Warum überstehen manche Korallenriffe marine Hitzewellen besser als andere? Eine in Scientific Reports veröffentlichte Studie zeigt, dass dafür nicht nur lokale ozeanographische Bedingungen verantwortlich sind. Entscheidend sind auch großräumige Klimamuster, die ganze Ozeanbecken beeinflussen. Forschende um Erstautorin Dr. Hana Camelia sowie Dr. Thomas Felis vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen kombinierten langjährige ozeanographische Messreihen mit chemischen Analysen von Korallenskeletten. Dadurch konnten sie nachweisen, wie großräumige Klimaschwankungen die natürliche Kühlung beeinflussen, die Korallenriffe während mariner Hitzewellen schützen kann.
Untersucht wurde ein Korallenriff in der Andamanensee im nordöstlichen Indischen Ozean. Dort gelangt regelmäßig kühles Wasser aus tieferen Meeresschichten in flache Riffbereiche. Verantwortlich dafür sind interne Wellen und eine schwankende Thermokline – die Grenzschicht zwischen warmem Oberflächen- und kühlerem Tiefenwasser. Diese Prozesse können Hitzestress deutlich verringern. Die Studie zeigt jedoch, dass ihre Schutzwirkung keineswegs konstant ist, sondern stark von großräumigen Klimaschwankungen im tropischen Indopazifik abhängt.
Korallen liefern Einblicke in vergangene Umweltbedingungen
Um die natürliche Kühlung über längere Zeiträume zu untersuchen, verglich das internationale Forschungsteam Temperaturmessungen aus tieferen Wasserschichten mit geochemischen Analysen von Korallenskeletten. Korallen dienen dabei als natürliche Umweltarchive, da sie während ihres Wachstums kontinuierlich Informationen über die Bedingungen des umgebenden Meerwassers speichern. Mithilfe des Strontium-Calcium-Verhältnisses (Sr/Ca) im Korallenskelett rekonstruierten die Forschenden frühere Wassertemperaturen. Ergänzend lieferten Kohlenstoffisotope Hinweise darauf, wie Korallen ihren Stoffwechsel unter Hitzestress anpassten. Zusammen ermöglichen diese Proxydaten detaillierte Einblicke in die zeitliche Dynamik der Abkühlungsphasen und die biologischen Reaktionen der Korallen.
Ein zentrales Ergebnis der Studie ist der Einfluss zweier bedeutender Klimaphänomene: der El Niño-Südlichen Oszillation (ENSO) und des Indischen-Ozean-Dipols (IOD). Beide verändern Windmuster und die Lage der Thermokline und beeinflussen dadurch, wie effizient kühles Tiefenwasser in flache Riffbereiche gelangt.
Besonders starke Abkühlung beobachteten die Forschenden während des außergewöhnlichen El-Niño-Ereignisses 1997/1998, das zeitgleich mit einem ausgeprägten positiven Indischen-Ozean-Dipol auftrat. In dieser Phase hob sich die Thermokline ungewöhnlich stark an, sodass interne Wellen vermehrt kühles Wasser in Richtung Riff transportierten. Obwohl dieses Ereignis weltweit eine der schwersten Korallenbleichen verursachte, verringerte die natürliche Kühlung den Hitzestress am untersuchten Standort deutlich.
Quelle: Adobestock/ 338263893
Flexible Reaktion auf Hitzestress
Die chemischen Signaturen der Korallenskelette zeigen außerdem, dass Korallen ihre Ernährungsstrategie an veränderte Umweltbedingungen anpassen können. Normalerweise beziehen riffbildende Korallen den Großteil ihrer Energie aus der Symbiose mit einzelligen Algen. Während Bleiche-Ereignissen kann diese Lebensgemeinschaft jedoch gestört werden.
Die Kohlenstoffisotopen-Analysen weisen darauf hin, dass die Korallen während vieler Bleiche-Phasen verstärkt heterotroph wurden und zusätzliche Nahrungspartikel aus dem Wasser aufnahmen. Während des Ereignisses von 1998 war dieser Effekt jedoch deutlich schwächer ausgeprägt. Das deutet darauf hin, dass die außergewöhnlich starke natürliche Kühlung den Korallen half, ihre übliche Ernährungsweise weitgehend beizubehalten.
Die Ergebnisse machen deutlich, dass Korallenrefugien keine dauerhaft geschützten Rückzugsräume sind. Ihre Schutzwirkung hängt vielmehr vom jeweiligen Zustand des großräumigen Klimasystems ab. Da sich ozeanisch-atmosphärische Zirkulationsmuster über Jahre und Jahrzehnte verändern, schwankt auch die Wirksamkeit dieser natürlich gekühlten Riffe. Ein besseres Verständnis dieser Dynamik kann helfen vorherzusagen, welche Korallenriffe zukünftige marine Hitzewellen besonders gut überstehen. Gleichzeitig liefert die Studie wichtige Grundlagen für den Schutz und das Management von Riffsystemen, die unter künftigen Klimabedingungen als natürliche Refugien dienen könnten.
Dynamische Schutzräume statt dauerhafter Rückzugsorte
Die Studie zeigt, dass natürlich gekühlte Korallenriffe keinen dauerhaften Schutz vor den Folgen des Klimawandels bieten. Vielmehr verändert sich ihre Schutzfunktion mit der natürlichen Klimavariabilität der Tropen. Durch die Kombination von Korallen-Geochemie und langjährigen ozeanographischen Beobachtungen wird deutlich, wie Prozesse auf der Ebene ganzer Ozeanbecken das Schicksal einzelner Korallenriffe beeinflussen.
Angesichts immer häufiger auftretender mariner Hitzewellen wird es zunehmend wichtiger zu verstehen, wann und wo diese natürlichen Kühlmechanismen Korallenriffe wirksam schützen können.
