Korallenriffe

Aus Klimawandel
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Korallenriff in Indonesien, Komodo National Park

1 Verbreitung und Bedeutung

Bei Korallen handelt es sich biologisch gesehen um Tiere, die in flachem Wasser am Grund des Ozeans festsitzen. Die so genannten Steinkorallen bilden durch Einlagerungen von Kalk Skelette, durch welche die Korallenriffe entstehen. Tropische Korallen leben in Symbiose mit einzelligen Algen, den Zooxanthellen, die auf den Skeletten wachsen und so den Eindruck verleihen, es handle sich insgesamt um Pflanzen. Diese Symbiose kommt beiden Seiten zugute: Die Korallen beziehen durch die Algen Sauerstoff und Energie, die Algen von den Korallen Kohlendioxid, Stickstoff- und Phosphatverbindungen. Korallenriffe sind geologisch gesehen sehr alt und wachsen nur langsam. Außerdem gibt es auch Kaltwasser-Korallen, die nicht mit Algen in Symbiose leben, sondern Nährstoffe aus herabsinkenden Partikeln extrahieren. Korallenriffe kommen in tropischen Küstengewässern vor, in denen die Wintertemperaturen über 18 °C liegen.[1]

Die Korallenriffe in den warmen tropischen Meeren gelten neben dem tropischen Regenwald als artenreichster Lebensraum der Erde. 60 000 Arten sind bekannt, über 400 000 Arten - nach anderen Schätzungen sogar bis zu einer Million Arten[1] - werden vermutet. Die weltweiten Riffareale werden auf 617 000 km2 geschätzt, die Ausdehnung der flachen, gut entwickelten Korallenriffe auf 255 000 km2.[2] Obwohl Korallenriffe dennoch nur 0,1 bis 0,2 % der globalen Meeresfläche bedecken, leben in ihnen ca. ein Drittel aller bekannten Arten im Meer.[3] So beherbergen Korallenriffe mehr als 25% der bekannten Meeresfische und sind damit eine wichtige Nahrungsquelle für viele Küstenbewohner.[2] Sie sind außerdem ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor im Tourismus vieler Länder und dienen dem Küstenschutz. Müsste man die Küstenschutzfunktion der Korallenriffe durch künstliche Dämme ersetzen, würde das mehrere Tausend US$ pro Hektar kosten. Insgesamt wird der Nutzen von Korallenriffen auf 130.000 bis 1,2 Mio. Us $ geschätzt,[3] und etwa 500 Mill. Menschen profitieren wirtschaftlich und gesellschaftlich von Korallenriffen.[1]

2 Gefährdung

Korallenriffe sind in hohem Maße bedroht. 58% der weltweiten Riffareale gelten durch Überfischung und Verschmutzung sowie anderer menschlicher Aktivitäten als gefährdet. Als neuer Bedrohungsfaktor ist in jüngster Zeit der Klimawandel identifiziert worden. Dieser wirkt in vierfacher Weise auf die Korallenriffe ein: durch den Meeresspiegelanstieg und veränderte Sturmintensitäten, durch erhöhte Wassertemperaturen und durch die Versauerung des Wassers.[2] Die Kaltwasserkorallen sind außerdem besonders anfällig gegen Strömungsänderungen, da die Nahrungszufuhr von der Ozeanzirkulation abhängt.

2.1 Meeresspiegelanstieg und Stürme

Wie Korallen auf einen Anstieg des Meeresspiegels reagieren, lässt sich an Zeugnissen vom Ende der letzten Eiszeit ablesen. Seit dem Höhepunkt der letzten Kaltzeit vor rund 20 000 Jahren, als die globalen Temperaturen um 4-7 °C unter den heutigen lagen, stieg der Meeresspiegel um ca. 120 m an. Besonders stark war der Anstieg in der Übergangsphase zur gegenwärtigen Warmzeit vor ca. 12 000 bis 8 000 Jahren. Die Korallenriffe konnten mit diesem Anstieg durch ein zeitweises Höhenwachstum von bis zu 15 mm im Jahr mithalten. Gegenwärtig liegt dagegen die jährliche Anstiegsrate des globalen Meeresspiegels nur bei 3,4 mm, wobei im westlichen Pazifik auch 5-10 mm gemessen wurden. Und es wird damit gerechnet, dass es ab 2050 auch 10 mm im Jahr sein könnten. Ob Korallenriffe auf Dauer mit dem heutigen und erst recht mit dem künftigen Meeresspiegelanstieg Schritt halten können, muss vor allem deshalb bezweifelt werden, weil es kaum noch unbeschädigte Korallenbänke gibt. Den zahlreichen bereits degradierten Riffen in den dicht bevölkerten Regionen Südostasiens, Ostafrikas und der Karibik sind wahrscheinlich nur geringe Chancen einzuräumen. Aber auch Riffe im offenen Ozean sind heute durch Korallenbleiche und Versauerung des Meerwassers (s.u.) erheblich in ihrem Wachstumspotential beeinträchtigt.[3]

