Korallenriffe

Korallenriffe faszinieren durch ihre Schönheit und sind zugleich Zeitzeugen des Klimawandels. Seit Jahrmillionen erschaffen kalkbildende Organismen weltweit imposante Strukturen, die wir alle kennen: von den Dolomiten über die Kreidefelsen von Dover bis hin zu den unter der Meeresoberfläche befindlichen Korallenriffen. Einer der einflussreichsten Architekten des letzten Jahrhunderts, Le Corbusier, beschrieb die Dolomiten als das wohl schönste Gebäude der Welt. Die Dolomiten bestehen aus Millionen Jahre alten Korallenriffen, die als versteinerte Zeitzeugen eines ehemals tropischen Meeres imposant über die Erdoberfläche ragen. Rezente Korallenriffe befinden sich unterhalb des Meeresspiegels, sind von Leben erfüllt und wachsen kontinuierlich weiter. Es ist zutiefst beeindruckend, inmitten der Farbenpracht an einem tropischen Riffsteilhang entlang zu tauchen, der 20-30 Meter von der Wasseroberfläche bis zum Meeresgrund reicht.  Ein viel verzweigtes Höhlensystem eröffnet sich, besiedelt von Algen, Schwämmen, Anemonen und gesäumt von bunten Korallen. In den kleinen und großen Überhängen, Durchgängen und Wänden tummeln sich tausende kleine und große, schillernde, bunte Fische, die blitzschnell zwischen den Korallenästen Schutz suchen, wenn man ihnen zu nahekommt. Korallen sind das Fundament dieses Ökosystems, sie bilden die Struktur und geben Stabilität. Ihre unterschiedlichen Wuchsformen bieten den Lebensraum für eine Vielzahl perfekt angepasster Organismen, die  zur Erhaltung dieses Ökosystems beitragen. Um bei Le Corbusier zu bleiben, der Aufbau und die Organisation dieser hochkomplexen Strukturen erinnern weniger an ein Gebäude als vielmehr an eine Großstadt und ihr geschäftiges Treiben.

Biodiversität und Nutzung

Tropische Korallenriffe besiedeln nur etwa 15 % des Meeresbodens zwischen 0 und 30 Meter Tiefe, das sind etwa 0,2 % der Weltmeere insgesamt. Trotzdem enthalten sie die größte Artenvielfalt und Diversität in den Ozeanen. Sie sind Brutstätte und Schutzraum für unzählige Fische und Bodenorganismen, die erst als ausgewachsene Tiere das offene Meer aufsuchen. Schätzungen gehen davon aus, dass mehr als 25 % aller uns bekannten Meeresorganismen in tropischen Korallenriffen leben, also nur in den von den Riffen besiedelten 0,2 % der Weltmeere. Da ein Großteil der Organismen in den Riffen noch nicht beschrieben ist, müssen wir davon ausgehen, dass mit dem Absterben der Riffe viele uns noch unbekannte Arten verloren gehen.

Korallenriffe sind nicht nur Lebensraum für marine Organismen. Sie bieten Schutz und Lebensgrundlage für etwa 500 Millionen Menschen, die direkt wirtschaftlich und gesellschaftlich von ihnen profitieren. Wir nutzen Korallenriffe für Fischerei und Tourismus und brauchen die dem Festland vorgelagerten Riffbarrieren als natürlichen Küstenschutz. Das Great Barrier Reef im Osten Australiens z.B. schafft allein durch seine Existenz 64 000 Arbeitsplätze, die alle in direktem Zusammenhang mit dem Riff stehen. Es ist UNESCO Weltnaturerbe und zugleich einer der größten Arbeitgeber in Australien. Die vorgelagerten Riffe vieler tropischer Küsten bieten Ernährungs- und Lebensgrundlage und ermöglichen eine stabile Küstenbesiedlung. Künstliche, menschgemachte Dämme könnten das nicht gewährleisten. Und dennoch sind Korallenriffe bedroht.

Ozeanversauerung

In den letzten 40 Jahren ging die weltweite Korallenbedeckung um ein Drittel zurück. Weltweit sind 75 % der Riffe derzeit einer Kombination von lokalen und globalen Stressoren ausgesetzt. Neben der Verschmutzung auf lokaler Ebene nehmen Überfischung und eine rasante Küstenentwicklung auf regionaler Ebene den Riffen ihre Lebensgrundlage.

Zudem erleben Korallenriffe heute höhere Temperaturen und Säuregehalte im Wasser als je zuvor in den letzten 400.000 Jahren.

Beides geht auf den Anstieg des Kohlendioxids (CO₂) in der Erdatmosphäre zurück. Sowohl terrestrische als auch marine Ökosysteme der Erde geben CO₂ in die Atmosphäre ab, nehmen aber in noch größeren Anteilen CO₂ aus der Atmosphäre auf. Sie sind CO₂-Senken, die die eigene Emission von CO₂ wieder abpuffern. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe durch den Menschen fügt sich nicht in dieses Gleichgewicht ein. Wir geben zusätzliches CO₂ in die Atmosphäre ab, ohne im Gegenzug dieses wieder aufzunehmen. Dieses anthropogene CO₂ kann in Teilen von den anderen Senken der Erde abgepuffert werden, reichert sich aber zunehmend in der Atmosphäre an.

