13.12.2016 - 09:44

Hitzewellen im Ozean: Ein Risiko für Ökosysteme?

von Dr. Thomas Frölicher, ETH Zürich
 

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Marine Ökosysteme steuern etwa die Hälfte zur jährlich global produzierten Biomasse bei und liefern lebenswichtige Proteine für mehr als eine Milliarde Menschen. Neue Studien zeigen, dass enorme Warmwasserblasen im Ozean deutliche Spuren an Ökosystemen hinterlassen haben. Wie sind diese Veränderungen zu deuten?

Wussten Sie, dass Hitzewellen nicht nur auf dem Land, sondern auch im Meerwasser vorkommen? Der Hitzesommer 2003 ist wohl vielen noch gut in Erinnerung. Wälder brannten, Flüsse trockneten aus, und mehrere zehntausend Menschen in Europa erlagen den enorm hohen Temperaturen.

Auch die Meereswelt und insbesondere deren Bewohner leiden unter enormer Hitze. Zwei aussergewöhnliche Hitzewellen im Ozean während den letzten Jahren haben uns Wissenschaftler aufhorchen lassen. Deren Folgen sind langfristig auch für den Menschen spürbar - wie auch unsere Bildergalerie beweist.

Hitzewellen im Nordostpazifik ...

Eine ungewöhnlich lang andauernde Warmwasserblase – mit dem Spitznamen «The Blob» – hatte sich vom Winter 2013/14 bis Ende 2015 auf der Wasseroberfläche des Nordpazifiks ausgebreitet. Die Warmwasserblase mass zeitweise einen Durchmesser von bis zu 1600 Kilometern und hatte Wassertemperaturen von mehr als drei Grad Celsius über dem langjährigen Durchschnitt. Aufgrund der geringeren Dichte des warmen Oberflächenwassers durchmischte sich dieses weniger mit kaltem und nährstoffreichem Tiefenwasser, insbesondere entlang der Westküste Nordamerikas.

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Thomas Frölicher ist Umweltphysiker am Institut für Biogeochemie und Schadstoffdynamik der ETH Zürich.
Bild: Lea Hepp

Dies hatte weitreichende Folgen für die Meeresbewohner und Ökosysteme: Die reduzierte Nährstoffzufuhr schwächte das Wachstum von Phytoplankton; die Wärme und der Nahrungsmangel führten dazu, dass einige Zooplankton- und Fischarten in kühlere Regionen abwanderten. Hingegen hatten Forscher im Nordpazifik länger als üblich Zwerggrindwale beobachtet. Diese tropische Walart ist normalerweise 2500 Kilometer weiter südlich zu Hause. 

… und an der Westküste Australiens

Eine stärkere, aber kürzere Hitzewelle traf die australische Westküste um die Jahreswende 2010/11. Die Meerestemperaturen lagen bis zu sechs Grad Celsius über den Normalwerten für diese Jahreszeit. Der Meeresboden an der Küste Westaustraliens ist bekannt für riesige Ansammlungen von Braunalgen. Diese marinen «Algenwälder» haben ähnliche Funktionen wie terrestrische Wälder: Sie bieten vielen Tierarten Lebensraum und Nahrungsgrundlage, insbesondere einer Vielzahl von Fischen.

Australische Forscher haben gezeigt, dass die meisten Bestände dieser Algenwälder in kürzester Zeit während dieser Hitzewelle verschwunden sind. Insgesamt ging eine Fläche von 1000 Quadratkilometer Algenwald verloren – dies entspricht zweimal der Fläche des Bodensees. Bis heute haben sich die Algenbestände nicht erholt. Anstelle der Algenwälder hat sich ein neues Ökosystem mit tropischen Fischen und Seegräsern gebildet. 

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Risiken für marine Ökosysteme?

Wir wissen seit einiger Zeit, dass auf dem Land Extremereignisse wie Hitzewellen die Struktur, die Biodiversität und die biogeochemische Funktion von biologischen Systemen stark beeinflussen. Es ist auch bekannt, dass Hitzewellen viele biologische Systeme einschliesslich des Menschen stärker beeinflussen als langsame Veränderungen in der Durchschnittstemperatur. Dies hat damit zu tun, dass solche Extremereignisse die Organismen und Ökosysteme an die Grenzen ihrer Belastbarkeit und darüber hinaus drängen, so dass sie Schaden nehmen.

Die zwei Extremereignisse im Nordpazifik und an der Westküste Australiens haben uns erstmals im Detail vor Augen geführt, dass Hitzewellen auch im Ozean zu einer Reihe von unabsehbaren ökologischen und sozioökonomischen Folgen führen können. Zum Beispiel haben sie gezeigt, dass viele Fische wenn möglich in kältere nördlichere Gefilde abziehen. Ein Ausweichen in kühlere Meerestiefen ist für viele Fische keine Option, da in tieferen Bereichen das Sonnenlicht, Sauerstoff und pflanzliche Nahrung fehlt. Dies führt letztendlich auch zu Einbussen in der Fischerei, aber auch in der Tourismusbranche.

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Blick in die Zukunft

Wenn sich die Weltmeere weiter erwärmen, werden auch marine Hitzewellen immer wahrscheinlicher. Es ist also anzunehmen, dass es künftig nicht nur auf dem Land zu vermehrten und stärkeren Hitzewellen kommt, sondern auch im Ozean. Beobachtungen und Modellsimulation zeigen zudem, dass auch andere Faktoren wie Ozeanversauerung und Sauerstoffverlust die marinen Lebewesen und Ökosysteme unter Druck setzen.

Bis vor kurzem waren Klimamodelle nicht in der Lage, die relevanten physikalischen und biogeochemischen Prozesse richtig abzubilden, um Extremereignisse im Ozean zu simulieren und zukünftige Änderungen vorauszusagen. Die Unsicherheiten in Zukunftsprognosen, vor allem auf regionaler Skala, waren einfach zu gross. Neue Modellsimulationen, die den globalen Kohlenstoff- und Sauerstoffkreislauf mit hochauflösenden physikalischen Prozessen verknüpfen, erlauben uns nun aber erstmals, quantitative Aussagen über die Häufigkeit, Stärke und räumliche Verteilung von zukünftigen Extremereignissen im Ozean zu machen.

Und genau dies steht in meinem wissenschaftlichen Fokus. Um jedoch die Auswirkungen solcher Extremereignisse auf einzelne Arten oder ganze Ökosysteme und deren sozioökonomische Dienste zu verstehen, braucht es eine verstärkte interdisziplinäre Zusammenarbeit. Die Forschung zum Verständnis solcher Ereignisse steht erst am Anfang.

Zur Person: Thomas Frölicher

Thomas Frölicher (37) gilt als vielversprechender Klimaforscher, wie «Die Zeit» schreibt. Die Forschung des Umweltphysikers am Institut für Biogeochemie und Schadstoffdynamik der ETH Zürich dreht sich um Treibhausgase und Meeresströmungen, deren Folgen er für das Weltklima analysiert. So hat Frölicher berechnet, dass sich die Erdatmosphäre auch nach einem Ende unseres Kohlendioxidausstosses noch während Jahrhunderten weiter erwärmen könnte und somit bisherige Annahmen zu den Folgen unserer Emissionen zu optimistisch gewesen wären. Für diese Erkenntnis hat der Wissenschaftler einen Preis der amerikanischen Eliteuniversität Princeton erhalten.

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