Die Zukunft der Meere ? zu warm, zu hoch, zu sauer - WBGU

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2 Globale Erwärmung und Meeresökosysteme
temperaturen liegt vor, wenn z. B. für eine Art früher
orts- oder zeitgleich vorhandene Nahrungsorganismen
durch temperaturbedingte Veränderungen im
Artenspektrum eines Ökosystems nicht mehr zur
Verfügung stehen (Kap. 2.2.2.5). Beide Wirkungsketten
können zum Verschieben von Populationen, zur
Einwanderung nicht heimischer Arten und auch zum
Verschwinden von Arten führen.
2.2.2.2
Phytoplankton und globale Primärproduktion
Die vom Menschen veränderten Klimafaktoren wirken
sich zunächst auf das Phytoplankton und somit
auf die Primärproduktion aus. Da sich das gesamte
marine Ökosystem bis hin zu großen Räubern wie
Thun oder Hai über verschiedene trophische Stufen
letztlich aus der Primärproduktion speist, wird sich
eine Veränderung der Primärproduktion durch diese
Kopplung auch auf die höheren trophischen Ebenen
der Nahrungsnetze auswirken und sich in veränderten
Artenzusammensetzungen oder Biomassen im
gesamten Ökosystem widerspiegeln. Die Primärproduktion
wird von mehreren Klimafaktoren beeinflusst
(Fasham, 2003):
• Temperatur: Wachstum und Artenzusammensetzung
des Phytoplanktons sind stark temperaturabhängig.
Die Primärproduktion wird durch
Erwärmung zunächst direkt gefördert. Doch kann
die erhöhte Temperatur indirekt auch die Produktion
bremsen, z. B. über verringerte Nährstoffzufuhr
als Folge einer ausgeprägteren Temperaturschichtung.
• Licht: Veränderungen der Eis- oder Wolkenbedeckung
des Oberflächenwassers haben direkten
Einfluss auf die Primärproduktion, da das Phytoplankton
Sonnenlicht als Energiequelle benötigt.
Die Lichtversorgung des Phytoplanktons nimmt
auch mit wachsender Durchmischungstiefe des
Oberflächenwassers ab.
• Nährstoffe: Der Klimawandel kann indirekt auch
die Versorgung des Phytoplanktons mit Nährstoffen
(vor allem Stickstoff und Phosphor, aber auch
„Mikronährstoffe“ wie z. B. Eisen; Jickells et al.,
2005) beeinflussen. Aus der produktiven oberen
Schicht der Ozeane werden durch das Absinken
abgestorbener Organismen ständig organische
Substanz und damit auch Nährstoffe in die Tiefsee
exportiert („biologische Pumpe“; Falkowski et al.,
2003). Der Rücktransport in die oberen Schichten
findet vor allem durch Aufwärtsströmungen und
vertikale Mischung statt, die über Temperaturschichtung,
Wind- und Strömungsverhältnisse
vom Klima beeinflusst werden (z. B. Sarmiento et
al., 2003).
Hinzu kommt, dass die Klimaerwärmung wesentlich
durch steigende CO 2 -Konzentrationen verursacht
wird. Dies führt bei vielen Phytoplanktonarten zu
einer direkten Erhöhung der Photosyntheserate,
wobei allerdings die Artengruppen unterschiedlich
profitieren (Kap. 4.3.1). Diese verschiedenen Faktoren
sind zusätzlich untereinander gekoppelt: So verursacht
die Erwärmung der Oberflächenschichten
nicht nur erhöhte Photosyntheseraten, sondern auch
eine stabilere Temperaturschichtung der Wassersäule,
was die Nährstoffversorgung verschlechtert
und die Planktonproduktion schwächt. Die verstärkte
Schichtung kann zudem die Dynamik der
Phytoplanktonproduktion destabilisieren (Huisman
et al., 2006). Eine zunehmende Windgeschwindigkeit
wirkt dem Temperatureffekt auf die Schichtung entgegen.
Im Nordostatlantik führen diese gegenläufigen
Effekte in der Summe zu einer Zunahme des
Phytoplanktons in Kaltwassergebieten (da hier bei
guter Nährstoffversorgung und hoher Turbulenz die
verbesserten Stoffwechselraten durch Temperaturerhöhung
überwiegen) und zu einer Abnahme in
Warmwassergebieten (da sich hier bei verstärkter
Schichtung unter Nährstofflimitierung die Wachstumsbedingungen
verschlechtern; Richardson und
Schoeman, 2004). Es überrascht daher nicht, dass die
Effekte schwierig zu modellieren sind und regional
äußerst unterschiedlich ausfallen.
Die satellitengestützte Beobachtung der Phytoplanktonbiomasse
über den Chlorophyllgehalt des
Meerwassers ergibt, dass sich die globale jährliche
Primärproduktion seit den 1980er Jahren in neun
von zwölf Ozeangebieten abgeschwächt hat, im globalen
Mittel um mehr als 6% (Gregg et al., 2003).
70% dieser globalen Abschwächung wurde in den
hohen nördlichen Breiten beobachtet, was vermutlich
durch die schlechtere Nährstoffversorgung aufgrund
gestiegener Temperatur verursacht wird. Nur
drei tropische Ozeangebiete (Nord- und Äquatorialindik
sowie Äquatorialatlantik) weisen eine Zunahme
auf. Für den Nordatlantik zeigen langjährige
Datenreihen, die auf Probennahmen beruhen, eine
Zunahme der Phytoplanktons nördlich 55°N und
eine Abnahme südlich 50°N (Richardson und Schoeman,
2004). Die Projektionen für eine Zukunft mit
globaler Erwärmung weisen widersprüchliche
Trends auf. Die Modellierung von Bopp et al. (2001)
zeigt bei Verdoppelung der atmosphärischen CO 2-
Konzentration eine Reduktion der globalen marinen
Exportproduktion um ca. 6% in den nächsten 65–75
Jahren, die mit der Primärproduktion gut korreliert.
Dabei wird die tropische Produktion durch eine verstärkte
Schichtung und somit reduzierte Nährstoffversorgung
zurückgehen, während sie in den subpolaren
Gebieten zunehmen soll. Im Gegensatz dazu
zeigen die Modelle von Sarmiento et al. (2004) – bei