Wie der Klimawandel Unterwasserwälder in der Arktis verändert

Aufgrund von Veränderungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel können unter Wasser lebende Braunalgen, sogenannte Kelps, künftig wahrscheinlich nur noch in flacheren Gegenden in der Arktis wachsen. Zu diesem Schluss kamen Forschende der Universität Bremen im Rahmen des EU-Projekts FACE-IT.

Die Ergebnisse der Studie veröffentlichten die Doktorandin Sarina Niedzwiedz und Professor Kai Bischof kürzlich in der renommierten internationalen Fachzeitschrift Limnology & Oceanography. Die beiden Forschenden hatten vor Spitzbergen zwei verschiedene Kelparten untersucht. Diese großen Braunalgen bilden in arktischen Fjorden ausgedehnte Unterwasserwälder. Ihre Rolle in den Ökosystemen kann mit der von Bäumen in Wäldern an Land verglichen werden. So dienen sie beispielsweise als Nahrung, Lebensraum und Kinderstube für viele Arten. Darüber hinaus erhalten sie die Fischbestände und schützen die Küsten, indem sie Wellen abbremsen. Daher sind sie auch von großer sozioökonomischer Bedeutung.

Aufgrund des Klimawandels verändern sich viele Umweltfaktoren in den Lebensräumen von Kelps drastisch. Steigende Wassertemperaturen führten dazu, dass Kelpwälder in südlichen Verbreitungsgebieten, etwa vor der Atlantikküste Nordspaniens, bereits zurückgegangen sind. In der Arktis hingegen kann die Erwärmung der Gewässer dazu führen, dass sich einige Kelparten ausbreiten. Dieser Entwicklung steht allerdings eine andere entgegen: „Durch die Gletscherschmelze und auftauende Permafrostböden gelangen verstärkt Sedimente wie feiner Sand oder Schlick durch Erosion in das Wasser“, sagt Sarina Niedzwiedz. Wo die Sedimentkonzentration besonders hoch ist, in sogenannten Sedimentfahnen, steht den Kelps weniger Licht zur Verfügung. Dieses benötigen sie aber, um Photosynthese zu betreiben und zu wachsen. Die Bremer Forschenden untersuchten daher, inwiefern in den Sedimentfahnen genug Licht vorhanden ist, um die temperaturbedingte Ausbreitung von Kelps in der Arktis aufrechtzuerhalten.

Temperaturanstieg: Algenarten reagieren unterschiedlich

Die Forschenden entnahmen im Kongsfjord nahe der Insel Spitzbergen Proben von zwei Kelparten, die in der Arktis häufig vorkommen: Saccharina latissima und Alaria esculenta. Im Labor setzten sie die Proben Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen aus. Dabei maßen sie Veränderungen von Chlorophyll, Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt in den Kelps. Darüber hinaus ermittelten sie die Atmungs- und Photosyntheserate und bestimmten, wie viel Licht die Kelps mindestens zum Wachstum benötigen. Im Fjord ermittelten sie außerdem die Lichtverhältnisse in den Sedimentfahnen. Später konnten sie mit Hilfe der gemessenen Lichtbedürfnisse der Kelps und den Lichtbedingungen in dem Fjord die maximale Verbreitungstiefe der Kelps bei verschiedenen Wassertemperaturen modellieren.

Das Team fand deutliche Unterschiede zwischen beiden Kelparten in ihrer Reaktion auf steigende Temperaturen. Der Stoffwechsel von S. latissima beschleunigte sich bei steigenden Temperaturen, die Algen hatten mehr Energie zur Verfügung. Durch die gesteigerten Stoffwechselraten sank allerdings der Kohlenstoffanteil in den Algen. Die niedrigeren Kohlenstoffspeicher könnten ihre Fähigkeit, die Polarnacht in wärmeren Gewässern zu überleben, beeinträchtigen. Im Vergleich zu S. latissima wies die zweite Art, A. esculenta, eine höhere Konzentration des Pigments Chlorophyll a auf, das für die Photosynthese zuständig ist. Allerdings benötigte diese Art auch höhere Lichtintensitäten, um unter wärmeren Bedingungen zu wachsen. Höhere Temperaturen im Zusammenspiel mit geringen Lichtintensitäten wirken sich also für beide Arten ungünstig aus.

Prognose: Unterwasserwälder in der Arktis künftig eher in flacheren Gebieten

Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass sich die Artenzusammensetzung und -ausbreitung künftiger arktischer Kelpwälder ändern wird. „Da höhere Sedimentkonzentrationen zu einer Verringerung der Lichtintensität und –qualität führen, wird sich die Verbreitungstiefe der Kelps wahrscheinlich in flachere Regionen verschieben“, sagt Kai Bischof. Dadurch verkleinert sich das Gebiet, in dem Kelpwälder in der Arktis zukünftig wachsen können. Dies wird wiederum weitreichende Folgen für das ganze Ökosystem haben. Kelps stehen an der Basis des Nahrungsnetzes und dienen vielen Arten als Nahrung, Lebensraum oder Kinderstube. Mit dem Verlust an Kelpwäldern wird vielen Arten in der Arktis die Lebensgrundlage entzogen.

Originalpublikation: Niedzwiedz, S., and K. Bischof. 2023. Glacial retreat and rising temperatures are limiting the expansion of temperate kelp species in the future Arctic. Limnol. Oceanogr. 9999:1–15. doi: 10.1002/lno.12312