Senckenberg Forschung

Riesig und doch kaum bekannt: Kaltwasserriffe

 Lophelia-Kolonien am mauretanischen Kontinentalhang mit Springkrabben
Lophelia-Kolonien am mauretanischen Kontinentalhang mit Springkrabben (Eumunida bella).

 

Korallenriffe gibt es nicht nur im flachen, warmen Wasser der Südsee, sondern auch im tiefen, kalten Wasser in Norwegens Fjorden. Und nicht nur dort. Viele weiße Flecken auf den Karten des Meeresbodens konnten Forscher in den letzten Jahren mit den sogenannten Kaltwasserriffen füllen. Bei Senckenberg  am Meer in Wilhelmshaven entsteht dazu eine weltweit einmalige Datenbank.

Wer denkt bei dem Begriff‚ Korallenriff‘ nicht an subtropisch-tropische Temperaturen, an lichtdurchflutetes Wasser, an spektakuläre Unterwasserlandschaften, in denen sich Tausende von Organismen tummeln. Auch wissenschaftliche Lehrbücher assoziierten bis vor wenigen Jahren das Phänomen Riffbildung ausschließlich mit Flachwassergebieten in den tropischen Breiten – rezent wie fossil.

TauchroboterMARUM-ROV
Korallenhabitate werden mit Tauchrobotern erforscht. Zu sehen ist das
MARUM QUEST-ROV.

Das Wort ‚Riff‘ verweist schließlich auf eine nautische Untiefe, um auf Gefahren für die Schifffahrt aufmerksam zu  machen. Innerhalb von nur zehn Jahren konnte unser tradiertes Verständnis von Riffbildung umfassend erweitert werden. Heutige Verbreitungskarten von Korallenriffen lassen einen lockeren Gürtel erkennen, der sich von der  Barentssee in Nordnorwegen, nördlich des Polarkreises, bis nach Mauretanien entlang des nordostatlantischen Kontinentalrands erstreckt. Ein weiterer Riffgürtel findet sich in aufgelockerter Dichte entlang der Ostküste Floridas bis in den Golf von Mexiko, und kürzlich berichteten Wissenschaftler von einem riesigen Riffsystem entlang des südbrasilianisch-uruguayischen Kontinentalrands im Südatlantik. Wie konnten derartig große Strukturen am  Meeresboden übersehen werden, und was ist das besondere an diesen Riffen, für die der Begriff ‚Kaltwasserriffe‘  geprägt wurde? Und welche Rolle spielt Senckenberg bei der Erforschung dieser Kaltwasserriffe? 

Entdeckungsgeschichte der Kaltwasserriffe

Dass in den tiefen und kalten Gewässern norwegischer Fjorde sowie vor Irland und im Golf von Biskaya lokal große Steinkorallenansammlungen vorkommen, ist besonders den Hochseefischern seit 200 Jahren bekannt. Die Wissenschaft beschäftigte sich nur sporadisch mit diesem Phänomen. Erst technologische Errungenschaften, wie der standardmäßige Einsatz von Fächerecholotsystemen auf Forschungsschiffen zur detaillierten Kartierung des Meeresbodens sowie bemannte Tauchboote und Tauchroboter, boten die Voraussetzung zum präzisen Arbeiten entlang morphologisch stark zerklüfteter Kontinentalränder, Tiefseecanyons und den Flanken steiler Seeberge. Diese Gebiete blieben bis vor wenigen Jahren weiße Flecken auf den Meeresbodenkarten, und die Chance, dort teures Gerät zu verlieren, war nicht gering.

Lophelia-Kolonien am mauretanischen Kontinentalhang mit brachyurem Krebs
Lophelia-Kolonien am mauretanischen Kontinentalhang mit einem
brachyuren Krebs (Chaceon maritae).

Darwinbarsche
Darwinbarsche (Gephyroberyx darwinii) und Feilenmuscheln
(Acesta excavata) sind typische Riffbewohner vor Westafrika.

