Kieselalgen sind aufgrund der Ozeanversauerung vom Rückgang bedroht, wie eine Studie zeigt

Während kalkbildende Organismen wie Austern und Korallen in saurerem Meerwasser Schwierigkeiten haben, ihre Schalen und Skelette zu bilden, gelten Kieselalgen als weniger anfällig für die Auswirkungen der Ozeanversauerung – einer chemischen Veränderung, die durch die Aufnahme von Kohlendioxid (CO2) ausgelöst wird. Die weltweit weit verbreiteten winzigen Kieselalgen verwenden als Baustoff für ihre Schalen Kieselsäure, eine Verbindung aus Silizium, Sauerstoff und Wasserstoff. Dass Kieselalgen dennoch bedroht sind, haben Forscher des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, des Institute of Geological and Nuclear Sciences Limited New Zealand und der University of Tasmania nun erstmals in einer in veröffentlichten Studie nachgewiesen Natur. Für die Studie verknüpften die Forscher eine übergreifende Analyse verschiedener Datenquellen mit der Erdsystemmodellierung. Die Ergebnisse liefern eine neue Einschätzung der globalen Auswirkungen der Ozeanversauerung.

Durch die Ozeanversauerung lösen sich die Siliziumhüllen von Kieselalgen langsamer auf. Dies ist kein Vorteil – es bewirkt, dass Kieselalgen in tiefere Wasserschichten absinken, bevor sie sich chemisch auflösen und wieder in Kieselsäure umgewandelt werden. Dadurch wird dieser Nährstoff effizienter in die Tiefsee exportiert und damit in der lichtdurchfluteten Oberflächenschicht knapper, wo er zur Bildung neuer Schalen benötigt wird. Dies führt zu einem Rückgang der Kieselalgen, so die Wissenschaftler in ihrer jüngsten Veröffentlichung. Kieselalgen tragen 40 Prozent zur Produktion pflanzlicher Biomasse im Ozean bei und sind die Grundlage vieler mariner Nahrungsnetze. Sie sind auch der Hauptantrieb der biologischen Kohlenstoffpumpe, die CO2 zur Langzeitspeicherung in die Tiefsee transportiert.

Dr. Jan Taucher, Meeresbiologe am GEOMAR und Erstautor der Studie, sagt: „Mit einer übergreifenden Analyse von Feldexperimenten und Beobachtungsdaten wollten wir herausfinden, wie sich die Ozeanversauerung weltweit auf Kieselalgen auswirkt Auswirkungen der Ozeanveränderung basieren weitgehend auf kleinräumigen Experimenten, das heißt von einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit. Diese Ergebnisse können trügerisch sein, wenn man die Komplexität des Erdsystems nicht berücksichtigt. Unsere Studie verwendet Kieselalgen als Beispiel um zu zeigen, wie kleinräumige Effekte zu ozeanweiten Veränderungen mit unvorhergesehenen und weitreichenden Folgen für marine Ökosysteme und Stoffkreisläufe führen können.Da Kieselalgen eine der wichtigsten Planktongruppen im Ozean sind, könnte ihr Rückgang zu einer signifikanten Verschiebung führen im marinen Nahrungsnetz oder gar eine Veränderung für den Ozean als Kohlenstoffsenke.“

Die Meta-Analyse untersuchte Daten aus fünf Mesokosmos-Studien von 2010 bis 2014 aus verschiedenen Meeresregionen, die von arktischen bis zu subtropischen Gewässern reichen. Mesokosmen sind eine Art großvolumige, überdimensionierte Reagenzgläser im Ozean mit einem Fassungsvermögen von Zehntausenden Litern, in denen Veränderungen der Umweltbedingungen in einem geschlossenen, aber ansonsten natürlichen Ökosystem untersucht werden können. Dazu wurde das in den Mesokosmen eingeschlossene Wasser mit Kohlendioxid angereichert, um zukünftigen Szenarien mit moderatem bis starkem Anstieg des atmosphärischen CO2-Gehaltes zu entsprechen. Für die vorliegende Studie wurde die chemische Zusammensetzung von organischem Material aus Sedimentfallen beim Absinken durch das in den Versuchsbehältern enthaltene Wasser im Laufe von mehreren Versuchswochen bewertet. Kombiniert mit Messungen aus der Wassersäule entstand ein genaues Bild der biogeochemischen Prozesse innerhalb des Ökosystems.

Die Erkenntnisse aus den Mesokosmenstudien konnten anhand globaler Beobachtungsdaten aus dem offenen Ozean bestätigt werden. Sie zeigen – in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Metaanalyse – eine geringere Auflösung der Siliziumhüllen bei höherem Säuregehalt des Meerwassers. Mit den resultierenden Datensätzen wurden Simulationen in einem Erdsystemmodell durchgeführt, um die ozeanweiten Folgen der beobachteten Trends abzuschätzen.

„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 Meer und das Klimasystem sind“, so Dr. Taucher weiter. „Allerdings ist es wichtig, über das Jahr 2100 hinaus zu denken. Der Klimawandel wird nicht abrupt aufhören, und insbesondere die globalen Auswirkungen brauchen einige Zeit, bis sie deutlich sichtbar werden. Unser Modell in der Studie prognostiziert je nach Emissionsmenge einen Verlust von bis zu 27 Prozent Kieselerde in Oberflächengewässern und ein ozeanweiter Rückgang der Diatomeen um bis zu 26 Prozent bis zum Jahr 2200 – mehr als ein Viertel der heutigen Bevölkerung.“

Dieses Ergebnis der Studie steht im krassen Gegensatz zum bisherigen Stand der Meeresforschung, die kalkbildende Organismen als Verlierer sieht und Kieselalgen weniger von der Ozeanversauerung betroffen sind. Professor Ulf Riebesell, Meeresbiologe am GEOMAR und Leiter der Mesokosmen-Experimente, ergänzt: „Diese Studie verdeutlicht einmal mehr die Komplexität des Erdsystems und die damit verbundene Schwierigkeit, die Folgen des menschengemachten Klimawandels in seiner Gesamtheit vorherzusagen. Das überrascht Art erinnern uns immer wieder an die unkalkulierbaren Risiken, die wir eingehen, wenn wir dem Klimawandel nicht schnell und entschlossen entgegenwirken.“