Plankton und Klimawandel: Wie Mikroalgen zur Wolkenbildung beitragen und mehr…

Christopher Sonten

Christopher Sonten, Praktikant an der MareMundi Schule am Meer 

Dobar dan, Freunde des Meeres! Mein Name ist Christopher, ich studiere Marine Ökosystem- und Fischereiwissenschaften im dritten Semester in Hamburg und ich bin dieses Jahr zum zweiten Mal für vier Wochen Praktikant an der Schule am Meer. Ich möchte mit meinem Bericht heute an ein Thema anschließen, das Marie-Louise bereits eingeleitet hat:

Wie wir schon gehört haben, sind Planktonorganismen mehrheitlich sehr kleine Tiere (Zooplankton) oder Algen (Phytoplankton), die jedoch eine riesengroße Rolle im Meer spielen. Sie bilden zum einen die Grundlage für ein gigantisches Nahrungsnetz im Ökosystem, und zum anderen produzieren Mikroalgen ca. 50% des Sauerstoffs in der Atmosphäre, sorgen also für jeden 2. Atemzug den wir nehmen!

Wie allgemein bekannt ist, steht uns jedoch nun und in der Zukunft vielleicht die größte Herausforderung der Menschheitsgeschichte bevor: der Klimawandel. Die globale Klimaerwärmung, die durch den massiven Ausstoß von CO2 und Methan in der Vergangenheit und der Gegenwart passiert ist, hat weitreichende Auswirkungen auf alle Ökosysteme dieses Planeten, und so natürlich auch auf unsere Ozeane. Im folgenden Bericht will ich auf die Folgen dieser Veränderungen auf das Plankton, als Basis sämtlicher Nahrungsnetze in den Meeren, eingehen. Da diese so weitreichend und oft auch leider unkalkulierbar sind, beschränke ich mich auf 3 Szenarien:

Der erste Fall mit dem ich mich beschäftigen möchte, ist leicht wahrzunehmen, wenn man direkt am Meer an der Küste entlangspaziert: der leicht süßliche, teilweise etwas modrige Geruch, den man vernimmt. Dieser kommt vom Schwefel, der aus dem Wasser in die Atmosphäre gelangt (oder auch „diffundiert“). Im Meer ist dieser als Dimethylsulfat (DMS) gebunden. DMS wird von Phytoplankton, also Mikroalgen als Stoffwechselprodukt ins Meer abgegeben. So kann man also sagen, je mehr Phytoplankton im Meer vorhanden ist, desto höher ist auch der DMS Gehalt. Sobald dieser Stoff in die Atmosphäre diffundiert, reagiert dieser zu Schwefeldioxid (SO2). Und jetzt kommt der entscheidende Teil: der atmosphärische Schwefel dient als Aerosol durch die Anziehung von Wasser als Wolkenbildungsmittel. Also führt ein erhöhter Schwefelgehalt zu vermehrter schattenspendender Wolkenbildung, wodurch mehr Sonnenlicht von den Wolken reflektiert wird und es zu einer Abkühlung der Erdoberfläche kommt.

CLAW-HYPOTHESE erklärt, wie Phytoplankton und Wolkenbildung zusammenhängen / Quelle: Elisa Schaum (2019) “plankton and climate“ lecture, July 2019, Universität Hamburg

Unklar ist jedoch, ob die verminderte Einstrahlung und Temperatur die Produktion von DMS fördert oder hemmt, wodurch ein „negative feedback loop“ entstehen würde, also eventuell wieder weniger Wolken gebildet werden und die Sonneneinstrahlung sich wieder erhöht. Da diese Vorgänge noch nicht bestätigt sind, spricht man hier von der CLAW – Hypothese, benannt nach den Wissenschaftlern (Charlson, Lovelock, Andreae, Warren), die diese aufgestellt haben. Falls diese Theorie jedoch stimmen sollte, würde dies bedeuten, dass Phytoplankton zur Abschwächung des Klimawandels beitragen könnte!

Eine weitere Folge des Klimawandels auf die Planktongesellschaft führt zur sog. „Match-Mismatch Hypothese“ (erstmals aufgestellt von David Cushing 1969 und 1990 erweitert). Phytoplankton, das besonders im Frühling und im Herbst stark wächst und zur sogenannten „Planktonblüte“ führt, wird durch die sich veränderten Bedingungen wie der Erwärmung der Ozeane so beeinflusst, dass diese Blüten früher oder später im Jahr auftreten.  Dies hat jedoch einen negativen Einfluss auf den Fortpflanzungserfolg von anderen Arten, speziell in höheren Ebenen im Nahrungsnetz wie Fischen. Durch das erhöhte Nahrungsangebot für Zooplankton, das sich von Mikroalgen ernährt, wächst auch deren Population kurz nach der Blüte stark an.

