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Forscher entnehmen einer Steinkorealle im Riff vor Amerikanisch-Samoa in der Südsee einen Bohrkern.

Kohlenstoffdioxid

Korallen reagieren auf CO2-Anstieg

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Tropische Steinkorallen verändern ihre Zusammensetzung durch den Anstieg von CO2.

Korallen gehören zu jenen Lebewesen, die besonders empfindlich auf die vom Menschen verursachten Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren. Dazu zählen die steigenden Temperaturen, die zunehmende Versauerung und Verschmutzung der Ozeane, der Anstieg des Meeresspiegels und die Überfischung.

Besonders hart trifft es fragile, verästelte Korallen. Sehr große, massive tropische Steinkorallen hingegen gelten als robuster insbesondere im Hinblick auf Einflüsse, die durch den Klimawandel bedingt sind. So gibt es bislang nur wenige Studien, die belegen, dass diese Lebewesen auf das saurer werdende Milieu der Meere reagieren. Ein internationales Forscherteam, an dem auch Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Marine Tropenforschung (ZMT) in Bremen beteiligt waren, belegt nun, dass es durch den Anstieg von Kohlenstoffdioxid (CO2) in der Atmosphäre zu Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Kalkskeletts kommt. Die Studie wurde im Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht.

Korallen sind keine Pflanzen, wie oft angenommen, sondern kleine Weichtiere – Polypen, die in einem Kalkskelett „wohnen“ und am Grund des Ozeans festsitzen. Tropische Korallen leben in einer Symbiose mit Algen, sogenannten Zooxanthellen. Sie befinden sich im Gewebe der Korallen und versorgen diese mit Sauerstoff und Energie, die sie durch Photosynthese erzeugen. Im Gegenzug liefert die Koralle der Alge Stoffwechselabfälle und düngt sie damit. Bei steigenden Wassertemperaturen allerdings ändern die Algen ihr Verhalten – was die Koralle irritiert. Sie stößt die Algen deshalb ab und verliert damit ihre wichtigste Nahrungsquelle. Da die Algen den Korallen ihre Farbe verleihen, macht sich dieser Prozess als Korallenbleiche bemerkbar.

Die Korallenriffe in den warmen tropischen Ozeanen gelten neben dem tropischen Regenwald als artenreichster Lebensraum der Erde. Doch so wie die Menschen den Regenwäldern stark zusetzen, haben durch ihren Einfluss auch die Korallenriffe weltweit erheblichen Schaden genommen. Weit mehr als die Hälfte gilt als gefährdet.

Einer der negativen Faktoren ist die Versauerung der Ozeane, die wesentlich durch den Anstieg von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre verursacht wird. Ozeane sind CO2-Speicher, sie nehmen mehr als 40 Prozent des Treibhausgases in sich auf. Überschüssiges CO2 reagiert mit dem Meerwasser zu Kohlensäure. Das bewirkt, dass der pH-Wert sinkt und das Milieu saurer wird – was wiederum fatale Auswirkungen auf kalkbildende Meeresorganismen wie Muscheln oder Korallen hat. Sie verlieren ihre Fähigkeit, ein voll funktionsfähiges Kalkskelett auszubilden. Die Skelette wachsen schlechter, werden weicher und empfindlicher, sind leichter zu schädigen.

Für ihre Studie entnahmen die Forscher in Riffen des Südpazifiks Bohrkerne aus Korallen der Gattung Porites: Einige davon sind bereits mehr als 450 Jahre alt. Es handelt sich dabei um massive, sehr resistente Steinkorallen, die riesige Halbkugeln bilden und mehrere Meter groß werden können. „Wir sehen eigentlich in ihnen die zukünftigen ,Gewinner‘ im Überlebenskampf, den die Veränderung der Umwelt den Korallen aufzwingt“, sagt Henry Wu, Geologie am Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung und einer der Autoren der Studie.

Dass diese Korallen mit saurem Milieu besser zurechtzukommen scheinen, zeigt sich im Pazifik vor Papua Neuguinea. Dort strömt vulkanisches CO2 aus dem Meeresboden und säuert auf diese Weise das Wasser sehr stark an. In dem angrenzenden Riff ist die Zusammensetzung der Arten anders als sonst in der Region. Es dominieren massive Korallen, etwa der Gattung Porites. Die zarteren, verästelten Korallen hingegen seien selten, betont Henry Wu. Stattdessen finde man an vielen Stellen im Riff Seegras oder Algen.

Die Forscher entnahmen den Korallenbohrkernen kleine Proben und füllten die Bohrlöcher anschließend mit Zement auf, um die Koralle zu schützen. Danach untersuchten sie deren Kohlenstoffisotopen. Steinkorallen wachsen zwischen wenigen Millimetern und mehreren Zentimetern im Jahr und bilden dabei Wachstumsringe aus, ähnlich wie Bäume. Bei diesem Prozess bauen die Korallen sowohl C12 als auch C13 in ihr Kalkskelett ein. Die Wissenschaftler stellten fest, dass das Verhältnis der beiden Isotope über viele Jahrhunderte hinweg weitgehend konstant blieb und nur geringe natürliche Schwankungen zeigte.

Doch dann gab es eine gravierenden Einschnitt: in der Mitte des 20. Jahrhunderts, also just zu der Zeit, als die Industrialisierung nach dem Zweiten Weltkrieg massiv Fahrt aufnahm und mit ihr die Emissionen von Schadstoffen rasant zunahmen. „Wir fanden ab 1950 einen deutlich ansteigenden Anteil an C12“, sagt Wu. Die Wissenschaftler nennen C12 „alten Kohlenstoff“, denn er lagert über Millionen Jahre im Erdboden und gelangt erst durch die Nutzung fossiler Brennstoffe wieder in die Atmosphäre. Das C12-Isotop ist etwas leichter als C13 und wird von der Koralle schneller aufgenommen. Was das veränderte Verhältnis der beiden Kohlenstoffisotope im Skelett der Korallen bewirkt, ob es ihnen schadet, ist noch nicht klar. Das muss Gegenstand weiterer Forschungen sein.

Den Forschern ermöglicht ihre Entdeckung einen weitreichenden Blick in die Vergangenheit: „Wir haben herausgefunden, dass die Kohlenstoffisotope uns viel genauere Aussagen bezüglich der Änderungen des Meeresspiegels in der Vergangenheit erlauben, als es bisher möglich war“, sagt Wu. Ein besseres Verständnis der früheren Zustände wiederum helfe dabei, Prognosen für die künftige Entwicklung zu treffen.

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