Auswirkungen der aktuellen klimatischen Veränderungen auf tropische Korallenriffe

Inhaltsverzeichnis

1. Eintauchen in die Welt des Korallenriffs

2. Korallenriffe und deren Grundgerüst, die Steinkorallen

3. Der Klimawandel und wie er das Meer und seine Bewohner beeinflusst
3.1 Chemische Veränderungen
3.1.1 Änderung der Gaskonzentration
3.1.2 Beeinflussung der Salinität
3.2 Physikalische Veränderungen
3.2.1 Änderungen im Meeresspiegelniveau und der Lichtintensität
3.2.2 Beeinflussung der Dichte des Wassers
3.2.3 Strömungen, das Transportunternehmen der Ozeane
3.2.4 Die erhöhte Unwetterhäufigkeit
3.2.5 Der Temperaturanstieg
3.3 Veränderungen in der Lebensgemeinschaft des Korallenriffs

4. Haben die Riffe eine Zukunft?

5. Literaturverzeichnis

1. Eintauchen in die Welt des Korallenriffs

Das Wasser ist glasklar und angenehm warm. Eine bunte Landschaft erstreckt sich am Meeresgrund. Korallen in allen Farben türmen sich übereinander. Jede einzelne unterscheidet sich in Farbe und Form von ihren Nachbarn. Neben einem verzweigten schwarzweißen Federstern wächst eine gewundene Hirnkoralle. Darüber erheben sich Elchhornkorallen und ein gelber Röhrenschwamm. Die rosa, blau und violett leuchtenden Tentakeln einer Riesenanemone wiegen sanft auf und ab. Plötzlich fällt ein Schatten auf ein kleines Seepferdchen, als eine Suppenschildkröte gemütlich vorbeischwebt. Ein Papageienfisch knabbert ein Stück von der Steinkoralle ab, doch davon lassen sich die gestreiften Fledermausfische nicht stören. Aus einem schmalen Spalt ragen lange, dünne Beine und Fühler hervor, die einigen Langusten gehören. Nachdem zwei weiß gepunktete Adlerrochen lautlos vorbeigezogen sind, tanzen auch die Sonnenflecken wieder über diesen Quadratmeter Paradies.

„Keine andere marine Umgebung bietet eine vergleichbare Komplexität der Wechselwirkungen zwischen den Organismen oder auch eine vergleichbare Vielfalt der Größen, Formen und Farben. Das einzige vergleichbare Biotop an Land ist der tropische Regenwald.“^[1] Nirgends sonst in den Ozeanen ist der Artenreichtum so groß wie im Ökosystem Korallenriff. Die Rate der Primärproduktion ist eine der höchsten innerhalb aller natürlichen Ökosysteme.^[2] „Alle Wohnstätten und ökologischen Nischen werden im Ökosystem Korallenriff optimal genutzt“^[3] und durch die Vielseitigkeit des Lebens konnte sich ein natürliches Gleichgewicht und ausgewogenes Verhältnis zwischen den Arten und Beständen einpendeln. Solange es in der Balance bleibt, kann es über Jahrtausende oder sogar Jahrmillionen bestehen. Doch durch die Komplexität der Lebensgemeinschaft ist es anfällig für Störungen von außen.^[4] Da in den letzten Jahren weltweit Korallensterben in beunruhigender Häufigkeit und Intensität auftraten, warnen Wissenschaftler, dass tropische Korallenriffe in Gefahr sind. Mitverantwortlich dafür soll der Klimawandel sein, allerdings ist umstritten, welche Rolle dieser genau spielt. Die Beeinflussung der Korallen durch das Klima wird von der Tatsache bestätigt, dass die Tiere als „Klimaaufzeichner“ gelten. Denn das Verhältnis der verschiedenen Sauerstoffisotope, die im Kalkskelett gespeichert sind, und die Form, in der das Riff gewachsen ist, werden von Klimaforschern genutzt, um Rückschlüsse auf die Temperaturen vergangener Zeitalter zu ziehen.^[5] Auch die aktuelle Klimaänderung zieht nicht spurlos an den Korallen vorbei. Auf den folgenden Seiten wird ein Überblick über die Auswirkungen der aktuellen klimatischen Veränderungen auf Prozesse im Meer und damit auf tropische Korallenriffe gegeben.

