Schichten, in denen die Algen leben. Nun denken Johnson sein Team darüber nach, ob in Tiefen unter 100 Metern schlafende Mikroalgen leben könnten. Die Wirbel des offenen Ozeans könnten sie dann hinauf in Tiefen von vielleicht 70 Metern tragen. Von dort aus könnten sie weiter in Tiefen von 50 Meter unter der Oberfläche wandern. Johnson meint, dass die Überprüfung dieser Hypothese eine interessante Herausforderung für Meeresbiologen sein könnte. Wissenschaftler wissen bereits, dass einige Algen mit peitschenförmigen Flagella schwimmen können. Andere könnten wie das Apex float ihren Auftrieb aktiv verändern und damit entweder auf- oder absteigen.(MBARI, 2010)

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5.5.5 Ausblick und Nutzen

Johnsons Gruppe wird diese Rätsel nicht lösen, sondern mit seiner bisherigen Arbeit fortfahren. Während der nächsten ein oder zwei Jahre wird die Forschungsgruppe um Johnson mehrere Gruppen von Driftern mit Nitrat und Sauerstoffsensoren ausrüsten. Einige von ihnen werden bei Hawaii eingesetzt, andere bei den Bermuda Inseln im mittleren Atlantik und wieder andere im Fernen Nordpazifik oder im südlichen Ozean. Gerade in den höheren nördlichen und südlichen Breitengraden sind Algenwachstum und Nitratbedarf viel höher als in den mittleren Breitengraden.

Es erscheint so, als wenn solche Studien winziger Algen im offenen Ozean mit den menschlichen Aktivitäten an Land wenig zu tun hat. Doch gerade die Sauerstoffproduktion der Algen in den Ozeanen der mittleren Breiten ist wichtig für den Fortbestand des Lebens auf der Erde. Darüber hinaus bringen die Algen gigantische Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre in die Ozeane. Obwohl winzig in der Größe, konsumieren die Algen des mittleren Ozeans ein Fünftel des Kohlendioxids, dass weltweit durch Pflanzen und Algen aufgenommen werden. Damit spielen sie eine bedeutende Rolle bei der Kontrolle des Klimas der Erde. Oder wie Johnson sagt: „Die Käfer, die Sie nicht mit einem Mikroskop sehen können, tun die ganze Arbeit.“ Diese Erkenntnisse werden den Forschern helfen, die Reaktionen der Ökosysteme des offenen Ozeans auf den Klimawandel vorherzusagen. (MBARI, 2010)

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6 Blick in die Klimageschichte und Ausblick

6.1 Studie des CSIC

Entwicklung bis 2100: Heute liegt der Säuregrad der Ozeane durchschnittlich 0,1 ph unter dem vorindustriellen Wert. Laut Dr. Eva Calvo vom Meeresinstitut CSIC im spanischen Barcelona zeigen Projektionen, dass er bis 2100 weiter sinke, um 0,3 bis 0,4. Ein sinkender ph-Wert bedeutet einen Anstieg des Säuregehaltes. Das sei mehr, als viele Organismen ertragen. Unter solchen Umständen treten in den Ozeanen lebensfeindliche Bedingungen ein. Im nächsten Jahrzehnt werden sie im Nordatlantik und -pazifik eintreten, in den nächsten Jahrzehnten im südlichen Ozean, warnen die Wissenschaftler ihrer Arbeitsgruppe.

Vergangene 40 Millionen: Calvo ist Koautorin der Studie „reconstruction of the history of anthropogenic CO₂ concentrations in the ocean“. Ihre Arbeit befasst sich mit dem Kohlendioxid- und Säuregehalt der Ozeane in der Vergangenheit. Wie beim Thema Klimawandel lohnt auch hier ein Blick in die Vergangenheit, um künftige Entwicklungen besser beurteilen zu können. Die Bedingungen in den Ozeanen sind schon heute extremer als diejenigen, denen Organismen und Ökosysteme in den vergangenen 40 Millionen Jahren ausgesetzt waren, erklärte Ko-Autor Professor Hoegh-Guldberg zur Veröffentlichung in der Ausgabe April 2010 des Magazin „Ecology and Evolution“. Und sie laufen hundertmal schneller ab, als dies in den vergangenen Zehnmillionen Jahren geschehen sei.

