Korallen in nicht-tropischen Regionen

Die polwärts gerichtete Wanderung von Korallenarten beschreibt ein Phänomen, das durch steigende Meerestemperaturen ausgelöst wird. Korallen besiedeln dabei kühlere Klimazonen, um Korallenbleiche , steigende Meeresspiegel und die Versauerung der Ozeane zu umgehen . Im Zeitalter des Anthropozäns hat der Klimawandel grundlegende Naturprozesse gestört und sichtbare Veränderungen in der Unterwasserwelt hervorgerufen. Während Korallenriffe in tropischen Gebieten wie dem Great Barrier Reef bleichen , ist das Wachstum tropischer Korallenarten in gemäßigten Regionen, das im letzten Jahrzehnt stattgefunden hat, noch auffälliger und vielleicht alarmierender. Korallenriffe werden oft mit den „Kanarienvögeln im Kohlebergwerk“ verglichen, die von Bergleuten als Indikator für die Luftqualität eingesetzt wurden. Ähnlich verhält es sich mit Korallenriffen: Sie reagieren empfindlich auf Umweltveränderungen, die zukünftig andere Lebensräume schädigen könnten ^{[ 1 ].} Das bedeutet, dass sie als erste die tatsächlichen Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die Natur sichtbar machen werden .

Der Klimawandel ist kein neues Phänomen. Meereslebewesen waren schon immer anfällig für die Erwärmung und Abkühlung der Erde. Moderne Korallen entstanden erstmals vor über 200 Millionen Jahren im Jura und haben seither viele Katastrophen der Erde überstanden , darunter auch Perioden mit deutlich höherem atmosphärischem CO₂- _Gehalt als heute. ^{[ 2 ]} Die heutigen Korallenriff-Ökosysteme sind durch verschiedene Faktoren bedroht, darunter steigende Meerestemperaturen. ^{[ 2 ]} Viele wurden durch zerstörerische Fischereipraktiken, wie den Einsatz von Dynamit und Schleppnetzen, geschädigt . Andere, auf dem Kontinentalschelf , wurden durch Sedimentablagerungen aus dem Landesinneren bedeckt . Verschmutzungen durch Küstenstädte und Landwirtschaft können zu einer Nährstoffanreicherung führen, die wiederum Algenbewuchs oder Schadstoffschäden an den Riffen zur Folge hat. Schwere Stürme können Korallen ebenfalls schädigen und die Riff-Erosion beschleunigen. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Menschliche Einflüsse wie erhöhte Treibhausgasemissionen – also der Anstieg des atmosphärischen CO₂-Gehalts _und anderer langlebiger Treibhausgase wie Methan , Lachgas und Halogenkohlenwasserstoffe – sowie Veränderungen der Landnutzung – die Umwandlung dunkler Wälder in hellere Acker- und Grasflächen – haben zu diesem rasanten Temperaturanstieg der letzten 50 Jahre geführt. Zusätzlich zu den bereits genannten Faktoren hat die globale Erwärmung auch schädliche Anomalien hervorgerufen, darunter einen starken Rückgang der Krillpopulationen [ ^{4 ] und} eine massive Vermehrung von Dornenkronenseesternen , Seeigeln und Quallen . All diese Arten tragen zur Zerstörung von Korallenriffen und ihrer Bewohner bei. Korallenbleiche , steigende Meeresspiegel und Ozeanversauerung stellen jedoch eine weitaus größere Bedrohung dar als diese natürlichen Anomalien. Ihre kombinierte Wirkung hat zur Dezimierung von fast 50 % der weltweiten Korallenriffe geführt ^{[ 3 ]} und die verbliebenen Korallen gezwungen, ihre tropischen Lebensräume zu verlassen und kühlere Gewässer zu besiedeln. Sowohl ihre Dezimierung als auch ihre Migration haben sichtbare und katastrophale Auswirkungen auf das gesamte marine Ökosystem.