Stürme beschädigen Korallen zum einen direkt durch die Kraft der Wellen, zum anderen indirekt aufgrund der Lichtschwächung durch aufgewirbeltes Sediment und dem Abrieb durch Sediment und abgebrochene Korallen. Eine Zusammenfassung von verschiedenen zwischen 1977 und 2001 in der Karibik erhobenen Daten zeigt, dass im Jahr nach einem Hurrikan ein Rückgang der Korallenbedeckung um 17 % zu verzeichnen war, ohne dass sich die Korallen innerhalb von 8 Jahren wieder erholten. Ein zweiter Hurrikan unmittelbar nach dem ersten hat dagegen einen geringeren Effekt.[2] Dies deutet darauf hin, dass die Stärke der Hurrikane einen größeren Einfluss auf die Korallen hat als ihre Häufigkeit. Gerade erstere könnte in Folge des Klimawandels aber zunehmen, wobei die Zukunft der Hurrikan-Statistik äußerst unsicher ist.

2.2 Einfluss steigender Wassertemperaturen

Globale Jahresmitteltemperatur als Abweichung vom Mittel 1961-1990 (blaue und rote Säulen) und die mittlere jährliche Temperatur der Meeresoberfläche in Gebieten tropischer Korallenriffe (schwarze Linie) 1880 bis 2017.
Jahresmittel des monatlichen Erwärmungsindex (degree heating month index, DHMI) für 100 untersuchte Korallengebiete 1871-2017. Der Index summiert die Erwärmungsgrade auf, die 1 °C und mehr über dem langzeitlichen Mittel des wärmsten Monats im Jahr an einem bestimmten Ort liegen. Schwarze Balken zeigen stärkere El-Nino-Ereignisse an.

Gegenüber einer Erhöhung der Meeresoberflächentemperaturen erweisen sich Korallen als sehr sensibel. Sie reagieren darauf mit der sog. Korallenbleiche, die ein Zeichen für den Zusammenbruch der Symbiose mit den auf den Korallen lebenden Algen ist. Das Ausbleichen der Korallen entsteht dadurch, dass die symbiotisch auf der Oberfläche der Korallen lebenden Algen durch eine Temperaturerhöhung ihr lebenswichtiges Pigment, das Chlorophyll, verlieren und absterben. Zurück bleiben die weißen, bleichen Korallenstöcke, die bei längerem Anhalten dieses Zustandes ebenfalls absterben. Korallenbleiche kann außerdem auch durch verstärkte Sonnenstrahlung zustandekommen; weitere begünstigende Faktoren sind extrem niedrige Tiden, eine Absenkung des Salzgehaltes und Umweltbelastungen durch den Menschen. Diese Faktoren wirken in vielen Fällen zusammen. So kann eine extrem niedrige Ebbe das Korallendach stärker der Sonnnenstrahlung aussetzen, und die durch Umwelteinflüsse geschwächten oder erkrankten Korallen sind dem temperaturbedingten Ausbleichen schutzloser ausgesetzt.

Seit Anfang der 1980er Jahre haben die Berichte über Korallenbleiche-Ereignisse dramatisch zugenommen. Hunderte von Riff-Gebieten wurden erfasst. In den letzten 40 Jahren sind Korallenbleichen praktisch aus allen Korallenriff-Gebieten der Erde bekannt. Relativ häufig war dabei das Great Barrier Reef betroffen (1979/80, 1986/87, 1994, 1997/98, 2002, 2006, 2016), aber auch die Karibik (1986/87, 1989, 1990, 1997/98, 2005) und andere Regionen. Massenhaft wurde Korallenbleiche insbesondere 1997/98 beobachtet, als weltweit 16 % der riffbildenden Korallen abstarben. [1][4] In jüngster Zeit wurde eine weitverbreitete Korallenbleiche in den Jahren 2014-2017 registriert. Anfang 2016 war wieder das Great Barrier Reef davon erfasst. Dabei treten starke Korallenbleichen in immer kürzeren Zeitabständen auf. Die Anzahl von Jahren zwischen zwei starken Bleiche-Ereignissen, bzw. deren Wiederkehrperiode, ist von 25-30 Jahren in den frühen 1980er Jahren auf 5,9 Jahre um 2016 geschrumpft.[5]

Vorkommen von Korallenbleiche im Zeitraum 1998-2017 als Anteil an den untersuchten Korallengebieten in %.