Extremereignisse: In noch fernerer Erdgeschichte findet man extremere Bedingungen. Es gäbe überzeugende Hinweise darauf, dass große Massensterben wie die Katastrophe am Ende des Perm vor 251 Millionen Jahren oder der endgültige Untergang der Saurier am Ende der Kreidezeit vor 55 Millionen Jahren von einer Versauerung der Ozeane begleitet wurden. Für viele Arten, die dies nicht bewältigen konnten, dürfe es das Aus gewesen sein. Das war tatsächlich so. In der Permkatastrophe starben wahrscheinlich 95 Prozent der irdischen Lebewesen aus, am Ende der Kreide immerhin die Saurier. Klimakatastrophen, die von einer Versauerung begleitet wurden. Diese Perioden können ein Beispiel dafür sein, was uns erwartet, wenn wir weiterhin den Säuregehalt der Ozeane vergrößern, erklärte Dr. Charles Pelejero von ICREA und dem CSIC.

Auswirkungen hat das natürlich auf den Beitrag der Fischereiindustrie zur menschlichen Ernährung und das zu einer Zeit, zu der sich der Nahrungsbedarf der Bevölkerung verdoppelt. Doch das große Sterben in den Meeren würde auch Vögel und Landtiere betreffen und die irdische Biologie im ganzen tiefgreifend verändern. Schlußfolgerung der Forscher: Die Erkenntnisse unterstreichen die Dringlichkeit, Maßnahmen zu beschließen, die Kohlendioxidemissionen drastisch reduzieren.

Originalarbeit: Carles Pelejero, Eva Calvo and Ove Hoegh-Guldberg. Palaeo-perspectives on ocean acidification. Trends in Ecology and Evolution, number 1232

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Quellen

DLF, 2010a: Matthias Günther, Arktische Zeitmaschine, in Forschung aktuell, Deutschlandfunk, 14.5.2010, 16:35 Uhr

DLF, 2010b: Pottwale wirken dem Klimawandel entgegen, in: Forschung aktuell, Deutschlandfunk, 16.6.2010

Khatiwala, 2009: Samar Khatiwala, F. Primeau, T. Hall, reconstruction of the history of anthropogenic CO₂ concentrations in the ocean, Artikel, Nature, Ausgabe 462, Seite 346-349, 19.11.2009

Körtzinger, 2009: Prof. Dr. Arne Körtzinger, Kohlendioxidaufnahme im Ozean, Pressemitteilung, IFM-GEOMAR, 3.12.2009

Lebrato, 2010: Mario Lebrato, Seesterne: Klimaretter oder Klimaopfer?, Pressemitteilung, IFM-Geomar, 13.1.2010

Maguire, 2010: Society for General Microbiology (2010, March 31). Ecosystems under threat from ocean acidification. ScienceDaily. Retrieved April 1, 2010, from http://www.sciencedaily.com /releases/2010/03/100329075913.htm

MBARI, 2010: Researchers discover source of essential nutrients for mid-ocean algae, Pressemitteilung, Monterey Bay Aquarium Research Institute, 23.6.2010, Originalarbeit: K. S. Johnson, S. C. Riser, D. M. Karl, Nitrate supply from deep to near surface waters of the North Pacific subtropical gyre, Nature, Vol. 465, Issue 7300, 24.6.2010

Mrasek, 2009: Volker Mrasek, Warnung für CO₂-Emittenten, Sendereihe Forschung Aktuell, Deutschlandfunk, 19.11.2009, 16:35 Uhr

Science, 2010: 'Evil Twin' Threatens World's Oceans, Scientists Warn, Science Daily, 29.3.2010

Weitlaner, 2009: Wolfgang Weitlaner, pressetext.austria, Ozeanversauerung läßt Muscheln aussterben, Pressetext, 28.10.2009, 13:45 Uhr

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