Da die Meere etwa 70 % der Erde bedecken, spielen sie eine wichtige Rolle als Kohlenstoffsenke im Kohlenstoffkreislauf der Erde. Während CO₂ in der Erdatmosphäre physikalisch zu steigenden Temperaturen auf der Erde führt, wirkt es im Meerwasser chemisch. Der CO₂-Partialdruck in der Atmosphäre steht im Gleichgewicht mit dem CO₂-Partialdruck im Ozean. Die beiden CO₂-Reservoire gleichen sich stetig an. Es wird so lange CO₂ im Meerwasser gelöst, bis der Partialdruck im Meer und in der Atmosphäre gleich ist. Ein Anstieg des CO₂ in der Erdatmosphäre führt somit zu einem Anstieg des im Meerwasser gelösten CO₂. Wenn sich das CO₂ mit dem Meerwasser verbindet, wird es dem Partialdruck-Gleichgewicht entzogen – verschwindet sozusagen aus der Gasgleichung. Dadurch löst sich weiteres CO₂ im Wasser. Dies ist eine wichtige Pufferwirkung, die dem Ozean zukommt. Das CO₂ wandelt sich im Wasser weiter zu Bikarbonat (HCO₃^–) und Karbonat (CO₃^2-). Dabei werden Wasserstoffprotonen (H⁺) freigesetzt, der pH des Meerwassers sinkt, das Wasser wird saurer. Diese Aufnahme von CO₂ aus der Atmosphäre und seine chemische Reaktion im Wasser nennt man Ozeanversauerung. Dieser Vorgang zählt neben der globalen Erwärmung zu den Hauptfolgen der menschlichen Emissionen. Der aus der Atmosphäre aufgenommene Kohlenstoff verteilt sich im Ozean innerhalb weniger Jahre in der von der Sonne durchleuchteten Schicht des Meeres und verändert dort die Wasserchemie. Es dauert hunderte bis tausende von Jahren, bis das von den Ozeanen aufgenommene anthropogene CO₂ in die tiefsten Wasserschichten vorgedrungen und verteilt ist. Heute ist es bis in eine Wassertiefe von etwa 1000 Metern nachweisbar. Selbst wenn es uns gelingt unseren CO₂-Ausstoß, wie im Pariser Klimaabkommen vereinbart, bis 2050 maßgeblich zu reduzieren, führt die lange Nachwirkung des CO₂ in der Atmosphäre und in den Meeren dazu, dass die Temperatur und der Säuregehalt noch weiter ansteigen werden.

Hier bekommt ihr Informationen vom AWI zur Ozeanversauerung:

Biologie der Koralle

Korallen gehören zu den Nesseltieren, wie Quallen oder Anemonen. Sie beginnen ihr Leben als kleine freischwimmende Larve, die sich auf einem geeigneten Hartboden festsetzt. Dort entwickelt sie sich innerhalb kurzer Zeit in einen kleinen Polypen, der seine Tentakel ins Wasser streckt, um dort tierisches Plankton als Nahrung zu fangen. Unmittelbar nach ihrer Festsetzung beginnt die Koralle ein Kalkskelett zu bilden, das sie auf dem Boden stabil verankert und Schutz bietet. Im Laufe von Monaten und Jahren wird aus diesem Einzelpolypen eine Vielzahl, die alle in einem Verbund, der Korallenkolonie, zusammenleben und das Skelett weiter ausbauen. So kann aus einer einzigen Korallenlarve eine mehrere Quadratmeter große Kolonie mit Tausenden von Polypen und einem Kalkskelett von mehreren Metern Höhe wachsen. Die typische Riffstruktur mit vielen nebeneinander und teils übereinander wachsenden Korallenkolonien ist tatsächlich von nur wenigen Millimetern Gewebe überzogen. Der lebende Anteil von Korallen ist im Vergleich zu den dicken Kalkstrukturen, die sie bilden, verschwindend gering. Und trotzdem ist dieses aus nur wenigen Zellschichten bestehende Gewebe verantwortlich für den Hauptprozess im Riff, die Kalzifizierung. Diese Kalzifizierung findet zwischen dem Lebendgewebe und dem Skelett statt, in dem Bereich, in dem das Gewebe auf dem Skelett aufliegt. Die Bausteine für ihr Kalkskelett, Kalzium (Ca²⁺) und Karbonat (CO₃^2-) bzw. Bikarbonat (HCO₃^–), bezieht die Koralle aus dem Meerwasser und transportiert sie aktiv durch ihr Gewebe, um sie dann zu Kalziumkarbonat (CaCO₃) zu verbinden.

Damit sich CaCO₃ ausbilden kann, müssen überschüssige Wasserstoffprotonen (H⁺) aus dem Gewebespalt ins Wasser transportiert werden. Durch die Ozeanversauerung wird das für die Korallen immer schwieriger. Je höher der H⁺-Gehalt im Meerwasser, umso mehr Energie kostet es die Koralle, diesem Protonenüberschuss noch weitere H⁺ hinzuzufügen.