Allerdings zeigen die Korallen je nach Region und Art unterschiedliche Reaktionen auf thermalen Stress. Die Korallenbleiche tritt häufiger zwischen 15°und 20° nördlich und südlich des Äquators auf als in den zentralen Tropen beiderseits des Äquators. Die Gründe dafür sind die Vielfalt der Arten in den niederen Breiten, von denen einige weniger empfindlich gegenüber höheren Temperaturen sind, und die bessere Anpassung innertropischer Korallen an thermalen Stress.[6] Zwar können sich Korallen von solchen Ereignissen auch wieder erholen, was aber in vielen Fällen ein bis zwei Jahrzehnte dauern kann.

Die Temperatur des Oberflächenwassers in den tropischen Ozeanen ist in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich angestiegen. Die Maxima der Meeresoberflächentemperatur in den Korallenriff-Gebiete lagen in den Jahren 2015 und 2016 bei 30-31 °C.[7] Viele Korallenriffe existieren bereits an oder nahe der Temperaturobergrenze. Eine weitere Erwärmung wird zunehmend lebensfeindliche Bedingungen schaffen. Aufgrund dieser Zusammenhänge wird die zunehmend beobachtete Korallenbleiche bereits als Folge der globalen Erwärmung gedeutet.[5] Üblicherweise kommt es zu einer Bleiche, wenn die Temperatur längere Zeit deutlich über den mittleren Sommerwerten liegt und diese Anomalie mindestens 4 Wochen lang anhält. Als Maßeinheit dafür werden die Degreee Heating Weeks (DHW) benutzt, die Erwärmungsgrade aufsummieren, die 1 °C und mehr über dem langzeitlichen Mittel des wärmsten Monats im Jahr an einem bestimmten Ort liegen. Zwei DHW bedeuten z.B. zwei Wochen mit jeweils 1 °C über dem Mittel oder eine Woche mit 2 °C darüber.[8] Ab 4 DHW treten deutliche, ab 8 DHW sehr starke Korallenbleichen auf.

In den letzten Jahrzehnten war die Korallenbleiche häufig mit El Niño-Ereignissen gekoppelt, durch die die Meeresoberflächentemperatur um mehrere Grad Celsius über das normale Maximum angestiegen, in manchen Gebieten aber auch der Wasserspiegel deutlich abgesenkt war. Besonders stark war die Korallenbleiche 1998 in ausgedehnten Gebieten, die mit dem El Niño 1997/98 in Zusammenhang gebracht und als Vorzeichen künftiger Ereignisse bei einer weiteren Erwärmung gedeutet wurde. Die Korallenbleiche wurde aus insgesamt 32 Ländern und Inselstaaten berichtet, mit den Hauptgebieten im Pazifik, Indischen Ozean und der Karibik. Auch das australische Great Barrier Reef war ernsthaft betroffen.[9] Einige Korallenarten konnten sich nach ein bis zwei Monaten wieder erholen, bei anderen war das nicht der Fall. In den Lagunen von Belize z.B. stieg 1998 die Temperatur des Wassers in 2-10 m Tiefe auf bis zu 31,5 °C (normalerweise werden selten 29 °C überschritten) und verursachte eine Korallenbleiche, wie es sie in den letzten 3000 Jahren nicht gegeben hat.[10] In den 1980er Jahren war die Korallenbleiche noch an El-Niño-Ereignisse gebunden, die durch die noch geringe globale Erwärmung verstärkt wurden. In den letzten 20 Jahren ist es vielfach zur Korallenbleiche auch ohne El-Niño-Bedingungen gekommen. Gegenwärtig sind die mittleren Meeresoberflächentemperaturen in den Tropen während La-Niña-Bedingungen höher als sie vor 30 Jahren während einer El-Niño-Phase waren.[5]

Diese und andere Befunde legen es nahe anzunehmen, dass bei einem weiteren Anstieg der Meeresoberflächentemperatur durch den menschenbedingten Treibhauseffekt das Phänomen der Korallenbleiche und des Korallensterbens in Zukunft noch ernstere Formen annehmen wird. Nach Hughes et al. (2018)[5] wird in den kommenden Jahrzehnten der Klimawandel unweigerlich die Anzahl der extremen Hitzeereignisse und ihrer Wirkung auf die Korallen erhöhen. Wir nähern uns danach einem Szenario, in dem jeder heiße Sommer das Potential hat, Korallenbleiche und das Absterben von Korallen zu verursachen. Die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Ereignissen, die allgemein 10-15 Jahre dauert, wird zu kurz sein, um eine Erholung der Korallen zu ermöglichen. Auch eine Erwärmung von 1,5 °C oder 2,0 °C, wie im Pariser Abkommen gefordert, wird weiterhin zur Zerstörung der Korallenriffe der Welt beitragen.