2. Korallenriffe und deren Grundgerüst, die Steinkorallen

Die zuvor beschriebenen Zauberwelten findet man nur in den Tropen und Subtropen, grob durch die 25. Breitengrade begrenzt. 92% der Riffe liegen im Indo-Pazifik und die restlichen 8% in der Karibik. Obwohl nur 0,1% der Ozeane von Korallenriffen bedeckt sind, lebt doch ein Drittel aller bekannten Arten der Meere in ihnen. Es gibt mehr als 4000 in Korallenriffen vorkommende Fischarten, etwa 1200 verschiedene Stachelhäuter und jeweils über 2000 Muschelarten und Schwämme. Fast alle Tierstämme sind vertreten und alle dort lebenden Arten zusammen ergeben wohl eine Zahl im Millionenbereich, wenn bisher auch erst 100 000 taxonomisch beschrieben sind.^{[6] [7]}

Die Struktur der Lebensgemeinschaft wird durch vielfältige Faktoren beeinflusst. Die biotischen Faktoren sind Beziehungen unter den Riffbewohnern wie Wettbewerb und Verfolgung, Krankheit oder Symbiose. Abiotische hingegen sind weitaus vielfältiger und beinhalten Salinität, Sonneneinstrahlung, Temperatur, Wasserbewegung (wie Wellen- und Gezeitenbewegung oder Strömungen), Sedimentationsrate und Nährstoffangebot, sowie weitere örtliche Begebenheiten wie zum Beispiel die Beschaffenheit oder Tiefe des Meeresgrundes.^[8]

Das Grundgerüst der Riffe wird von sogenannten Riffbildnern erbaut. Es sind über 835 Arten von riffbildenden (hermatypischen) Korallen beschrieben, von denen Steinkorallen die wichtigsten sind. Systematisch gehören diese Wirbellosen zum Stamm der Nesseltiere (Cnidaria) und zur Klasse der Blumentiere (Anthozoa), zu denen neben den sechsstrahligen Korallen (Hexacorallia) auch die wenig zum Riffbau beitragenden achtstrahligen (Octocorallia) zählen (vgl. Grafik 1).^{[9] [10]}

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Grafik 1: Systematik der Steinkorallen^[11]

Die körperliche Grundeinheit wird von einem oder mehreren untereinander verbundenen Polypen (Kolonie) gebildet, die in einigen Fällen beträchtliche Größen erreichen können. Mithilfe der an den Tentakeln (vgl. Abb.1, Nr. 1) sitzenden Nesselzellen (vgl. Abb.1, Nr. 2) fangen die sessilen (lat. festsitzend) Räuber nachts Zooplankton aus dem vorbeifließenden Wasser. Denn dann steigt dieses aus tieferen Wasserschichten auf und die sonst eingezogenen Tentakeln werden in die Strömung gestreckt. Da Riffe aber nur in nährstoff- und folglich planktonarmen Regionen vorkommen, reicht die Jagd zum Energiegewinn nicht aus. Deshalb nutzen Riffkorallen, wie die meisten hermatypischen Korallen, durch die Symbiose mit Zooxanthellen (Symbiodinium microadriaticum) (vgl. Abb.1, Nr. 3) eine zusätzliche Möglichkeit des Energieerwerbs. Das Gesamtgewicht der einzelligen Algen kann das des Wirtes bei Weitem übertreffen. In einem Quadratzentimeter Gewebe der Himbeerkoralle zum Beispiel befinden sich bis zu einer Million der einzelligen Algen.^{[12] [13] [14]}

Die im Gewebe des Polyps eingelagerten Zooxanthellen betreiben Photosynthese und geben über 95% der dabei gebundenen Kohlenstoffe an

