Es ist bekannt, dass Vögel und andere Tiere bei saisonalen Wanderungen für die Langstreckennavigation auf das Erdmagnetfeld angewiesen sind.
Aber wie wirken sich periodische Störungen des Magnetfelds des Planeten, die durch Sonneneruptionen und andere Energieausbrüche verursacht werden, auf die Zuverlässigkeit dieser biologischen Navigationssysteme aus?
Forscher der University of Michigan und ihre Kollegen verwendeten umfangreiche Langzeitdatensätze aus Netzwerken von US-amerikanischen Doppler-Wetterradarstationen und bodengestützten Magnetometern – Geräten, die die Intensität lokaler Magnetfelder messen –, um einen möglichen Zusammenhang zwischen geomagnetischen Störungen und Störungen zu testen nächtlicher Vogelzug.
Sie stellten fest, dass die Zahl der Zugvögel bei schweren Weltraumwetterereignissen sowohl im Frühjahr als auch im Herbst um 9–17 % zurückging. Und die Vögel, die sich während solcher Ereignisse für den Zug entschieden, schienen größere Schwierigkeiten bei der Navigation zu haben, insbesondere bei bewölktem Himmel im Herbst.
Die neuen Erkenntnisse veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenliefern korrelative Beweise für bisher unbekannte Zusammenhänge zwischen der Dynamik des nächtlichen Vogelzugs und geomagnetischen Störungen, so die Forscher.
„Unsere Ergebnisse verdeutlichen, wie Entscheidungen von Tieren von Umweltbedingungen abhängen – einschließlich solchen, die wir als Menschen nicht wahrnehmen können, wie etwa geomagnetische Störungen – und dass diese Verhaltensweisen die Bewegungsmuster von Tieren auf Populationsebene beeinflussen“, sagte der Hauptautor der Studie, Eric Gulson-Castillo. ein Doktorand in der UM-Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie.
Eine Animation von Vögeln, die in der Nähe einer NEXRAD-Doppler-Radarstation in Wichita, Kansas, starten. Nachtaktive Zugvögel brechen abends zum Vogelzug auf. In einer Nacht mit starkem Vogelzug erscheinen sie als Wolke um die Radarstation. Bildnachweis: Kyle Horton.
Das Erdmagnetfeld wird regelmäßig von Sonnenausbrüchen beeinflusst, die farbenprächtige Polarlichter auslösen können und manchmal die Satellitenkommunikation, menschliche Navigationssysteme und Stromnetze stören.
Es ist jedoch wenig darüber bekannt, wie sich diese Störungen auf Tiere auswirken, deren Migrationsorientierung und Navigation auf das Erdmagnetfeld angewiesen sind. Frühere experimentelle Studien über mehrere Jahrzehnte liefern starke Beweise dafür, dass Vögel, Meeresschildkröten und andere Organismen bei Orientierungsentscheidungen und der Entwicklung von Navigationskarten kleine Änderungen der magnetischen Neigung, Intensität und Deklination berücksichtigen.
Eine kürzlich durchgeführte Studie untersuchte Millionen von Vogelbeobachtungsaufzeichnungen und stellte fest, dass geomagnetische Störungen mit einem erhöhten Auftreten von „Vagrantieren“ von Zugvögeln verbunden sind, d. h. Vögeln, die während des Zugs verloren gehen.
Die meisten früheren Studien konzentrierten sich jedoch eng auf die geografische Ausdehnung, die Dauer und die Anzahl der untersuchten Arten. Die neu veröffentlichte Studie hingegen nutzt einen 23-jährigen Datensatz des Vogelzugs über die Great Plains der USA, um neue Erkenntnisse auf Populations- und Landschaftsebene zu liefern.
Die Forscher verwendeten Bilder, die an 37 NEXRAD-Radarstationen im zentralen Flugweg der US-amerikanischen Great Plains, einem wichtigen Migrationskorridor, gesammelt wurden. Die Flugroute erstreckt sich über mehr als 1.000 Meilen in den USA, von Texas nach North Dakota.
Das Forschungsteam wählte diese relativ flache Region aus, um Einflüsse der Gebirgstopographie oder der Küsten des Ozeans und der Großen Seen zu minimieren. Ihre endgültigen Datensätze umfassten 1,7 Millionen Radarscans vom Herbst und 1,4 Millionen vom Frühjahr.