2.3 Einfluss der der Ozeanversauerung

Atolle des Staates Yap (Mikronesien im Pazifik): Für Korallen stellen die saurer werdenden Ozeane ein Risiko dar, denn sie sind auf die Bildung von Kalkschalen angewiesen

Da Korallenriffe einerseits große Mengen von Kalk akkumulieren, anderseits bei der Karbonatverwitterung aber auch Kohlenstoff freisetzen, sind sie eng in den Kohlenstoffkreislauf eingebunden. In jüngster Zeit ist viel diskutiert worden, ob eine Erhöhung der atmosphärischen und in deren Folge der im Meerwasser gelösten CO2-Konzentration sich negativ auf die Fähigkeit von Korallen zur Akkumulation von Kalk auswirken könnte.[11] [12] Die Bildung von Kalk hängt vom Sättigungsgrad des Kalziumcarbonat (CaCO3) im Meeresoberflächenwasser ab. In Meerwasser gelöstes Kohlendioxid reagiert nun aber mit Wasser und Kalziumkarbonat zu Hydrogenkarbonationen und Kalziumionen (CO2 + H2O + CaCO3 <-> 2HCO3- + Ca2+) [13]. Kohlendioxid entzieht also dem Meerwasser Kalziumkarbonat und beeinträchtigt damit die Kalzifizierung der Korallen. Da der Ozean bisher schon einen erheblichen Teil des anthropogen emittierten Kohlendioxids aus der Atmosphäre aufgenommen hat, müsste sich das schon auf die Kalkbildung ausgewirkt haben. Tatsächlich wird von manchen Forschern die Kalzifizierungsrate gegenwärtig auf 91% des vorindustriellen Wertes eingeschätzt und könnte danach auf 79% im Jahre 2065 und 73% im Jahre 2100 absinken.[14] Noch gibt es jedoch keine Daten, die ein verändertes Korallenwachstum an einem bestimmten Ort aufgrund von Versauerung nachweisen können.[2] Die wichtigsten Folgen einer geringeren Kalkbildung sind weichere Korallenskelette, geringere Wachstumsraten und eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Erosion. Und eine Reduzierung der Kalkakkumulation könnte sich auch auf die Fähigkeit der Riffe auswirken, bei einem steigenden Meeresspiegel in ausreichendem Maße vertikal mitzuwachsen.

3 Ausblick

Wie also werden die tropischen Korallenriffe auf den Klimawandel im 21. Jahrhundert reagieren? Sicher ist nur, dass sie zu den empfindlichsten Ökosystemen zählen, so dass sie bereits bei einer globalen Erwärmung von 2 °C (welche z.B. von der EU als politisches Ziel formuliert wird) erheblichen Schaden nehmen könnten. Zu beachten ist aber, dass es beträchtliche Unterschiede in der Anfälligkeit und dem Regenerationsvermögen von Korallen gibt.

Eine Theorie besagt, dass sich Korallen ein Stück weit an eine steigende Temperatur anpassen können, indem sie mit anderen Algenarten als den gegenwärtigen in Symbiose leben, welche bei höheren Temperaturen noch existieren können.[15] Rein theoretisch könnten sich in Folge des Klimawandels auch Korallen in größerer Entfernung zum Äquator neu ansiedeln. In wieweit diese Anpassungsmechanismen in der Realität greifen werden, ist jedoch extrem unsicher. Ein Grund dafür ist, dass zur erhöhten Temperatur noch alle anderen Stressfaktoren (durch Klimawandel, andere menschliche Aktivitäten und natürliche Schwankungen) hinzukommen. Die Ursachen des Korallensterbens sind zudem von Ort zu Ort verschieden wichtig. Während in der Karibik vor allem Krankheiten, Pflanzenfresser und Hurrikane von Bedeutung sind, werden die pazifischen Korallen von zu hohen Temperaturen bedroht, vor allem in El-Nino-Jahren.[15] Neben einem erfolgreichen globalen Klimaschutz sind daher auch andere umweltpolitische Maßnahmen von Bedeutung, um die Korallenriffe zu schonen.

