Nega­ti­ver Ein­fluss durch CO2 auf wich­ti­ge Planktongruppe

Die wich­tigs­ten Pro­du­zen­tin­nen von pflanz­li­cher Bio­mas­se im Oze­an sind Kie­sel­al­gen. Weil sie für den Bau ihrer Scha­len nicht auf Kalk, son­dern auf Kie­sel­säu­re ange­wie­sen sind, gal­ten sie bis­her als Gewin­ne­rin­nen der Oze­an­ver­saue­rung – einer che­mi­schen Ver­än­de­rung im Meer­was­ser durch die Auf­nah­me von CO2, die die Kalk­bil­dung erschwert. Wissenschaftler:innen des GEOMAR Helm­holtz-Zen­trums für Oze­an­for­schung Kiel zei­gen in einer heu­te in der Fach­zeit­schrift Natu­re ver­öf­fent­lich­ten Stu­die, dass die zum Plank­ton zäh­len­den Kie­sel­al­gen eben­falls betrof­fen sind. Ana­ly­sen legen nahe, dass eine zuneh­men­de Ver­saue­rung die Popu­la­tio­nen von Kie­sel­al­gen dras­tisch redu­zie­ren könnte.
Wäh­rend ins­be­son­de­re kalk­bil­den­de Lebe­we­sen in sau­re­rem Meer­was­ser Schwie­rig­kei­ten bekom­men, ihre Scha­len und Ske­let­te zu bil­den, gal­ten Kie­sel­al­gen (Diato­me­en) bis­her als weni­ger anfäl­lig für die Fol­gen der Oze­an­ver­saue­rung – einer che­mi­schen Ver­än­de­rung, die durch die Auf­nah­me von Koh­len­di­oxid (CO2) aus­ge­löst wird. Die glo­bal ver­brei­te­ten win­zi­gen Kie­sel­al­gen nut­zen Kie­sel­säu­re, eine Ver­bin­dung aus Sili­zi­um, Sauer­stoff und Was­ser­stoff, als Bau­stoff für ihre Scha­len. Dass Diato­me­en den­noch bedroht sind, wei­sen For­schen­de des GEOMAR Helm­holtz-Zen­trum für Oze­an­for­schung Kiel, des Insti­tuts für Geo­lo­gi­sche und Nukle­ar­wis­sen­schaf­ten Neu­see­land und der Uni­ver­si­tät von Tas­ma­ni­en nun erst­mals in einer Stu­die in der Fach­zeit­schrift Natu­re nach. Für ihre Unter­su­chung ver­knüpf­ten sie eine über­grei­fen­de Ana­ly­se ver­schie­de­ner Daten­quel­len mit Erd­sys­tem­mo­del­lie­rung. Die Erkennt­nis­se ermög­li­chen eine neue Ein­schät­zung der glo­ba­len Aus­wir­kun­gen von Ozeanversauerung.
Als Fol­ge der Oze­an­ver­saue­rung lösen sich die Sili­zi­um­scha­len von Kie­sel­al­gen lang­sa­mer auf. Dies ist kein Vor­teil – denn dadurch sin­ken Diato­me­en in tie­fe­re Was­ser­schich­ten als bis­her, bevor sie sich che­misch lösen und wie­der in Kie­sel­säu­re umge­wan­delt wer­den. Folg­lich wird der Nähr­stoff dem glo­ba­len Kreis­lauf zuneh­mend ent­zo­gen und somit in der licht­durch­flu­te­ten Ober­flä­chen­schicht knap­per, wo er für die Bil­dung neu­er Scha­len benö­tigt wird. Dies bedingt einen Rück­gang der Kie­sel­al­gen, so die Wissenschaftler:innen in ihrer aktu­el­len Publi­ka­ti­on. Diato­me­en tra­gen 40 Pro­zent der Pro­duk­ti­on von pflanz­li­cher Bio­mas­se im Oze­an bei und sind Grund­la­ge vie­ler mari­ner Nah­rungs­net­ze. Sie sind auch der Haupt­an­trieb für die bio­lo­gi­sche Koh­len­stoff­pum­pe, die CO2 in den tie­fen Oze­an trans­por­tiert und dort lang­fris­tig speichert.

„Mit einer über­grei­fen­den Aus­wer­tung von Frei­land-Expe­ri­men­ten und Beob­ach­tungs­da­ten woll­ten wir her­aus­fin­den, wie sich Oze­an­ver­saue­rung auf glo­ba­ler Ebe­ne auf die Kie­sel­al­gen aus­wirkt. Unser der­zei­ti­ges Ver­ständ­nis von öko­lo­gi­schen Effek­ten von Oze­an­ver­än­de­run­gen beruht weit­ge­hend auf klein­räu­mi­gen Expe­ri­men­ten, also von einem bestimm­ten Ort zu einer bestimm­ten Zeit. Die­se Erkennt­nis­se kön­nen trü­ge­risch sein, wenn die Kom­ple­xi­tät des Erd­sys­tems nicht berück­sich­tigt wird. Unse­re Stu­die zeigt am Bei­spiel der Diato­me­en, wie klein­s­ka­li­ge Effek­te zu oze­an­wei­ten Ver­än­de­run­gen mit unvor­her­ge­se­he­nen und weit­rei­chen­den Kon­se­quen­zen für die mari­nen Öko­sys­te­me und Stoff­kreis­läu­fe füh­ren kön­nen. Da Diato­me­en eine der wich­tigs­ten Plank­ton­grup­pen im Oze­an sind, könn­te ihr Rück­gang zu einer deut­li­chen Ver­schie­bung im mari­nen Nah­rungs­netz oder sogar einer Ver­än­de­rung für den Oze­an als Koh­len­stoff­sen­ke führen.“
— Dr. Jan Tau­cher, Meeresbiologe