Zwischen Korallenpolypen und den photosynthetisierenden Algen , den Zooxanthellen, besteht eine symbiotische Beziehung , ohne die beide nicht überleben könnten. Steigt die Meeresoberflächentemperatur über etwa 29 °C, selbst nur für wenige Tage, gerät das Gleichgewicht zwischen Koralle und Zooxanthellen aus dem Lot. ^{[ 5 ]} Da die Koralle dann nicht mehr genügend Energie gewinnen kann, stößt sie die Zooxanthellen ab und verfärbt sich weiß – sie bleicht aus. ^{[ 5 ]} Ohne diese wichtige Nahrungsquelle stirbt die Koralle jedoch bald ab, es sei denn, die Wassertemperaturen sinken und die Zooxanthellen werden ersetzt. Korallen können sich zwar von der Bleiche erholen, doch dauert dieser Prozess mehrere Jahre. Die jüngste Zunahme des Ausmaßes und der Häufigkeit globaler Bleichereignisse führt dazu, dass den Riffen nicht genügend Zeit zur Erholung gegeben wird. ^{[ 3 ] [ 2 ]} Allein im Jahr 2010 starben 80 % der Korallen in Indonesien ab, ^{[ 6 ]} und 2016 bleichten 29 % des Great Barrier Reefs. ^{[ 3 ]} Laut der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) waren zwischen 2014 und 2017 etwa 75 % der tropischen Korallenriffe weltweit so starker Hitze ausgesetzt, dass es zur Korallenbleiche kam. [ 1 ] Es handelt sich um ein globales Phänomen: Nur noch 2 % der Riffe im Indopazifik weisen so viele lebende Korallen auf wie in den 1980er Jahren. ^{[ 2 ]} Das bedeutet, dass Riffwachstum und physikalische Erosion fein aufeinander abgestimmt sein müssen, sonst droht das Aussterben der Korallen.

Korallenriffe haben trotz erheblicher Klima- und Meeresspiegelschwankungen über viele Millionen Jahre und zahlreiche Eiszeit-Warmzeit-Zyklen hinweg überlebt . Das Verschwinden von Riffen in der Vergangenheit wurde auf Schwankungen zurückgeführt – entweder sank der Meeresspiegel so stark, dass die Korallen freigelegt wurden und abstarben, oder er stieg so stark an, dass die Korallen ertranken. Heute sind die Riffe der Erde einer völlig neuen Bedrohung des Aussterbens in einem noch nie dagewesenen Ausmaß ausgesetzt. Neu ist in der Gegenwart das Ausmaß und die Häufigkeit des Meeresspiegelanstiegs und der Erwärmung, verbunden mit stark erhöhten CO₂- _{Konzentrationen} in der Atmosphäre und anderen Stressfaktoren, die durch schädliche menschliche Aktivitäten verursacht werden. Die Erwärmung am Ende der letzten Eiszeit betrug durchschnittlich etwa 1 °C pro Jahrtausend und hat sich seither im vergangenen Jahrhundert um 0,5 Grad erhöht. ^{[ 6 ]} Ähnlich stieg der Meeresspiegel während der letzten Eiszeit durchschnittlich um 1 m pro 100 Jahre und hat sich seither um 25 cm erhöht. ^{[ 5 ]} Dies ist problematisch, da Korallen für die Photosynthese auf die Nähe zur Sonne angewiesen sind . Die für das nächste Jahrhundert erwarteten Anstiegsraten von Temperatur und Meeresspiegel sind zwar an sich nicht beispiellos, sie werden jedoch in einem völlig anderen Kontext auftreten. ^{[ 5 ]}

Seit Beginn der industriellen Revolution ist der pH-Wert des Oberflächenwassers der Ozeane um 0,1 pH-Einheiten gesunken. Da die pH-Skala logarithmisch ist, entspricht diese Veränderung einer Zunahme des Säuregehalts um 30 % . Die Ozeanversauerung bezeichnet diese Zunahme des Säuregehalts und die daraus resultierende pH-Wert-Senkung der Ozeane, was die Aufnahme von atmosphärischem CO₂ erheblich beeinträchtigt _. Obwohl fast 50 % der weltweiten Korallenriffe verloren gegangen oder stark beschädigt sind ^{[ 2 ]} , absorbieren Korallenriffe sogar mehr CO₂ _als Bäume. Insgesamt absorbiert der Ozean 93 % der Wärme, die durch atmosphärischen Kohlenstoff auf der Erde gebunden ist ^{[ 5 ]} . Korallenriffe tragen dazu bei, indem sie selbst Kohlenstoff durch Photosynthese produzieren und Meeresorganismen wie Phytoplankton und Flügelschnecken beherbergen, die atmosphärischen Kohlenstoff nutzen, um ihre Körper und Schalen aus Kalziumkarbonat aufzubauen . Wenn diese Organismen sterben, sinken sie unter die sonnenbeschienene Oberfläche des Meeres zum Meeresboden und werden in die Sedimente eingelagert. ^{[ 7 ]} Es ist das Zusammenwirken solcher Prozesse, das Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt; dies ist eine der wenigen semipermanenten Methoden. Bei niedrigem pH-Wert des Meerwassers (etwa 7,8 und darunter) ^{[ 4 ]} wird die Bildung von Kalziumkarbonatschalen jedoch deutlich erschwert, ebenso wie die Aufnahme von atmosphärischem CO₂ _. [ ^{4 ] Das} bedeutet, dass die Ozeanversauerung schon bald die Riffbildung verlangsamen und schließlich in großen Teilen des Ozeans vollständig verhindern wird. ^{[ 4 ]} Sollte dies eintreten und der Ozean nicht mehr in der Lage sein, Kohlendioxid aufzunehmen, prognostizieren Wissenschaftler, dass die Erdoberfläche auf über 50 °C ansteigen wird, was möglicherweise unbewohnbar macht.