Viele Arten wurden evolutionär so angepasst, dass sich Strategien bildeten, um den Nachwuchs zu einem Zeitpunkt zu produzieren, der so gut wie möglich zum Nahrungsangebot passt, wie kurz nach den Algenblüten. Werden diese nun in einer zu kurzen Zeit gestört oder „versetzt“, passen der Lebenszyklus eines Fisches, (Larvenstadium oder Jungfisch), mit dem seiner Nahrung, dem Zooplankton, nicht mehr überein und der Fortpflanzungserfolg ist vermindert.

Die verfrühte Algenblüte führt zu einem Mismatch mit der Fischpopulation / Quelle: Asch, R. (2016) Vorlesung Princeton University

Oder es kann der Fall sein, dass Fische mit früherem Laichen und schnellerer Ei-Entwicklung auf die erhöhten Temperaturen reagieren. Auch dann kommt es zu einem Mismatch, da die Fischlarven in die Zeit der Planktonblüte geraten und das Zooplankton als Nahrungsgrundlage fehlt.

Durch veränderte Temperaturen kommt es zu schnellerer Fischei-Entwicklung, und es entsteht ein Mismatch der juvenilen Fischen und dem Zooplankton / Quelle: Jens Floeter (2018), Rekrutierung – Vorlesung, Universität Hamburg

Veränderungen des Klimas können nicht nur die Zeit der Planktonblüte beeinflussen, sondern auch, welche Arten von Plankton besonders stark präsent sind. Das hat man zum Beispiel in der Ostsee beobachtet, wo die Ruderfußkrebse (Copepoda), wie in den meisten marinen Ökosystemen, einen großen Teil der Zooplankton-Biomasse ausmachen. Hier sind die Arten Acartia und Pseudocalanus stark vertreten. Es wurde herausgefunden, dass Acartia durch Temperaturanstieg des Oberflächenwassers in der Ostsee bevorzugt wird, und sich besser vermehren kann als sein Konkurrent. Dies hat weitere Auswirkungen auf die Sprotte, die auch in der Ostsee heimisch ist und sich lieber von Acartia ernährt, als von Pseudocalanus.

Und das führt zu einer weiteren Konsequenz: Die Sprottenpopulation wächst und wächst und frisst so auch die Eier und Jungtiere vom Dorsch, dessen Fortpflanzungserfolg vermindert wird. Der Dorsch, dessen Bestände in der Ostsee bereits durch die Fischerei stark dezimiert sind, wird so möglicherweise durch die Erwärmung des Ökosystems noch weiter geschwächt.

Erhöhte Temperatur bevorzugt die Copepod Spezies Acartia, wodurch Sprotten einen größeren Fortpflanzungserfolg haben / Quelle: Myron Peck (2019), Climate Change and Marine Foodwebs – Vorlesung, Universität Hamburg

Man spricht auch von der „Dorsch-Sprott-Schaukel“, weil diese beiden Arten sich gegenseitig sehr stark beeinflussen.

An diesem Beispiel erkennt man mal wieder, wie die Akteure in einem Ökosystem voneinander abhängig sind und dass Plankton als Basis des Nahrungsnetzes eine entscheidende Rolle spielt. Der Prozess, dass eben diese Basis des Nahrungsnetzes die Entwicklung der weiteren trophischen Ebenen bestimmt, wird „Bottom-up-Prinzip genannt“.

Also kann man sagen, dass es wichtig ist, die Entwicklung des Planktons durch den Klimawandel weiter zu beobachten und zu untersuchen, da diese Kleinstlebewesen die Stabilität des gesamten Ökosystems beeinflussen können.

QUELLEN:

  • Fischlarven Mismatch: Jens Floeter (2018), Rekrutierung – Vorlesung, Universität Hamburg
  • Dorsch-Sprott-Schaukel: Myron Peck (2019), Climate Change and Marine Foodwebs – Vorlesung, Universität Hamburg

Bericht: Christopher Sonten

Redaktion: Dr. Walter Buchinger, Helmut Wipplinger