Die Salzwiesen von Cape Cod sind ebenso ikonisch wie wichtig. Diese wunderschönen, tief liegenden Feuchtgebiete gehören zu den biologisch produktivsten Ökosystemen der Erde. Sie spielen eine überragende Rolle im Stickstoffkreislauf, fungieren als Kohlenstoffsenken, schützen die Küstenentwicklung vor Sturmfluten und bieten vielen Fischen, Schalentieren und Küstenvögeln wichtige Lebensräume und Kinderstuben.
Laut neuen Forschungsergebnissen des Marine Biological Laboratory (MBL) werden bis zum Ende des Jahrhunderts wahrscheinlich mehr als 90 Prozent der Salzwiesen der Welt unter Wasser sein.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft der gesamten Umwelt.
Die Ergebnisse stammen aus einer 50-jährigen Studie in Great Sippewissett Marsh in Falmouth, Massachusetts. Seit 1971 haben Wissenschaftler des MBL Ecosystems Center die vegetative Bedeckung in experimentellen Parzellen in diesem Sumpf kartiert, um zu untersuchen, ob ein erhöhter Stickstoff in der Umwelt Auswirkungen auf Sumpfgrasarten haben würde. Aufgrund der Länge der Studie konnten sie auch die Auswirkungen des Klimawandels auf das Ökosystem erkennen, insbesondere diejenigen, die durch den beschleunigten Anstieg des Meeresspiegels verursacht werden.
Die Forscher fanden heraus, dass ein erhöhter Stickstoff eine höhere Vegetation und eine Zunahme der Sumpfoberfläche begünstigte, aber dass diese Ökosysteme unabhängig von der Stickstoffkonzentration, die sie auf den Sumpf ausübten, nicht in der Lage sein werden, das Untertauchen durch den globalen Anstieg des Meeresspiegels zu übertreffen.
„Orte wie Great Sippewissett Marsh werden wahrscheinlich bis zur Jahrhundertwende zu seichten Buchten werden“, sagt MBL Distinguished Scientist Ivan Valiela, Hauptautor der Studie. „Selbst unter konservativen Schätzungen des Meeresspiegels … werden wahrscheinlich mehr als 90 % der Salzwiesen der Welt bis zum Ende des Jahrhunderts untergetaucht sein und verschwinden oder abgebaut werden.“
„Dies ist keine Vorhersage von isolierten Wissenschaftlern, die sich um kleine Details sorgen. Auf der Erdoberfläche werden große Veränderungen stattfinden, die die Natur der Küstenumgebung verändern werden“, sagt Valiela.
Ein Ökosystem-Ingenieur
Salzwiesen sind sanft abfallende Ökosysteme und ihre Pflanzen haben sehr enge Präferenzen für die Erhebungen, in denen sie wachsen können. Verschiedene Arten wachsen in den oberen Lagen (Hochmarsch) im Vergleich zu den niedrigen Lagen näher am Ozean (Low Marsh) und reagieren unterschiedlich auf Änderungen der Stickstoffversorgung. Wenn die Veränderung langsam genug erfolgt, können die Gräser in ihre bevorzugte Höhe wandern.
In den niedrigen Sumpfgebieten blühte das Schnurgras (Spartina alterniflora) auf, als die Wissenschaftler die Stickstoffversorgung erhöhten. Unter den Hochmoorarten nahm die Häufigkeit von Sumpfheu (Spartina patens) in den Versuchsparzellen mit dem Anstieg des Meeresspiegels ab. Salzgras (Distichlis spicata) nahm mit der Stickstoffversorgung zu und fungierte auch als das, was die Forscher als „Ökosystemingenieur“ bezeichneten – es erhöhte die Geschwindigkeit, mit der die Sumpfhöhe anstieg. Die Ansammlung von Biomasse, die vom sich zersetzenden Salzgras zurückgelassen wurde, kompensierte die zunehmende Überschwemmung infolge des steigenden Meeresspiegels in diesen Gebieten.
„Saltgrass verschwand nach ein paar Jahrzehnten, aber es hinterließ ein Vermächtnis“, sagt der MBL-Forschungswissenschaftler Javier Lloret und fügt hinzu, dass es „extrem cool war, diese Wechselwirkung im Datensatz zu sehen.“
Unabhängig davon, wie viel Stickstoff der Umwelt hinzugefügt wurde, zeigte die Forschung, dass bei dem aktuellen und zukünftig prognostizierten Anstieg des Meeresspiegels Arten aus niedrigen Sumpfgebieten die Arten aus hohen Sumpfgebieten vollständig ersetzen werden. Wenn der Meeresspiegel weiter ansteigt, werden sogar diese Arten untergetaucht sein.