Korallen könnten der Erwärmung der Ozeane entgehen , indem sie in ehemals kühlere Gewässer abwandern. ^{[ 2 ]} Die planktonischen Larven der Korallen könnten geeignete neue Gebiete besiedeln, doch für Korallen wie das Great Barrier Reef beträgt die erforderliche Wanderungsrate etwa 15 km pro Jahr, was deutlich schneller ist als ihr Wachstumstempo. ^{[ 2 ]} Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Auswirkungen der Ozeanversauerung in kühleren Gewässern stärker sind. ^{[ 8 ]} Korallenriffe könnten daher „durch die Erwärmung der Ozeane in den Tropen und die Versauerung der Ozeane in kühleren Ozeanen in eine engere Breitengradverteilung gedrängt werden.“ ^{[ 2 ]} Dieses Phänomen wird als globale polwärts gerichtete Wanderung von Korallenarten – auf der Suche nach kühleren Klimazonen – oder als Korallenwachstum in gemäßigten Regionen bezeichnet .

Während sich die ohnehin schon tropischen Gewässer des Great Barrier Reefs schnell erwärmen (und teilweise 35 °C erreichen ^{[ 3 ]} ), nimmt die Artenvielfalt in den sich langsam erwärmenden und ehemals gemäßigten Gewässern vor Sydney stetig zu. Mindestens vier Arten von Hartkorallen und verzweigten Korallen wurden an Sydneys Northern Beaches identifiziert ^{[ 9 ]} , darunter die Pocillopora aliciae . Diese Art wurde laut dem Meeresökologen und Universitätsprofessor Douglas Booth bisher nur in Port Stephens nachgewiesen, das etwa 120 km nördlich liegt ^{[ 10 ]} . Dies ist die südlichste jemals dokumentierte Wanderung einer tropischen Korallenart ^{[ 10 ]} , was möglicherweise auf die Stärke des Ost-Australischen Stroms zurückzuführen ist, der die Arten entlang der Ostküste nach Süden treibt. Diese verzweigten Korallen bieten Lebensraum für eine Reihe von Meeresarten, die normalerweise viel weiter nördlich vorkommen, wie beispielsweise Trapezkrabben , tropische Grundeln und verschiedene Riffbarscharten . ^{[ 11 ]} Das gleichzeitige Auftreten nicht heimischer Korallen und Meeresarten zeigt, wie die polwärts gerichtete Wanderung tropischer Korallen das Potenzial hat, marine Umwelten und ihre Bewohner zu verändern.

Laut einer aktuellen Studie von Hiroyo Yamana vom Zentrum für Globale Umweltforschung in Tsukuba, Japan , wandern Korallen in Japan nach Norden . Er verfolgte die Bewegung der Korallen mit 14 km pro Jahr. ^{[ 9 ]} Verglichen mit der durchschnittlichen Ausbreitungsrate von Landpflanzen und -tieren von 1 km pro Jahr ^{[ 9 ]} ist dies eine relativ schnelle Migration, die geologisch gesehen nicht einmal zu beobachten wäre . Von den neun verschiedenen Korallenarten, deren Koloniestandorte Yamano und sein Team ermittelt hatten, stellten sie fest, dass vier sich in den letzten 100 Jahren polwärts bewegt hatten, während fünf stabil geblieben waren. Yamano merkte an, dass die vier umgesiedelten Korallen seit 1998 von der Internationalen Union für Naturschutz als „ gefährdet “ oder „ potenziell gefährdet “ eingestuft wurden. ^{[ 9 ]} Die Geschwindigkeit ihrer Wanderung ist möglicherweise auf die polwärts gerichtete Bewegung von Meeresströmungen zurückzuführen, die entlang der Ostküsten Japans verlaufen und die Fähigkeit besitzen, Korallenpolypen in „neu geeignete Gebiete für Kolonien oder Riffe“ zu transportieren. ^{[ 9 ]}

Früher weniger verbreitete Arten scheinen häufiger vorzukommen, und Korallen verdrängen in einigen Gebieten Seegraswiesen. ^{[ 12 ]}

Die polwärts gerichtete Migration mag zwar für das Überleben bestimmter gefährdeter Korallenarten von Vorteil sein, ist aber nicht unbedingt positiv für die marinen Ökosysteme insgesamt. Da sich die Ozeane um Südafrika in einigen Gebieten erwärmen und in anderen abkühlen, waren viele Unterwasserpflanzen und -tiere gezwungen, ihren Lebensraum zu verlagern. Dies hat zu beobachtbaren ökologischen Veränderungen geführt und Anlass zu großer Besorgnis im Umweltschutz gegeben. ^{[ 13 ]}

