Kalkalgen als Klimaarchiv 25.02.2015, 11:40 Uhr

Laserverfahren dokumentiert Versauerung der Meere über 120 Jahre

Die Ozeanversauerung im Verlauf der vergangenen 120 Jahre haben Forscher durch Lasermessungen an Kalkalgen rekonstruieren können. Das Ergebnis: Der ph-Wert in den Gewässern sinkt immer weiter, saisonal schwankt er aber stark.

Koralline Algen der Art Clathromorphum nereostratum bilden massive Strukturen am Meeresboden. Diese spezielle Art kommt nur in der Beringsee und rund um die Aleuten vor, ähnliche koralline Algen gibt es aber in allen Ozeanen der hohen Breiten.

Koralline Algen der Art Clathromorphum nereostratum bilden massive Strukturen am Meeresboden. Diese spezielle Art kommt nur in der Beringsee und rund um die Aleuten vor, ähnliche koralline Algen gibt es aber in allen Ozeanen der hohen Breiten.

Foto: Joe Tomoleoni (im Rahmen eines von der NSF finanzierten Forschungsprojektes, PLR-1316141, Pl: Bob S. Steneck, Univ. of Maine)

Es ist ausgerechnet eine Kalkalge, Clathromorphum neteostratum, die beweist: Die Ozeane haben auch über einen langen Betrachtungszeitraum hinweg einen Trend zu versauern. Kalkalgen gehören zu den Verlierern der Versauerung, können sie doch bei sinkendem ph-Wert ihre Kalkschale immer schlechter ausbilden.

Forscher des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel konnten jetzt zusammen mit Kollegen aus Großbritannien, Kanada und den USA erstmals den ph-Wert des Nordpazifik seit Ende des 19. Jahrhunderts rekonstruieren. Ihre Ergebnisse erscheinen in der aktuellen Ausgabe der Internationalen Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“.

Jahresringe in Algenstrukturen mit bloßem Auge erkennbar

Sie haben mit Hilfe der Kalkalgen, die im Nordpazifik und in der Beringsee große Riffe mit festen Kalkstrukturen bilden, den Säuregrad des nördlichen Pazifik der letzten 120 Jahre auf Monate genau rekonstruiert. Clathromorphum neteostratum reagiert auf die Schwankungen des Säuregrades im Meer äußerst sensibel. In den Kalkstrukturen sind schon mit bloßem Auge Jahresringe zu erkennen, die – ähnlich wie bei Bäumen – Informationen über die jeweiligen Umweltbedingungen enthalten.

„Aus den hohen nördlichen Breiten gibt es solche Rekonstruktionen bisher nicht. Die Daten sind aber wichtig, um die möglichen Folgen der Ozeanversauerung beurteilen zu können“, sagt Dr. Jan Fietzke vom Geomar, Erstautor der Studie. „Die von uns angewandte Technik eröffnet neue Möglichkeiten bei der Umweltrekonstruktion.“

Verhältnis zweier Bor-Isotope als Indikator

Das Verfahren der Laserablation half den Wissenschaftlern, diese Informationen hochauflösend zu entschlüsseln. Bei diesem Verfahren schießt ein spezieller Laser mit extrem kurzen energiereichen Lichtpulsen an vorher genau definierten Punkten Material aus der Probe. „Ein einzelner Probenpunkt ist gerade mal ein Zehntel Millimeter groß“, sagt Fietzke. Das aus der Probe herausgeschossene Material gelangt automatisch in ein Massenspektrometer. Dieses Gerät bestimmte für die Untersuchungen zwei Isotope des Elements Bor, dessen Verhältnis zueinander als zuverlässiger Indikator für den Säuregrad von Meerwasser gilt.

Probe einer korallinen Alge Clathromorphum nereostratum im Laserablationslabor. Auch mit dem bloßen Auge sind bereits die Wachstumsringe in der Kalkstruktur erkennbar.

Probe einer korallinen Alge Clathromorphum nereostratum im Laserablationslabor. Auch mit dem bloßen Auge sind bereits die Wachstumsringe in der Kalkstruktur erkennbar.

Foto: J. Steffen/Geomar

Der Trend ist eindeutig: Das Meerwasser versauert zunehmend. „Der Trend passt genau zu den steigenden Kohlendioxid-Werten in der Atmosphäre“, betont Co-Autorin Dr. Federica Ragazzola von der Universität Bristol in Großbritannien.

Gleichzeitig offenbart die monategenaue Auflösung starke Schwankungen des ph-Wertes innerhalb eines Jahres. Das dürfte daran liegen, dass in der Herkunftsregion der Kalkalge große Tangwälder wachsen. „Im Frühjahr und Sommer verbraucht der Tang große Mengen an CO2. Im Wasser entsteht also weniger Kohlensäure, der ph-Wert steigt“, erklärt die Biologin.

Kalkalgen können mehrere tausend Jahre alt werden

Die Versauerung der Ozeane bezeichnen viele Wissenschaftler inzwischen als das zweite Kohlendioxid-Problem. Die Untersuchung der Geomar-Forscher hat jetzt den engen Zusammenhang zwischen den steigenden Kohlendioxidwerten in der Atmosphäre und dem sinkenden ph-Wert der Weltmeere aufgezeigt.

Für die Forscher des Geomar-Instituts ist die jetzt vorgelegte Studie erst der Anfang: „Diese und ähnliche Arten von Kalkalgen gibt es in allen Ozeanen in den hohen Breiten. Sie können mehrere tausend Jahre alt werden. Dank der Laserablation können wir mit weiteren Proben in Zukunft noch viel weiter in die Vergangenheit zurück, um detailliert ph-Wert und andere Umweltparameter zu rekonstruieren“, betont Geomar-Forscher Fietzke. Clathromorphum neteostratum und Kollegen können noch wichtige Erkenntnisse über die rasante Ozeanversauerung liefern, bevor sie im sauren Wasser vergehen.

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