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Die Erwärmung der arktischen Gewässer durch den Klimawandel dürfte künftig zu einer radikalen Veränderung der Meereslebensräume im hohen Norden führen. Das legen Daten aus Langzeitbeobachtungen in der Framstrasse nahe, die Forscher des Alfred-Wegener-Institutes (AWI) jetzt ausgewertet haben. Ihre wichtigste Erkenntnis: Es genügt bereits ein vorübergehender Warmwassereinstrom in den Arktischen Ozean, um die Lebensgemeinschaften von der Wasseroberfläche bis hinunter in die Tiefsee grundlegend zu beeinflussen. Wie die Autoren aktuell im Fachmagazin «Ecological Indicators» berichten, ereignete sich ein solcher Wärmeeinstrom im Zeitraum von 2005 bis 2008.

Experimente im Bereich des AWI-Hausgarten. Vermessung kleinskaliger Strömungsmuster im Bereich von «drop stones». Foto: AWI, Michael Klages
Experimente im Bereich des AWI-Hausgarten. Vermessung kleinskaliger Strömungsmuster im Bereich von «drop stones». Foto: AWI, Michael Klages

Die Arktis ist ein ferner und extremer Lebensraum. Doch trotz seiner Abgeschiedenheit wird der vom Menschen beschleunigte globale Klimawandel diese Region in den kommenden Jahren massiv verändern. Seit längerem ist bekannt, dass die Meereisdecke der Arktis durch den Treibhauseffekt schrumpft und sich die Weltmeere langsam erwärmen. Wie die polaren Meereslebewesen darauf reagieren werden, war jedoch lange unklar.

Der Tiefseeroboter Victor 6000 bei der Arbeit an einer HAUSGARTEN-Station in 2400 Metern Wassertiefe. Foto: AWI, Thomas Soltwe­del
Der Tiefseeroboter Victor 6000 bei der Arbeit an einer HAUSGARTEN-Station in 2400 Metern Wassertiefe. Foto: AWI, Thomas Soltwe­del

Wissenschaftler des AWI konnten jetzt anhand einer einzigartigen Langzeitbeobachtung zeigen, dass die arktischen Meereslebensräume im Zuge eines anhaltenden Temperaturanstieges ihr Gesicht radikal verändern könnten. Wie die AWI-Forscher im Fachmagazin «Ecological Indicators» schreiben, überrascht sie vor allem, dass sich wärmebedingte Veränderungen an der Meeresoberfläche ausserordentlich schnell auch auf das Leben in der Tiefsee auswirken.

Um die Veränderungen der Lebensgemeinschaften in den arktischen Gewässern zu erforschen, betreibt das AWI seit mittlerweile 15 Jahren das Meeresobservatorium «HAUSGARTEN» in der Framstrasse, dem Seeweg zwischen Grönland und Spitzbergen. Der HAUSGARTEN besteht aus einem Netzwerk von 21 Einzelstationen, welche die AWI-Forscher in jedem Sommer aufsuchen, um Wasser- und Bodenproben zu gewinnen. An ausgewählten Stationen sind ganzjährig Messsysteme und Probensammler verankert, die unter anderem die Wassertemperatur und die Strömung registrieren, regelmässig Wasser- und Bodenproben nehmen oder Schwebstoffe auffangen, die aus den oberen Wasserschichten zum Meeresboden herabrieseln.

«Dieses Observatorium ist weltweit einzigartig. Es gibt kein anderes Projekt, bei dem über einen derart langen Zeitraum an festen Positionen Messwerte von der Meeresoberfläche bis hinab zum Tiefseeboden erfasst wurden – schon gar nicht in Polarregionen», sagt AWI-Biologe Thomas Soltwedel.

Zwei Tiefsee-Lander, die am HAUSGARTEN-Langzeitobservatorium einge­setzt werden sollen, warten an Bord Polarsterns auf ihren Einsatz. Foto: AWI, Sebastian Menze
Zwei Tiefsee-Lander, die am HAUSGARTEN-Langzeitobservatorium einge­setzt werden sollen, warten an Bord Polarsterns auf ihren Einsatz. Foto: AWI, Sebastian Menze

Für die aktuelle Veröffentlichung haben der AWI-Forscher und sein Team jetzt die ersten 15 Jahre des HAUSGARTEN-Datensatzes ausgewertet. Die Framstrasse ist für Thomas Soltwedel und seine Kollegen vor allem deshalb interessant, weil sie die einzige tiefe Verbindung in den Arktischen Ozean darstellt. Hier strömen westlich Spitzbergens Wassermassen aus dem Atlantik in die Arktis hinein. Auf der grönländischen Seite wiederum fliessen Wasser und Eisschollen aus dem Arktischen Ozean heraus.

Normalerweise hat das oberflächennahe Wasser, das aus dem Atlantik durch die Framstrasse Richtung Norden strömt, eine Durchschnittstemperatur von drei Grad Celsius. Mithilfe ihres Observatoriums konnten die AWI-Forscher jedoch feststellen, dass im Zeitraum von 2005 bis 2008 die Durchschnittstemperatur der einströmenden Wassermassen ein bis zwei Grad Celsius höher lag: «In dieser Zeit flossen grosse Mengen vergleichsweise warmen Wassers in den Arktischen Ozean. Da die polaren Organismen an gleichbleibend kalte Bedingungen angepasst sind, kam dieser Wärmeeintrag einem Temperaturschock gleich», erläutert Thomas Soltwedel.