Bis zu welchem Grad sich Korallen an höhere Temperaturen anpassen können und in welchem Zeitraum, ist noch nicht geklärt. Ohne eine solche Anpassungsleistung wären schon bei einer globalen Erwärmung um 2 °C über dem vorindustriellen Wert, was dem optimistischten Szenario des IPCC entspricht, mindestens 98 % der Korallen langfristig gefährdet. Selbst bei einer Temperaturzunahme um 1,5 °C wären es noch 89 % der Riff-Ökosysteme, die ohne eine Änderung der Temperaturtoleranz langfristige Schäden erleiden würden. Bei der gegenwärtigen Erwärmungsrate von ca. 0,2 °C/Jahrzehnt würde die globale Mitteltemperatur in ein oder zwei Jahrzehnten um 1 °C über dem vorindustriellen Wert liegen, wodurch bereits 16 % der Korallengebiete gefährdet wären.[1]

4 Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Frieler, K., Meinshausen, M., Golly, A., Mengel, M., Lebek, K., Donner, S., Hoegh-Guldberg, O. (2012): Limiting global warming to 2° C is unlikely to save most coral reefs. Nature Climate Change, DOI: 10.1038/NCLIMATE1674
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group II: "Impacts, Adaptation and Vulnerability", 1.3.4.1 (PDF-Datei).
  3. 3,0 3,1 3,2 Schuhmacher, H., und G.-B. Reinicke (2011): Korallenriffe - Folgen der Erwärmung und Versauerung, in: José L. Lozán et al. (Hrsg.): Warnsignal Klima: Die Meere - Änderungen und Risiken. Wissenschaftliche Auswertungen, Hamburg, 214-219
  4. Baker, A., Glynn, P. W. & Riegl, B. (2008).: Climate change and coral reef bleaching: An ecological assessment of long-term impacts, recovery trends and future outlook, Estuar. Coast. Shelf Sci. 80, 435-471
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 Hughes, T. P. et al. (2018): Spatial and temporal patterns of mass bleaching of corals in the Anthropocene. Science 359, 80–83
  6. Sully, S., D.E. Burkepile, M.K. Donovan, G. Hodgson & R. van Woesik (2019): A global analysis of coral bleaching over the past two decades, Nature Communications 10, https://doi.org/10.1038/s41467-019-09238-2D
  7. Lough, J. M., Anderson, K. D., Hughes, T. P. (2018): Increasing thermal stress for tropical coral reefs: 1871–2017, Scientific Reports 8, https://doi.org/10.1038/s41598-018-24530-9
  8. Kayanne, H. (2016): Validation of degree heating weeks as a coral bleaching index in the northwestern Pacific,  Coral Reefs 36(1),DOI: 10.1007/s00338-016-1524-y
  9. International Society for Reef Studies, ISRS (1998): Coral Bleaching - a Global Concern, Reef Encounter 24, 19-20
  10. Aronson, R.B., W.F. Precht, I.G. Macintyre and T.J.T. Murdoch (2000): Ecosystems: Coral bleach-out in Belize, Nature 405, 36
  11. O. Hoegh-Guldberg, P. J. Mumby, A. J. Hooten (2007): Coral Reefs Under Rapid Climate Change and Ocean Acidification, Science 318, 1737-1742
  12. K. R. N. Anthony, D. I. Kline, G. Diaz-Pulido, S. Dove, O. Hoegh-Guldberg (2008): Ocean acidification causes bleaching and productivity loss in coral reef builders, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) 105, 17442–17446
  13. R. A. Feely, C. L. Sabine, K. Lee, W. Berelson, J. Kleypas, V. J. Fabry,5 Frank J. Miller in "Science"(2004): Impact of Anthropogenic CO2 on the CaCO3 System in the Oceans, Science 305, 362-366
  14. Kleypas, J.A., R.W. Buddemeier, D. Archer, J.-P. Gattuso, C. Langdon, and B.N. Opdyke (1999): Geochemical Consequences of Increased Atmospheric Carbon Dioxide on Coral Reefs, Science 284, 118-120; Leclercq, N.L., J.E.A.N.-Pierre Gattuso and J.E.A.N. Jaubert (2000): CO2 partial pressure controls the calcification rate of a coral community, Global Change Biology 6, 329 -334
  15. 15,0 15,1 IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group II: "Impacts, Adaptation and Vulnerability", Chapter 4: Ecosystems, their properties, goods and services.

5 Weblinks

6 Literatur

  • Schuhmacher, H., und G.-B. Reinicke (2011): Korallenriffe - Folgen der Erwärmung und Versauerung, in: José L. Lozán et al. (Hrsg.): Warnsignal Klima: Die Meere - Änderungen und Risiken. Wissenschaftliche Auswertungen, Hamburg, 214-219


7 Klimadaten zum Thema

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8 Schülerarbeiten zum Thema

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