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Abb.1: Querschnitt durch einen Polypen^[17]

die Koralle ab. „Wenn die Koralle große Mengen Schleim absondert oder Geschlechtsprodukte in großer Zahl produziert, ist der Verlust an Kohlenstoff größer als die Menge, die aus dem Meerwasser [in Form von Bicarbonat] wieder aufgenommen werden kann. Deshalb macht die Koralle vom Kohlenstoff Gebrauch, den die symbiontischen Algen [...] liefern.“^[15] Teilweise haben Arten sogar die Fähigkeit verloren alleine von der Jagt überleben zu können. ^[16] Die Korallenpolypen bauen ein Kalkskelett, das sie schützt und gleichzeitig das Grundgerüst der Korallenriffe darstellt. Dieses wird gebildet, indem gelöste Calciumionen (Ca^[2]+) und Bicarbonat (HCO3- ) (vgl. Kapitel 3.1.1) unter Bildung eines Wasser- und eines Kohlendioxid-Moleküls, zu festem Calciumcarbonat (CaCO3) gebunden werden.

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Allerdings würde sich das Calciumcarbonat wieder auflösen, wenn das entstandene Kohlenstoffdioxid (CO2) nicht entfernt würde. „Die Entfernung des Kohlenstoffdioxids durch das Gewebe der Koralle geht langsam vonstatten und wird durch das Kohlendioxid, das die Koralle bei der eigenen Atmung produziert, noch behindert.“^[18] Nach Goreaus Hypothese nutzen die Zooxanthellen dieses Co2 zur Photosynthese und beschleunigen so den Skelettaufbau. Bestätigt ist zwar, dass die Kalksynthese durch die Zooxanthellen um ein Zwei- bis Dreifaches beschleunigt wird, doch wie genau diese dem Polypen helfen, ist umstritten.^{[19] [20]}

Die Steinkorallen sind deshalb für die Riffgemeinschaft so wichtig, weil sie zum einerseits einen Untergrund bilden, auf dem sich andere Lebewesen ansiedeln (z.B. Seeanemonen, vgl. Abb. 2) oder bewegen (z.B. Seeigel, vgl. Abb.15, S. 21) können, andererseits bieten sie Schutz. Größere Tiere können sich in Höhlen (z.B. Muränen, vgl. Abb. 3) verstecken und kleinere zwischen den Korallenzweigen (z.B. Fahnenbarsche, vgl. Abb. 4). Außerdem stellen die Korallen für sogenannte Corallivoren die Nahrungsgrundlage dar (z.B. Papageienfische, vgl. Abb.13, S. 21).^[21]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Die Anemone wächst Abb. 3: Die Netzmuräne bewohnt Abb. 4: Die Fahnenbarsche auf Steinkorallen^[22] eine Höhle im Riff^[23] verstecken sich zwischen den Ästen der Geweihkoralle^[24]

Jeder Riffbewohner ist von anderen abhängig und so ergibt sich im Ökosystem Korallenriff ein komplexes Netz aus Wechselwirkungen, für das es weitreichende Folgen hat, wenn ein Teil entfernt, hinzugefügt oder verändert wird.

3. Der Klimawandel und wie er das Meer und seine Bewohner beeinflusst

70,6% der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt. Das sind 361 Millionen km2, in denen 1300 Millionen km^[3] Wasser gespeichert ist, was einen Anteil von 97,21% am gesamten auf der Erde vorhandenen Wasser darstellt.^[25]

Das System Meer besteht aus Wechselwirkungen zwischen chemischen, physikalischen und biologischen Faktoren. Dadurch, dass sie alle untereinander zusammenhängen, reagieren sie sensibel auf Veränderungen (vgl. Grafik 1). Wird ein Teil verändert, stößt das eine Kettenreaktion an und wirkt sich so auf viele Bereiche des Lebensraums aus.

Eine Klimaänderung ist ein solcher Auslöser. Wie sie das Ökosystem Meer und damit auch die Korallen beeinflussen kann, wird im Folgenden erläutert.