Weltweit sind nur 17 Steinkorallen als Gerüstbauer mit Riffbildungspotenzial bekannt. In den bekannten Kaltwasserriffen dominieren nur ein bis zwei Arten die Szenerie. Im Nordatlantik sind es vor allem die kolonialen Arten Lophelia pertusa und Madrepora oculat. Aufgrund ihrer biologischen Eigenschaften lassen diese im Zusammenspiel mit  hydrodynamischen Prozessen binnen weniger hundert Jahre ein riffartiges Relief entstehen und erschaffen dabei eine Vielzahl von Hart- und Weichsubstraten in unterschiedlichen Stockwerken am Meeresboden.

Diese Habitatvielfalt wird als ein wesentlicher Faktor für die gemessene hohe Biomassekonzentration und den Artenreichtum in den Kaltwasserriffen angesehen. Der andere Faktor begründet sich in der speziellen trophischen Ökologie und den  Stoffkreisläufen, welche die biochemische Zusammensetzung des Meerwassers beim Durchströmen der Riffe nachhaltig verändern. Grundsätzlich wachsen Kaltwasserriffe nur dort, wo ausreichend Nahrung und Nährstoffe in Suspension durch die Bodenströmung herangeführt werden. Auch die im Gezeitenzyklus gepulsten Strömungen sorgen für geringe Sedimentationsraten und begünstigen das Vorhandensein besiedelbarer Hartsubstrate für die Larven der riffbildenden Korallen. Nach erfolgreichem Larvenbefall und vollendeter Metamorphose beginnen die Korallen damit, ihr Areal zu monopolisieren, indem sie rasch ein Kalkskelett abscheiden und mit Wuchsraten von 10 bis 25 Millimeter pro Jahr in die Wassersäule hinein wachsen.

Bereits dieser initiale Korallenrasen ist eine effektive „Fressmaschine“, in der die aus Korallenpolypen bestehende Wand Planktonorganismen und gelöste Stoffe aus der Bodenströmung heraus filtriert. Aus dem Korallenrasen entstehen im Idealfall bereits binnen zweier Dekaden ausgedehnte Korallendickichte von 20 bis 50 Zentimeter Höhe, an deren Basis zunehmend feinstkörnige Teilchen (Detritus) aus der Suspension abgelagert werden, welche die Zwischenräume der Korallen mit einem Weichsubstrat versiegeln. Außerhalb der Korallenhabitate verbleibt die Schwebfracht in der Bodenströmung und kommt nicht, oder nur in geringem Maße von wenigen Millimetern innerhalb von 1.000 Jahren, zur Ablagerung.

Innerhalb der Korallenhabitate wurden von unserer Arbeitsgruppe Akkumulationsraten von über sechs Meter pro 1.000 Jahre gemessen. Geologisch betrachtet entsteht durch dieses effektive „Partikelfangen“ (sediment trapping) ein ausgesprochen bimodal zusammengesetztes Riffsediment, das aus pelagischem oder hemipelagischem (feinkörnigem) Schlamm sowie aus groben Korallenfragmenten einschließlich der fossilisierbaren Reste von Riffbewohnern (Muscheln, Schnecken, etc.) besteht.

Auf dem Norwegenschelf sind heute über 6.000 Lophelia-Riffe bekannt, die seit 11.000 Jahren, unmittelbar nach dem klimatisch bedingten Abschmelzen des Fennoskandischen Eispanzers der letzten Kaltzeit, bis zu 30 Meter hohe Riffstrukturen erzeugt haben. Die größten dieser Riffe bilden geschlossene Korallenwände von über 35 Kilometer Ausdehnung am Stück. Dabei wird verständlich, dass diese Ökosysteme nährstoffreiche Wassermassen zur Aufrechterhaltung ihrer metabolischen Stoffwechselumsätze benötigen.