In der Meta-Ana­ly­se wur­den Daten von fünf Mes­o­kos­men-Stu­di­en aus den Jah­ren 2010 bis 2014, aus ver­schie­de­nen Mee­res­re­gio­nen, von ark­ti­schen bis sub­tro­pi­schen Gewäs­sern, unter­sucht. Mes­o­kos­men sind eine Art groß­vo­lu­mi­ge, über­di­men­sio­na­le Reagenz­glä­ser im Oze­an mit einem Fas­sungs­ver­mö­gen von meh­re­ren zehn­tau­send Litern, in denen Ver­än­de­run­gen der Umwelt­be­din­gun­gen in einem abge­schlos­se­nen, aber ansons­ten natür­li­chen Öko­sys­tem unter­sucht wer­den kön­nen. Dazu wur­de das in den Mes­o­kos­men ein­ge­schlos­se­ne Was­ser so mit Koh­len­di­oxid ange­rei­chert, dass es zukünf­ti­gen Sze­na­ri­en mit mode­ra­ten bis hohen Anstie­gen des atmo­sphä­ri­schen CO2 Gehalts ent­sprach. Für die vor­lie­gen­de Stu­die wur­de die che­mi­sche Zusam­men­set­zung des orga­ni­schen Mate­ri­als aus Sedi­ment­fal­len aus­ge­wer­tet, das im Lau­fe der mehr­wö­chi­gen Ver­su­che durch das in den Expe­ri­men­tier­be­häl­tern ent­hal­te­ne Was­ser absinkt. Kom­bi­niert mit Mes­sun­gen aus der Was­ser­säu­le ent­stand ein genau­es Bild der bio­geo­che­mi­schen Pro­zes­se inner­halb des Ökosystems.
Die aus den Mes­o­kos­men­stu­di­en gewon­ne­nen Erkennt­nis­se konn­ten anhand von glo­ba­len Beob­ach­tungs­da­ten aus dem offe­nen Oze­an bestä­tigt wer­den. Sie zei­gen – pas­send zu den Ergeb­nis­sen der Ana­ly­se – eine gerin­ge­re Auf­lö­sung der Sili­zi­um­scha­len bei höhe­rem Säu­re­ge­halt des Meer­was­sers. Mit den resul­tie­ren­den Daten­sät­zen wur­den Simu­la­tio­nen in einem Erd­sys­tem­mo­dell durch­ge­führt, um die oze­an­wei­ten Kon­se­quen­zen der beob­ach­te­ten Trends abschät­zen zu können.
„Bereits bis Ende die­ses Jahr­hun­derts rech­nen wir mit einem Ver­lust von bis zu zehn Pro­zent Kie­sel­al­gen. Das ist immens, wenn man bedenkt, wie wich­tig sie für das Leben im Oze­an und für das Kli­ma­sys­tem sind“, so Dr. Tau­cher wei­ter. „Es ist aber wich­tig, über 2100 hin­aus zu den­ken. Der Kli­ma­wan­del wird nicht abrupt auf­hö­ren, und gera­de glo­ba­le Effek­te benö­ti­gen etwas Zeit bis sie deut­lich sicht­bar wer­den. Je nach Men­ge der Emis­sio­nen pro­gnos­ti­ziert unser Modell in der Stu­die einen Ver­lust von bis zu 27 Pro­zent Kie­sel­säu­re im Ober­flä­chen­was­ser und einen oze­an­wei­ten Rück­gang der Kie­sel­al­gen von bis zu 26 Pro­zent bis zum Jahr 2200 – mehr als ein Vier­tel des aktu­el­len Bestands.“
Die­se Erkennt­nis der Stu­die steht im schar­fen Kon­trast zum bis­he­ri­gen Stand der Oze­an­for­schung, der kalk­bil­den­de Orga­nis­men als Ver­lie­rer und Diato­me­en als Pro­fi­teu­re der Oze­an­ver­saue­rung sieht. Pro­fes­sor Ulf Rie­be­sell, Mee­res­bio­lo­ge am GEOMAR und Lei­ter der Mes­o­kos­men-Expe­ri­men­te ergänzt dazu: „Die­se Stu­die macht ein­mal mehr die Kom­ple­xi­tät des Erd­sys­tems deut­lich und damit ver­bun­den die Schwie­rig­keit, die Fol­gen des men­schen­ge­mach­ten Kli­ma­wan­dels in Gän­ze vor­her­sa­gen zu kön­nen. Über­ra­schun­gen die­ser Art füh­ren uns immer wie­der vor Augen, wel­che unkal­ku­lier­ba­ren Risi­ken wir ein­ge­hen, wenn wir dem Kli­ma­wan­del nicht zügig und ent­schlos­sen entgegenwirken.“