Prognosen stimmen überein, dass mit einem weiterhin steigenden Säuregehalt in den Meeren viele Korallenarten bis zum Ende des 21sten Jahrhunderts nicht mehr fähig sein werde, ein Kalkskelett auszubilden.

Algensymbiose und Korallenbleiche

Ohne eine zusätzliche Belastung, wie durch die Ozeanversauerung, können Korallen die Energie für die Skelettbildung teils durch planktonische Nahrung, vor allem aber durch ihre Symbiose mit einzelligen Algen abdecken. Die Symbiose mit den Algen ermöglicht ihnen ein Skelettwachstum, das um vieles schneller ist als das von nicht-symbiontisch lebenden Korallen, wie wir sie z.B. in der Tiefsee finden. Diese Symbiose ist vergleichbar mit einer engen Partnerschaft, einer perfekten Solidargemeinschaft, wie es einer der bekanntesten Korallenforscher in Deutschland, Helmut Schumacher, beschreibt. Die mit den Korallen assoziierten Algen gehören zur Gruppe der Dinoflagellaten und leben in den Gewebezellen der Korallen. Dort sind die Algen bestmöglich zum Sonnenlicht ausgerichtet und geschützt vor Fressfeinden. Zudem nutzen die Algen anorganische Nährstoffe, die die Koralle als Abfallprodukte abgibt, für den eigenen Stoffwechsel. Im Gegenzug versorgt die Alge die Koralle mit Sauerstoff und organischen Nährstoffen und stellt so ihren Hauptenergieversorger dar. Die Algen können in unterschiedlicher Zusammensetzung und Dichte im Gewebe der Korallen vorliegen. Dadurch unterscheiden sich Korallen sowohl in der Färbung als auch in verschiedenen physiologischen Eigenschaften. Diese perfekt aufeinander abgestimmte Gemeinschaft basiert dennoch auf einer sehr feinen und leicht störbaren Balance. Bereits geringe Stressbelastungen übertreffen schnell den Toleranzbereich dieser Symbiose. Tropische Korallen leben natürlicher Weise sehr nah an ihrem Temperaturmaximum. Temperaturanstiege um nur 1 °C über das jährliche Sommermaximum hinaus können eine Auflösung der Symbiose hervorrufen. Die Algen beginnen unter Temperaturstress Sauerstoff-Radikale zu bilden, die der Koralle unmittelbar Schaden zufügen. Um dies zu vermeiden, stößt die Koralle ihren Symbiose-Partner aus dem Gewebe hinaus. Die Koralle erscheint in der Folge weiß, da ohne ihren farbgebenden Partner das Kalkskelett durch ihr transparentes Gewebe scheint. Dieses Phänomen nennt man Korallenbleiche. Wenn die Temperatur innerhalb kurzer Zeit wieder sinkt, kann sich die Koralle erholen und erneut symbiontische Algen aus dem Wasser in ihr Gewebe aufnehmen.

Dauert der Temperaturstress zu lange an oder die Zeit für eine Erholung wird durch einen erneuten Stress gestört, so stirbt die Koralle ab. Das Kalkskelett ist dann nicht mehr durch das Gewebe abgeschirmt und geschützt. Es beginnt der Zerfall der Kalkstruktur und damit der Grundsubstanz des Riffs.

Globale Korallenbleichen

Die erste massive Korallenbleiche wurde in den frühen 80er Jahren beschrieben. Die erste massive, globale Bleiche folgte 1998. Sie traf 80 % der Riffe weltweit. Seitdem folgten zwei weitere globale Bleichen, 2010 und 2014-2016. Es gibt heute weltweit keine Riffe mehr, die nicht von den Bleiche-Ereignissen der letzten Jahre betroffen sind. Allein das Great Barrier Reef vor Australien verlor während der letzten globalen Bleiche 29 % seiner Korallenbedeckung. Erschwerend kommt hinzu, dass die Häufigkeit dieser extremen Ereignisse zunimmt und Modellrechnungen für die Mitte unseres Jahrhunderts jährliche bis zweijährliche Ereignisse vorhersagen. Tritt dies ein, wird die Zeit für eine Erholung dieser Ökosysteme zu kurz und ein unumkehrbares Absterben ganzer Korallenregionen folgt.

Der heutige Status tropischer Korallenriffe ist alarmierend schlecht. Fast 95 % der Riffe in Südostasien sind akut bedroht. Mehr als 75 % der Korallenriffe im Atlantik, 65 % im Indischen Ozean und Nahen Osten. Fast 50 % der Korallenriffe im Pazifik und etwa 14 % der australischen Korallenriffe sind gefährdet, so dass wir auch um den Erhalt der bisher als am wenigsten bedroht geltenden Riff-Region um Australien bangen müssen.

Gertraud M. Schmidt-Grieb für DEEPWAVE

Unsere Factsheets zum Thema

• „Korallenriffe: Bedrohte Paradiese der Meere“
• „Die Versauerung der Ozeane“

Blogbeiträge zu Korallenriffen

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