Mit Hilfe mehrjähriger Experimente zum Stoffkreislauf von Lophelia-Riffen konnte nachgewiesen werden, dass auf dem Norwegenschelf bis zu 25 % des Kohlenstoffexports aus der photischen Zone (in die noch Licht gelangt) dem Tiefenwasser entnommen und von der Riffgemeinschaft verstoffwechselt bzw. in die Sedimente eingelagert werden. Dieser Riffeffekt erklärt auch die Dominanz von Filtrierern und Suspensionsfressern in der Lebensgemeinschaft. Normalerweise werden benthische Gemeinschaften (Lebensgemeinschaft  unterschiedlich angepasster spezialisierter Arten) am Kontinentalhang durch Detritusfresser charakterisiert.

Die erste Datenbank zur Rolle von Kaltwasserriffen

Am Senckenberg am Meer in Wilhelmshaven entsteht dazu eine weltweit einmalige Datenbank, die Auskunft über die artliche Zusammensetzung und die Rolle der Organismen im Wirkgefüge Kaltwasserriff geben soll. Die Sektion  Meeresgeologie in Wilhelmshaven erforscht derzeit die biologischen Interaktionen von Begleitorganismen und den Riffkorallen mit Hilfe modernster, bildgebender Verfahren (z. B. REM/?#956;CT) und deckt in zunehmend enger werdender Vernetzung mit den Taxonomen der Marinen Zoologie in Frankfurt und dem Deutschen Zentrum für Marine Biodiversitätsforschung DZMB zahlreiche symbiotische, einschließlich parasitäre, Beziehungen zwischen den Riffbewohnern auf. Ein Highlight ist die Entdeckung des langlebigsten nicht-klonalen Tieres, einer Tiefseeauster, die über 500 Jahre alt werden kann.

Madrepora oculata-Koralle
Die gerüstbildende Madrepora oculata-Koralle bietet ein
Mikrohabitat für eine Gruppe Solitärkorallen (Desmophyllum dianthus).

In den vergangenen zwei Jahren untersuchten Wissenschaftler der AG Freiwald Kaltwasserriffe am mauretanischen Kontinentalhang und in der Porcupine Seabight. Um transatlantische Zusammenhänge in Bezug auf Konnektivität und artliche Spektren zu erforschen, untersuchen die Wilhelmshavener erstmals die tiefen Riffe am Rande der mexikanischen Campeche-Bank und in der Straße von Florida. Den Forschern steht ein einmaliges Proben- und Unterwasservideoarchiv in Wilhelmshaven zur Verfügung. Über eine Kooperationsprofessur ist die Sektion Meeresgeologie mit der Universität Bremen verbunden. Gemeinsam mit den Geologen und Ingenieuren am Zentrum für Marine Umweltwissenschaften MARUM werden geologisch relevante Fragestellungen anhand von Sedimentkernen bearbeitet sowie die technische Weiterentwicklung der Tiefseeinfrastruktur wissenschaftlich mit betreut. So konnten wichtige Erkenntnisse hinsichtlich der Auswirkung abrupter Umweltveränderungen auf Kaltwasserriffe im Rahmen eines europäischen Forschungskonsortiums geklärt werden. Die Ergebnisse sind Bestandteil der Kartierung biologischer Ressourcen innerhalb der EU-Außenwirtschaftszone (200-Meilen-Zone) und wurden bereits bei der Reformierung der Fischereipolitik aufgegriffen, indem zahlreiche Riffgebiete an den Kontinentalrändern Europas als Sperrzonen für Bodenschleppnetzfischerei ausgewiesen wurden.

 

Autor

 

Prof. Dr. André Freiwald

Prof. Dr. André Freiwald leitet seit 2010 die Abteilung Meeresforschung und ist seit 2012 geschäftsführender Direktor von Senckenberg am Meer in Wilhelmshaven. Im Rahmen einer Kooperation mit der Universität Bremen hält er eine W3-Professur für Meeresgeologie inne. Sein Forschungsinteresse widmet sich biosedimentären Fragestellungen am Beispiel von nicht-tropischen Karbonatablagerungen. Polare Kalkalgen und Tiefseekorallenriffe stehen derzeit im Zentrum seiner Forschung. Auf über 30 Expeditionen hat er diese Ökosysteme mit Tauchbooten und Tauchrobotern intensiv untersucht. 

https://die-welt-baut-ihr-museum.de