Grafik 1: Vereinfachte Darstellung der Zusammenhänge zwischen verschiedenen Faktoren, die das Ökosystem Meer beeinflussen^[26]

3.1 Chemische Veränderungen

3.1.1 Änderung der Gaskonzentration

Es ist weitgehend akzeptiert, dass den aktuellen Klimaveränderungen eine veränderte Gaszusammensetzung der Atmosphäre zugrunde liegt. Unter anderem stellt man eine erhöhte CO2-Konzentration fest. Das lässt nicht nur die Temperatur auf der Erde ansteigen (vgl. Kapitel 3.2.5), sondern beeinflusst auch die gelösten Gase im Wasser. Denn an der Meeresoberfläche findet ein Gasaustausch mit der Atmosphäre statt (Diffusion). Die Gase streben immer einem Konzentrationsausgleich entgegen, folglich führt mehr CO2 in der Luft zu einer erhöhten CO2-Konzentration in den oberflächennahen Wasserschichten.^[27]

Die Löslichkeit des CO2 nimmt durch steigende Wassertemperaturen ebenso wie bei erhöhter Salzkonzentration ab (vgl. Grafik 3, Salzkonzentration hier durch die Chlorinität angegeben). Außerdem geht ein Teil des gelösten CO2 mit Wasser eine chemische Reaktion ein, weshalb der größte Teil des CO2 im Meerwasser als Bicarbonat (HCO3-) vorliegt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

CO2 wird erst zu Kohlensäure (H2CO3) hydratisiert und reagiert dann zu Bicarbonat weiter, welches die Korallen zum Aufbau der Kalkskelette nutzen (vgl. Kapitel 2.). Dieses wiederum kann zu Carbonat (CO32-) umgebaut werden.

Die Häufigkeit dieser beiden Anionen (negativ geladene Teilchen) sowie der Kohlensäure im Meer ist vom pH-Wert des Wassers abhängig. Dieser ergibt sich aus der Konzentration der Wasserstoffionen (H+), die allerdings mit Wasser reagieren und deshalb als Oxonium-Ionen (H3O+ = Protonen) vorliegen. Da alle Teilschritte der Reaktion reversibel sind, wirken die Kohlensäure und das Karbonat stabilisierend auf den pH-Wert, indem sie mit den freien Protonen reagieren. Liegen wenig freie Protonen vor (hoher pH-Wert), werden Wasserstoffionen freigesetzt, wodurch der pH-Wert sinkt und umgekehrt. „[...] der pH-Wert [beträgt] ca. 8,1 - 8,3, bei hoher CO2-Zehrung durch Photosynthese ist eine kurzfristige

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Grafik 3: Löslichkeiten von O2 und CO2 im Meer^[28] Steigerung auf 8,5 möglich.“^{[29] [30] [31]}

[...]

^[1] Loya, Y. , R. Klein: S.19

^[2] Loya, Y. , R. Klein: S.19, 162

^[3] o. Verf.: Zauberreich der Ozeane, S. 194

^[4] o. Verf.: Zauberreich der Ozeane, S. 170, 216

^[5] Loya, Y. , R. Klein: S.100, 286

^[6] Tardent, P.: S. 149

^[7] Richter, C. , I. Wunsch (o.J.): Ökosystem Korallenriff -versunkener Schatz: S. 245f.

^[8] Loya, Y. , R. Klein: S. 22

^[9] o. Verf.: Klimawandel und marine Ökosysteme. Meeresschutz ist Klimaschutz: S. 10

^[10] Loya, Y. , R. Klein: S. 307

^[11] von Schebler, I. verändert nach Loya, Y. , R. Klein: S. 307

^[12] Loya, Y. , R. Klein: S. 60, 68, 213

^[13] Schuhmacher, H.: S. 128

^[14] Tardent, P.: S. 150

^[15] Loya, Y. , R. Klein: S. 68

^[16] Loya, Y. , R. Klein: S. 158

^[17] von Schebler, I. verändert nach Loya, Y. , R. Klein: S. 60

^[18] Loya, Y. , R. Klein: S. 68

^[19] Loya, Y. , R. Klein: S. 68

^[20] Tardent, P.: S.151

^[21] Schuhmacher, H.: S. 242

^[22] Krines, A. (1990)

^[23] Krines, A. (1990)

^[24] Krines, A. (1990)

^[25] o. Verf.: Zauberreich der Ozeane, S. 32

^[26] Schebler, I.

^[27] Tardent, P.: S. 196

^[28] Tardent, P.: S. 197

^[29] Sommer, U.: S. 36

^[30] Sommer, U.: S. 34

^[31] Tardent, P.: S. 197