Neues Modell sagt Auswirkung der Ozean-Versauerung auf Korallen voraus

  • Ein Korallenriff vor der indonesischen Insel Sulawesi. Deutsche Wissenschaftler haben ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem sie die Auswirkungen unterschiedlicher Szenarien der Ozeanversauerung nachvollziehen können.
    foto: l. knittweis, zmt

    Ein Korallenriff vor der indonesischen Insel Sulawesi. Deutsche Wissenschaftler haben ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem sie die Auswirkungen unterschiedlicher Szenarien der Ozeanversauerung nachvollziehen können.

Im Jahr 2100 ist im schlimmsten Szenario eine um 10 Prozent reduzierte Kalkbildung bei Steinkorallen zu erwarten

Mit den steigenden Durchschnittstemperaturen nimmt auch der Säuregehalt in den Ozeanen zu. Die Folgen für die Unterwasserwelt werden zu einem immer drängenderen Problem (wir berichteten). Am Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie (ZMT) haben nun Wissenschafter ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem sie unterschiedliche Szenarien der Ozeanversauerung vorgeben und deren Auswirkungen auf Steinkorallen prüfen können.

Ein erschreckendes Szenario sind beispielsweise Steinkorallen, die ihre Fähigkeit zur Kalkskelettbildung verlieren und nicht mehr in der Lage sind, Riffe mit all ihren Schutz- und Lebensräumen für die außergewöhnliche Artenvielfalt zu bilden. Doch wie wahrscheinlich ist eine solche Entwicklung?

Um fundierte Voraussagen machen zu können, müssen zunächst die Prozesse der Skelettbildung und ihre Reaktion auf Störfaktoren bei Korallen verstanden werden. Am ZMT in Bremen haben Wissenschafter ein mathematisches Modell entwickelt, das die Kalkbildung der Korallenpolypen auf der Zellebene detailliert nachbildet. "Mit so einem Modell kann man unterschiedliche Szenarien der Ozeanversauerung vorgeben und deren Auswirkungen auf Steinkorallen prüfen", sagt der Ökologe Sönke Hohn.

Unklarer Ablauf

CO2 aus der Atmosphäre löst sich im Meer und bildet Kohlensäure. Die steigenden Kohlendioxidwerte führen dazu, dass das Wasser langsam versauert. Während das Oberflächenwasser der Ozeane heute einen pH-Wert von etwa 8,2 aufweist, wird es im Jahr 2100 voraussichtlich nur noch 7,8 betragen. Ein saures Milieu greift aber Kalkstrukturen an, der Kalk löst sich auf. Dass die Kalkskelettbildung vieler Tiere unter den erhöhten CO2 Werten im Meer leidet, ist mittlerweile bekannt. Bilder von "nackten" Korallenpolypen, die pH-Werten von 7,4 ausgesetzt worden waren, gingen in einer Studie des Magazins "Science" um die Welt. Wie ein gestörter Kalkbildungsprozess genau abläuft, war jedoch unklar. Der Antwort sind die Forscher aus Bremen nun näher gekommen.

Polypen scheiden an ihrem Fuß Kalziumionen aus, die gemeinsam mit Karbonationen zu festem Kalk auskristallisieren und dadurch Skelettstrukturen bilden. Alle Polypen einer Koralle sind über eine Gewebeschicht miteinander verbunden. Diese trennt das umgebende Meerwasser von der Flüssigkeit, in der das Kalkskelett gebildet wird. Die Wissenschafter konnten mit ihrem mathematischen Ansatz nachweisen, dass CO2 durch die Gewebsschichten in die kalzifizierende Flüssigkeit eindringt. Trotz aktiver Regulierung ihres Stofftransportes sind Polypen nicht in der Lage, bei erhöhten Kohlendioxidwerten gegen die Diffusion anzugehen.

Um Zehn Prozent reduzierte Kalkbildung bei Steinkorallen

Das Modell bildet die sehr komplexen biochemischen Prozesse des Stoffaustausches und der Kalkbildung in vier Räumen ab: dem umgebenden Meerwasser, dem Polypengewebe, dem Magen und der kalzifizierenden Flüssigkeit unter den Polypen. Es basiert auf Daten aus verschiedenen Studien, vor allem aber von Versuchsreihen, die am ZMT stattfanden. Mit Mikrosonden waren pH-Wert und Kalziumkonzentrationen unterhalb des Polypengewebes gemessen worden.

"Doch auch sehr aufwendige Laboruntersuchungen reichen nicht aus, um den Prozess der Kalzifizierung vollständig zu verstehen", meint Agostino Merico, der den Modellierungsansatz mitentwickelte. "Indem wir alle relevanten physiologischen Prozesse simulieren, entwirrt unser Modell die komplexen Vorgänge und quantifiziert die Effekte der Ozeanversauerung auf die Organismen." So ergaben Berechnungen mit erhöhten CO2 Werten in der Atmosphäre, wie sie in 2100 im schlimmsten Falle zu erwarten sind, eine um 10 Prozent reduzierte Kalkbildung bei Steinkorallen. In einem nächsten Schritt soll auch der Einfluss der Ozeanerwärmung auf die Kalkbildung mit dem Modell untersucht werden. (red, derStandard.at, 31.12.2012)

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