Großalgen

Waldspaziergang unter Wasser

Riesige Unterwasserwälder aus Großalgen bieten vielen Fischen, Krebsen und Würmern einen Lebensraum. Doch der Klimawandel setzt den Algen zu. Mit Freilandbeobachtung und Laborversuchen erforschen Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts diese scheinbar einfachen Organismen. Was sie dabei in der Nordsee beobachten, vergleichen die Forscher immer auch mit den Polarregionen.

Etwa zwei Meter misst das schlanke, gelbbraune Algenblatt, das Dr. Inka Bartsch an eine Laborwand in Bremerhaven gepinnt hat. Früher spülte das Meer massenweise Zuckertang aus dem nahen Felswatt an die Strände von Helgoland, wo Inka Bartsch häufig forscht. Doch die Zeiten sind vorbei. „Die Bestände dieser und anderer großer Braunalgen haben sich europaweit verändert“, berichtet die AWI-Biologin. „Vor Helgoland ist der Zuckertang in größere Tiefen abgetaucht, in Südnorwegen fanden Forscherkollegen nach zwei warmen Sommern deutlich weniger davon, wobei sich dort die Bestände teilweise wieder erholt haben.“

Große Brauntange, die sogenannten Laminarien, bilden mit ihren langen ledrigen Blättern ganze Unterwasserwälder. Wissenschaftler sprechen von „Kelpwäldern“. Sie sind Wohnzimmer, Schutzraum, Kinderstube und Futterkammer für Krebse, Würmer und viele Fische. Zudem setzen sich kleinere Algen auf den großen Pflanzen fest. Brauntange und andere Großalgen wachsen weltweit an allen lichtdurchfluteten Felsküsten, die größten sind an der Pazifikküste Nordamerikas und an vielen Felsküsten der Südhalbkugel zu finden.

Impressionen aus dem Kelpwald

Mit dem Klima ändern sich jedoch mancherorts die Lebensbedingungen. Inka Bartsch erforscht seit vielen Jahren die Großen unter den Algen und ist immer noch fasziniert: „Algen sehen so einfach aus. Aber sie reagieren so komplex und teilweise überaus empfindlich, sobald sich ihr Lebensraum verändert“, sagt sie. So sind viele Brauntange dem Tode geweiht, wenn die Wassertemperatur längere Zeit über 20 Grad Celsius liegt.

Welche Tiefen Großalgen besiedeln, hängt davon ab, wie klar das Wasser ist – also wie viel Licht am Meeresboden ankommt. Da das Küstenwasser bei Helgoland bislang stets verhältnismäßig trüb war, wuchsen die braunen Großalgen dort um 1970 nur bis in Tiefen von acht Metern. Doch veränderte Strömungsverhältnisse um Helgoland sorgen inzwischen für klareres Wasser. Dadurch dringen manche Algen mittlerweile mehrere Meter weiter in die Tiefe vor. Ihr Lebensraum vor Helgoland ist also größer geworden.

Die Nordsee ist aber auch wärmer geworden, seit dem Jahr 1962 um durchschnittlich 1,7 Grad Celsius über den gesamten Zeitraum bis heute. Dieser Anstieg macht vermutlich dem Fingertang zu schaffen. Inka Bartsch fand heraus, dass er sich im Sommer bei Temperaturen über 16 Grad Celsius deutlich schlechter fortpflanzt. Ab 20 Grad konnten sich diese Algen gar nicht mehr vermehren, und länger anhaltende Wassertemperaturen über 20 Grad führen zu einem Absterben der Bestände.

Kyrill hat vermutlich alles wegrasiert

Höhere Temperaturen bedeuten oft auch mehr extreme Wetterereignisse. Nachdem vermutlich der Orkan „Kyrill“ im Januar 2007 die ganze Decke von Fucus-Braunalgen im Gezeitenbereich „wegrasiert“ hatte, dauerte es drei Jahre, bis die Algendecke wieder hergestellt war. „Wenn sich im Zuge des Klimawandels starke Stürme möglicherweise häufiger über der Nordsee austoben, dann bleibt manchen Arten vielleicht nicht genug Zeit, sich zu erholen“, erklärt die Biologin.