„Irgendwann, wenn der Meeresspiegel weiter so ansteigt, wie wir es erwarten, wird es sogar keinen Platz mehr für die niedrigen Sumpfpflanzen geben. Sie werden einfach zu stark unter Wasser stehen, um zu überleben“, sagt Valiela.
Die einzige Alternative wäre, dass Salzwiesen landwärts wandern.
Ein Squeeze an der Küste
Sümpfe auf der ganzen Welt sind mit dem konfrontiert, was Lloret einen „Küstenstau“ nennt, bei dem der Anstieg des Meeresspiegels aus einer Richtung und die menschliche Entwicklung aus der anderen Richtung vorangetrieben wird. Eine Ufermauer, die ein Haus vor Überschwemmungen schützen kann, verhindert die Migration eines Sumpfes, der sich auf natürliche Weise in höher gelegene Gebiete bewegt.
„Diese Barrieren, ob sie nun geografischer Art sind wie ein Hügel oder eine Klippe oder Menschen, die an den Rändern des Ökosystems bauen, schränken das Potenzial für eine landwärts gerichtete Sumpfmigration ein“, sagt MBL-Forschungsassistentin Kelsey Chenoweth. „Darüber hinaus beschleunigt sich der Anstieg des Meeresspiegels und die Sümpfe haben es schwer, Schritt zu halten.“
In einem Szenario mit steigendem Meeresspiegel, wie dem, mit dem wir konfrontiert sind, „wird die einzige Lösung für die Pflanzen darin bestehen, neue Gebiete zu besiedeln, bergauf zu gehen“, sagt Lloret. „Aber diese Migration ist an manchen Orten möglicherweise einfach unmöglich.“
„Der Anstieg des Meeresspiegels ist die größte Bedrohung für Salzwiesen. Wir müssen wirklich herausfinden, was mit diesen Ökosystemen passieren wird, und lernen, wie wir einige der Verluste verhindern oder uns daran anpassen können, damit die Sümpfe weiterspielen können diese wichtige Rolle sowohl für die Natur als auch für den Menschen“, sagt Lloret.
Ein halbes Jahrhundert Wissenschaft
1971 hatten die Wissenschaftler des MBL Ecosystems Center keine Ahnung, dass sie ihre Daten verwenden würden, um den Anstieg des globalen Meeresspiegels zu untersuchen.
„Dies war ein Experiment, das anfing, sich mit einer ökologischen Kontrolle (Stickstoff) zu befassen, und dann konnten wir aufgrund der Langlebigkeit des Projekts neue Erkenntnisse über diesen wichtigen Beschleunigungsfaktor des globalen Wandels – den globalen Meeresspiegelanstieg – hinzufügen“, sagt Valiela .
Das ist der Vorteil von Langzeitdatensätzen wie dem von Great Sippewissett Marsh.
„Sie setzen eine Ausgangsbasis für die Probleme, die noch nicht einmal aufgetreten sind“, sagt Chenoweth.
Bei der Messung ökologischer Prozesse wie Klimawandel und Eutrophierung können die Daten im Laufe der Jahre schwanken, wenn das Ökosystem auf äußere Reize reagiert. Die Veränderungen wirken auf einer viel längeren Zeitskala als Veränderungen an anderen biologischen Systemen.
„Um einen Baum zu untersuchen, betrachtet man Veränderungen durch die Jahreszeiten und man sollte in der Lage sein, seinen gesamten Zyklus zu sehen. Bei einem Blatt betrachtet man Muster zwischen Tag und Nacht. In einzelnen Zellen betrachtet man Prozesse, die auf der Zeitskala stattfinden von Minuten oder Sekunden … aber für ein ganzes Ökosystem sprechen wir von vielen Jahren oder Jahrzehnten“, sagt Lloret. „Man muss im Maßstab von Jahrzehnten oder sogar Jahrhunderten denken, um wesentliche Veränderungen erkennen zu können.“
An dieser Studie sind Co-Autoren der University of Massachusetts-Dartmouth und der Woods Hole Oceanographic Institution beteiligt.
Mehr Informationen:
I. Valiela et al, Veränderung der Salzwiesenvegetation während eines halben Jahrhunderts experimenteller Nährstoffzugabe und klimagesteuerter Kontrollen in Great Sippewissett Marsh, Wissenschaft der gesamten Umwelt (2023). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.161546