Die Gemeinschaft der nachtaktiven Zugvögel in dieser Region besteht hauptsächlich aus einer vielfältigen Gruppe von Sitzvögeln (Passeriformes, 73 % der Arten) wie Drosseln und Grasmücken; Watvögel (Charadriiformes, 12 %) wie Strandläufer und Regenpfeifer; und Wasservögel (Anseriformes, 9 %) wie Enten, Gänse und Schwäne.
Die NEXRAD-Radarscans erfassen Gruppen von Hunderten bis Tausenden Zugvögeln. Die Zugintensität – also die Anzahl der Vögel in jedem Schwarm – kann abgeschätzt und die Flugrichtung gemessen werden.
Der Zugriff auf gleichzeitige geomagnetische Messungen erfolgte über superMAG, eine weltweite Sammlung geomagnetischer Bodenstationen. Die Daten wurden von Magnetometerstationen in der Nähe von Wetterradarstandorten gesammelt.
Die Forscher verglichen die Daten jeder Radarstation mit einem maßgeschneiderten, räumlich-zeitlich expliziten Index der geomagnetischen Störung, der die maximale stündliche Änderung gegenüber den magnetischen Hintergrundbedingungen darstellt.
Der UM-Weltraumwissenschaftler Daniel Welling und die ehemalige Studentin der University of Texas in Arlington, Michelle Bui, haben die Weltraumwetterdaten zusammengestellt und den geomagnetischen Störungsindex entworfen. Welling und Bui sind Co-Autoren der neuen Studie.
„Die größte Herausforderung bestand darin, einen so großen Datensatz – jahrelange Beobachtungen von Erdmagnetfeldern – in einen geomagnetischen Störungsindex für jeden Radarstandort zu destillieren“, sagte Welling, Assistenzprofessor in der Abteilung für Klima- und Weltraumwissenschaften und -technik an der UM College of Engineering. „Die Bewertung der Datenqualität und die Validierung unseres endgültigen Datenprodukts, um sicherzustellen, dass es für diese Studie geeignet ist, erforderten viel Arbeit.“
Der Datenbestand wurde in zwei komplementäre statistische Modelle eingespeist, um die mutmaßlichen Auswirkungen magnetischer Störungen auf den Vogelzug zu messen. Die Modelle berücksichtigten die bekannten Auswirkungen des Wetters, zeitliche Variablen wie die Nachtzeit und geografische Variablen wie Längen- und Breitengrad.
„Wir fanden breite Unterstützung dafür, dass die Migrationsintensität bei starken geomagnetischen Störungen abnimmt“, sagte der leitende Autor der Studie, Ben Winger, Assistenzprofessor am Department of Ecology and Evolutionary Biology der UM und Kurator für Vögel am UM Museum of Zoology.
„Unsere Ergebnisse liefern einen ökologischen Kontext für jahrzehntelange Forschung zu den Mechanismen der Magnetorezeption bei Tieren, indem sie gemeinschaftsweite Auswirkungen des Weltraumwetters auf die Migrationsdynamik aufzeigen.“
Die Forscher fanden auch heraus, dass Zugvögel bei geomagnetischen Störungen im Herbst offenbar häufiger mit dem Wind treiben, anstatt große Anstrengungen zu unternehmen, um den Seitenwind zu bekämpfen.
Der „Aufwand beim Fliegen“ gegen den Wind wurde bei bewölktem Himmel während starker Sonnenstürme im Herbst um 25 % reduziert, was darauf hindeutet, dass eine Kombination aus verdeckten Himmelshinweisen und magnetischer Störung die Navigation behindern könnte.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass bei starken geomagnetischen Störungen weniger Vögel wandern und dass Zugvögel möglicherweise größere Schwierigkeiten bei der Navigation haben, insbesondere unter bewölkten Bedingungen im Herbst“, sagte Gulson-Castillo, der die Studie im Rahmen seiner Doktorarbeit durchführte. „Dadurch können sie weniger Aufwand für die aktive Navigation im Flug aufwenden und folglich besser auf den Wind ausgerichtet fliegen.“
Mehr Informationen:
Weltraumwetter stört nächtlichen Vogelzug, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2306317120. doi.org/10.1073/pnas.2306317120