Diese Erkenntnisse gewann Inka Bartsch, weil ihre Forschung seit einigen Jahren durch eine Kooperation mit dem Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räumen Schleswig-Holstein unterstützt wird. Jeden Sommer und Winter erfassen Spezialisten der Firmen Phycomarin und Submaris für sie auf einer kleinen Fläche der Gezeitenzone von hundert Quadratmetern ganz genau, welche Algen dort wachsen – und wie viele von jeder Art. Darüber gewinnt Inka Bartsch Erkenntnisse über die jahreszeitlichen, zwischenjährlichen und langfristigen Schwankungen.

Ausgedehnte Betten des Fingertanges Laminaria digitata ziehen sich als dichter Gürtel von Braunalgen um die Felsküsteninsel Helgoland
Ausgedehnte Betten des Fingertanges Laminaria digitata ziehen sich als dichter Gürtel von Braunalgen um die Felsküsteninsel Helgoland (Foto: Inka Bartsch)

Wo liegt für einzelne Großalgen die Schmerzgrenze hinsichtlich Umweltveränderungen – Inka Bartsch will es genau wissen. Im Labor setzt sie die Algen unterschiedlichen Lebensbedingungen aus. „Ich möchte herausfinden, wie gut die Algen steigende Wassertemperaturen verkraften und wie stark Licht oder das Herabrieseln von Partikeln das Wachstum und die Fortpflanzung beeinflussen.“

Dafür ist die Laborarbeit ebenso wichtig wie die Feldbeobachtung. Und die Forschung, die Inka Bartsch vor Helgoland macht, führt die AWI-Wissenschaftlerin vergleichend in der Arktis durch – eine Möglichkeit, die weltweit nur wenige Forscher haben. „Wir beobachten also, wie die Ökosysteme in den verschiedenen Regionen reagieren und vergleichen die Reaktionen miteinander“, sagt Inka Bartsch.

Und, reagieren die Großalgen im Kongsfjord vor Spitzbergen genauso wie vor Helgoland? „Obwohl es sich bei den Kelpwäldern beider Standorte um ein äußerlich ähnliches Ökosystem handelt, reagieren die Systeme bei Erwärmung des Wassers doch ganz anders“, sagt Inka Bartsch. Denn bei Helgoland ist es bereits so warm wie an der südlichen Verbreitungsgrenze der Kelps, so dass eine Temperaturerhöhung im Sommer das Überleben der Großalgen gefährdet. „In der Arktis führt hingegen eine sommerliche Erwärmung des ehemals sehr kalten Wassers dazu, dass das Wachstum der Algen verbessert wird. Zusätzlich entwickeln sich die Lichtverhältnisse im Kongsfjord durch die Erwärmung ganz anders als in der Nordsee.“

Mehr Licht im Frühjahr, weniger im Sommer

Weil die Lufttemperatur steigt, schmelzen die Gletscher in der Arktis stärker. „Mit dem Schmelzwasser gelangen mehr Sedimente in den Arktischen Ozean und trüben das Wasser“, erklärt Inka Bartsch. Im Gegenzug bildet sich jedoch nicht mehr jedes Jahr an der Wasseroberfläche der Küste eine durchgehende Eisdecke. „Das bedeutet, dass im Frühjahr im oberen Wasserbereich mehr Licht durchkommt, im Sommer aber vermutlich weniger als früher.“ Im Zuge dieser veränderten Lichtverhältnisse hat sich das Wachstum der Kelps in der Flachwasserzone des Kongsfjords deshalb seit dem ersten Untersuchungszeitraum zwischen den Jahren 1996 und 1998 vervielfacht, ihre Tiefenausbreitung jedoch verringert.

Ein Blick zurück in die Nordsee: Hier gefährdet eine Temperaturerhöhung im Sommer den Algenbestand. Gleichzeitig hat sich aber der Lebensraum vergrößert, weil die Algen weiter in die Tiefe vordringen, wo mehr Licht das Wasser durchdringt. Bartsch: „Der Vergleich mit der Arktis macht also deutlich, wie sich die Faktoren Wassertemperatur und Licht im Rahmen der globalen Umweltveränderung an verschiedenen Standorten verschieden entwickeln und zusammen wirken und damit die Ökosysteme beider Standorte unterschiedlich beeinflussen.“