Entsprechend stark fielen die Reaktionen im Ökosystem aus: «Wir konnten in verschiedenen Lebensgemeinschaften, von den Mikroorganismen über die Algen bis zum Zooplankton, tiefgreifende Veränderungen feststellen. Auffällig war zum Beispiel die Zunahme freischwimmender Flügelschnecken und Flohkrebse, die für gewöhnlich in den gemässigten und subpolaren Bereichen des Atlantiks vorkommen. Die Zahl der arktischen Flügelschnecken und Flohkrebse nahm hingegen deutlich ab», berichtet Thomas Soltwedel.

Ein Grössenvergleich aller drei Flohkrebsarten, die im Rahmen einer HAUSGAR­TEN-Studie untersucht wurden. Foto: AWI, Angelina Kraft
Ein Grössenvergleich aller drei Flohkrebsarten, die im Rahmen einer HAUSGAR­TEN-Studie untersucht wurden. Foto: AWI, Angelina Kraft

Als aussergewöhnlich bezeichnet er auch die Abnahme der kleinen, hartschaligen Kieselalgen. Sie hatten vor dem unerwarteten Warmwassereinstrom etwa 70 Prozent des pflanzlichen Planktons in der Framstrasse ausgemacht. Während der Warmphase machte sich aber anstelle der Kieselalgen die Schaumalge Phaeocystis breit. Ein Wandel mit Konsequenzen: «Im Gegensatz zu Kieselalgen verklumpen Schaumalgen leicht und sinken dann geballt schnell bis zum Meeresboden hinab, wo sie als Nahrungsangebot zur Verfügung stehen. Der plötzliche Futterregen aber führte zu starken Änderungen des Lebens in der Tiefsee. So nahm zum Beispiel die Besiedlungsdichte der bodenbewohnenden Organismen merklich zu», erläutert der AWI-Biologe.

Wie sich all diese Veränderungen künftig auf das gesamte arktische Nahrungsnetz auswirken werden, kann Thomas Soltwedel heute noch nicht sagen: «Uns beunruhigt ganz einfach, dass die Veränderungen derart rasch erfolgen und so gravierend sind.»

Seitdem der Warmwassereinstrom abgeebbt ist, hat sich die Wassertemperatur in der Framstrasse stabilisiert – sie liegt allerdings noch immer leicht über dem Durchschnittswert von vor 2005. Die Veränderungen im Ökosystem haben sich jedoch in Teilen manifestiert. So ist die Zahl der Kieselalgen nach wie vor sehr klein. Die Flügelschnecken aus den südlicheren Breiten scheinen sogar in der Framstrasse heimisch geworden zu sein.

Polarstern-Besatzungsmitglieder ziehen ein Multinetz an Bord. Es besteht aus fünf Netzen, mit denen die Forscher über fünf verschiedene Horizonte der Wassersäule hauptsächlich Zooplankton fangen. Foto: AWI, Sebastian Menze
Polarstern-Besatzungsmitglieder ziehen ein Multinetz an Bord. Es besteht aus fünf Netzen, mit denen die Forscher über fünf verschiedene Horizonte der Wassersäule hauptsächlich Zooplankton fangen. Foto: AWI, Sebastian Menze

«Ob der von uns beobachtete Warmwassereinstrom mit dem Klimawandel zusammenhängt, können wir nicht sagen, da es auch natürliche Klimaschwankungen gibt, die beispielsweise alle zehn Jahre auftreten können. Sie überlagern die vom Menschen verursachten Auswirkungen des Klimawandels, sodass wir auch nach 15 Jahren nicht genau wissen, ob ein solcher Warmwassereinstrom ausschliesslich natürliche Ursachen hat», sagt Thomas Soltwedel.

Die Ergebnisse der ökologischen Langzeituntersuchungen zeigen aber deutlich, dass schon kurzfristige Änderungen der Meerestemperatur das Leben in der Arktis stark verändern. «Der episodische Warmwassereinstrom hat uns damit sozusagen einen Blick in die Zukunft erlaubt», erläutert der AWI-Wissenschaftler.

Ohne die langjährigen Beobachtungen im HAUSGARTEN, die durch regelmässige Messungen vom Schiff aus ergänzt werden, wäre dieser Blick in die Zukunft nicht möglich gewesen. Thomas Soltwedel: «Wir sehen, wie wichtig Langzeitbeobachtungen an ein und demselben Standort sind, um nachhaltige Veränderungen zu erkennen und Vorhersagen über die zukünftige Entwicklungen treffen zu können.»

Die Untersuchungen am HAUSGARTEN werden fortgeführt. «Ob Veränderungen natürlich oder vom Menschen verursacht werden, können wir erst dann mit Sicherheit sagen, wenn uns Daten aus mehreren Jahrzehnten vorliegen», sagt Thomas Soltwedel. Die ersten 15 Jahre sind dafür eine sehr gute Basis.

Quelle: AWI, Bremerhaven