Wissenschaftler werten das Ausmaß der Ozeanversauerung aus

Die Ozeane werden im Zuge des Klimawandels nicht nur wärmer, sie versauern auch zunehmend durch sinkende pH-Werte. Foto: Frank Rödel / Alfred-Wegener-Institut<br>

Biologen des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), haben deshalb erstmals das Ausmaß dieser bedrohlichen Veränderung bewertet.

In einer neuen Studie haben sie alle verfügbaren Daten über die Reaktion von Meerestieren auf die Ozeanversauerung zusammengetragen und analysiert. Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass zwar die meisten der untersuchten Tierarten von der Ozeanversauerung betroffen, die jeweiligen Auswirkungen jedoch sehr artspezifisch sind. Die Ergebnisse erscheinen am 25. August 2013 vorab online bei Nature Climate Change.

Die Ozeane entziehen der Luft jährlich mehr als ein Viertel des Kohlendioxids, das Menschen in die Atmosphäre freigeben. Sie bilden damit einen natürlichen Speicher, ohne den es heute auf der Erde um einiges wärmer wäre. Doch ihre Speicherkapazitäten sind begrenzt und die Aufnahme von Kohlendioxid ist nicht folgenlos. Denn löst sich Kohlendioxid im Wasser, entsteht Kohlensäure und diese lässt den pH-Wert der Meere sinken – mit Folgen für viele Meeresbewohner. In den letzten Jahren wurde daher intensiv erforscht, wie einzelne Arten auf die Kohlendioxid-Anreicherung und das saurer werdende Wasser reagieren. Bislang war das gesamte Ausmaß dieser Veränderungen auf marine Tiere jedoch weitestgehend unbekannt.

Um einen ersten Überblick zu gewinnen, haben Dr. Astrid Wittmann und Prof. Hans-Otto Pörtner vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), alle bisherigen Studien zusammengefasst, die sich mit den Konsequenzen der Ozeanversauerung für marine Arten aus fünf Tierstämmen befasst hatten: Korallen, Krebstiere, Weichtiere, Wirbeltiere wie Fische und Stachelhäuter wie Seesterne und Seeigel. Am Ende lagen ihnen insgesamt 167 Studien mit den Daten von über 150 verschiedenen Arten vor. Um diese Ergebnisse einzuordnen, verwendeten sie die Emissions-Szenarien für Kohlendioxid, die auch dem Weltklimabericht zugrunde liegen. Diese Szenarien ermöglichen es, die Auswirkungen unterschiedlicher Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre bis weit in die Zukunft vorherzusagen.

Die Ergebnisse dieser neuen Einordung sind eindeutig. „Unsere Studie hat gezeigt, dass alle Tiergruppen, die wir betrachtet haben, negativ von erhöhten Kohlendioxidkonzentrationen betroffen sind. Vor allem Korallen, Stachelhäuter und Weichtiere reagieren sehr empfindlich auf einen sinkenden pH-Wert“, sagt Dr. Astrid Wittmann. Einige Stachelhäuter wie beispielsweise Schlangensterne weisen bereits bei Kohlendioxidwerten, die für das Jahr 2100 vorausgesagt werden, reduzierte Überlebenschancen auf. Auf Krebstiere wie die große Seespinne oder den Taschenkrebs scheinen sich dagegen erst höhere Kohlendioxidkonzentrationen auszuwirken. Die Empfindlichkeit der Tiere gegenüber einem sinkenden pH-Wert kann jedoch zunehmen, wenn gleichzeitig die Meerestemperatur steigt.

Welche Folgen die Ozeanversauerung auf die Fitness der einzelnen Arten hat, haben die Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts anhand körperlicher Merkmale bestimmt. „Wir haben beispielsweise untersucht, ob sich der Stoffwechsel, das Wachstum, die Kalkbildung oder das Verhalten bei erhöhten Kohlendioxidkonzentrationen verändern“, erklärt Prof. Hans-Otto Pörtner.