Mit der Abkühlung der südwestlichen Küste wandern viele Meeresorganismen, darunter Muscheln , Seetang , Seepocken , Krebse , Langusten , Sardellen , Sardinen und subtropische Fische ^{[ 7 ]} , zur wärmeren Ostküste ab. Weniger offensichtlich ist dies bei winzigen Planktonorganismen , die als „die wahren Kraftwerke mariner Ökosysteme“ gelten ^{[ 9 ]} . Langusten sind wichtige Fressfeinde von bodenlebenden Organismen wie algenfressenden Seeigeln und Abalonen . Ihre Wanderung nach Osten in Richtung Kap der Guten Hoffnung hat dazu geführt, dass diese Pflanzenfresser in diesem Gebiet fast vollständig verschwunden sind, wodurch Seetang und andere Algenarten gedeihen konnten ^{[ 7 ]} . Die Folge ist die Umwandlung einer von Weidegängern dominierten Lebensgemeinschaft in eine von Algen dominierte Lebensgemeinschaft . Darüber hinaus befanden sich vor 1995 zwei Drittel der gesamten Biomasse von Sardellen und Sardinen entlang der Westküste, während sich 2008 fast drei Viertel davon an der Ostküste befanden. ^{[ 7 ]} Dies führte zu einer erheblichen geografischen Diskrepanz zwischen den Brutkolonien von Seevögeln und Robben auf den Inseln der Westküste und ihren nun weit entfernten Beutetieren. ^{[ 7 ]} B. Scholes beobachtete eine starke Korrelation zwischen der Ostwanderung der genannten Organismen und dem rückläufigen Bruterfolg der Seevögel. Besonders dramatisch war der Populationsrückgang wohl bei Pinguinen, die aufgrund ihrer Flugunfähigkeit nicht in der Lage sind, über große Entfernungen nach Nahrung zu suchen. Da sich der Agulhasstrom erwärmt hat, wandern zudem riffbildende Korallen an der Ostküste langsam nach Süden, da hohe Temperaturen im Norden die Riffe in Kenia und Tansania stark geschädigt haben. ^{[ 7 ]}

Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass Korallenarten die Ostküste verlassen und fremde Raubtiere einwandern. Die Veränderungen in Südafrika und in der gesamten Unterwasserwelt führen zu (1) einem Ungleichgewicht zwischen Räuber und Beute, (2) veränderten Fortpflanzungsgewohnheiten und Wanderrouten und (3) der Umwandlung von Korallenriffen, die Schutz und Erhalt für alle Arten von Meereslebewesen bieten, in algendominierte Gemeinschaften, die die nun im Osten anzutreffenden Arten nicht mehr tragen können. Ihre kollektiven Auswirkungen, bedingt durch steigende Temperaturen, stellen eine erhebliche Bedrohung für einheimische und nicht-einheimische Meeresarten dar.

Wenn Korallenriffe ihre tropischen Lebensräume vollständig verlassen, könnte dies auch Auswirkungen auf menschliche Gemeinschaften haben, da sie die Grundlage der Unterwasserbiodiversität bilden, von der viele Lebensgrundlagen abhängen. Riffe bedecken 600.000 Quadratkilometer der Erdoberfläche (Crossland, Hatcher & Smith, 1990) ^{[ 5 ]} , was bedeutet, dass sie weniger als 2 % des Meeresbodens bedecken. Dennoch stellen sie eines der artenreichsten Ökosysteme der Welt dar und bieten über 30.000 Organismenarten einen Lebensraum (Burke, 2012) ^{[ 5 ]} . Sie bieten über 25 % des weltweiten Fischbestands dauerhaften Schutz vor Fressfeinden ^{[ 3 ]} und dienen als Kinderstube für den Großteil der Unterwasserlebewesen . Sie sind nicht nur biologisch wichtig für das gesamte marine Ökosystem, sondern auch sozial und wirtschaftlich bedeutsam, da sie die Fischerei sichern und Entwicklungsländern durch Tourismus Einkommen generieren. Dies ist besonders relevant für Küstengemeinden wie Indonesien, die stark vom Tourismus an ihren Riffen abhängig sind, der schätzungsweise jährlich rund 375 Milliarden US-Dollar einbringt. ^{[ 5 ]} Der Lebensunterhalt vieler Menschen hängt daher von der Gesundheit der Korallenriffe und der von ihnen beherbergten Artenvielfalt ab. Darüber hinaus liefern Korallenriffe Nahrungsmittel und Heilmittel, schützen die Küsten vor Erosion und stellen Sand für Strände bereit.