Der Grund dafür, dass verschiedene Tiergruppen unterschiedlich auf die Ozeanversauerung reagieren, liegt daran, dass sie sich in ihren Körperfunktionen grundlegend unterscheiden. Während zum Beispiel Fische körperlich sehr aktiv sind und einen zunächst fallenden pH-Wert in ihrem Blut sehr gut wieder ausgleichen können, haben es Korallen schwer. Sie verbringen ihr ganzes Leben an einem Ort und können sie einen erhöhten Kohlendioxidgehalt im Körper nicht so gut kompensieren, weil ihnen die entsprechend leistungsfähigen physiologischen Mechanismen fehlen. Ein nicht kompensierter pH-Wert in den Körperflüssigkeiten kann dann beispielsweise dazu führen, dass die Koralle in geringerem Ausmaß kalzifiziert, das heißt ihr Kalkskelett weniger vor Erosion schützt und es nicht reparieren oder ausbauen kann.

Die Vermutung, dass Fische besser mit der Ozeanversauerung zurechtkommen als Korallen, legt auch ein Blick in die Vergangenheit nahe. „Wir haben unsere Ergebnisse mit dem Massensterben von Arten vor circa 250 und 55 Millionen Jahren verglichen, als es ebenfalls hohe CO2 Konzentrationen gab. Trotz der relativ groben Aussagen, die wir mit Hilfe von Sedimentproben aus der Vergangenheit ziehen können, konnten wir ähnliche Empfindlichkeiten bei den gleichen Tierstämmen entdecken“, erzählt Prof. Hans-Otto Pörtner. So schrumpften das Verbreitungsgebiet der Korallen und die Größe der Riffe vor 55 Millionen Jahren drastisch, während Fische ein großes Anpassungsvermögen zeigten und ihre Dominanz weiter ausbauen konnten.

Die Erkenntnis, dass Fische in der Vergangenheit keine größere Empfindlichkeit gegenüber saurerem Wasser aufwiesen, überrascht die Wissenschaftler. Denn aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass Fische im Larvenstadium durchaus empfindlich auf die Ozeanversauerung reagieren. „Nicht alle Effekte, die wir derzeit messen, sind möglicherweise langfristig für das Schicksal einer Art entscheidend“, erklärt Prof. Hans-Otto Pörtner.

Die Studie der Biologen des Alfred-Wegener-Instituts entstand im Rahmen des fünften Weltklimaberichts und soll einen Überblick über den aktuellen Wissenstand zur Ozeanversauerung geben. „Dabei war uns wichtig, die Forschungsergebnisse der letzten Jahre nicht nur darzulegen, sondern zu bewerten, welche Auswirkungen die Klimaveränderung auf Arten haben wird“, sagt Prof. Hans-Otto Pörtner.

Es ist der erste Weltklimabericht, der die Folgen des Klimawandels für die Ökosysteme der Ozeane umfassend dokumentiert. Der Bericht wird Ende März 2014 erscheinen und von der so genannten zweiten Arbeitsgruppe erarbeitet. Diese untersucht, wie sich der Klimawandel auf sozioökonomische und ökologische Systeme auswirkt.

Die Arbeit des Forschungsteams heißt im Original „Sensitivities of extant animal taxa to ocean acidification“ und erscheint vorab online am 25. August 2013 in der Fachzeitschrift Nature Climate Change. (doi: 10.1038/nclimate1982)

Weiterführende Informationen zur Ozeanversauerungsforschung am Alfred-Wegener-Institut finden Sie auch in der „Im Fokus“-Rubrik auf der AWI Website:
http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/im_fokus/im_fokus_themen_2013/
ozeanversauerung/
Ihre Ansprechpartner sind Prof. Hans-Otto Pörtner Tel. 0471 4831- 1307 (E-Mail:

Hans.Poertner@awi.de) und Dr. Folke Mehrtens, Abteilung Kommunikation und Medien, Tel. 0471 4831-2007 (E-Mail: folke.mehrtens@awi.de).

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Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

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