072-081_ das gedächtnis der korallen

7/31/2019 072-081_ Das Gedchtnis der Korallen

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Wie Bume an Land weisen Korallen im Meer Jahresringe auf, die von Geowissen-

schaftlern untersucht werden. Die Analyse von Skeletten und Schalen im Wasser

lebender Organismen wie Korallen nennt man Sklerochronologie. Korallenskelette

enthalten Klimainformationen lngst vergangener Zeiten, die fr die Klimaforschung

von unschtzbarem Wert sind, weil Menschen erst seit wenigen Jahrzehnten mit

hochauflsenden Messinstrumenten Klimadaten wie zum Beispiel Temperatur oder

Kohlendioxidgehalte (CO2) erheben. Die Analyse von Korallenskeletten kann diese

Datenstze weiter in die Vergangenheit ausdehnen und hilft dadurch, die Klimaent-

wicklung der jngeren geologischen Vergangenheit besser zu verstehen, und schaff t

gleichzeitig eine Grundlage, auf der Prognosen fr die Klimaentwicklung der nahen

Zukunft mglich werden.

Gre, Alter und heutige Probleme von Korallenriffen

Korallen fr die sklerochronologische Untersuchung werden fast ausschlielich in

Riffen beprobt. Korallenriffkosysteme sind Rekordhalter was Vielfalt, Gre und

Alter betri ff t. Sie treten als nahe der Kste gelegene Saumrif fe, kstenfernere Barr iere-

riffe, ringfrmige Atolle und flache Karbonat-Plattformen auf. Der Begriff Karbonat

weist darauf hin, dass Korallen als Riffbildner ein Skelett aus Kalk (Kalziumkarbo-nat, CaCO

3) haben. Da tropische Korallenriffe nur in der Nhe der Meeresoberfl-

che wachsen, knnen Geowissenschaftler mit Hilfe fossiler Korallenfunde ermitteln,

wie sich der Pegel des Meeresspiegels in vergangenen Jahrtausenden entwickelt

hat (siehe Artikel Westphal & Dullo). Auch andere wichtige Klimadaten wie Wasser-

temperatur, Sonneneinstrahlung und Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphre sind in

Korallenriffen gespeichert.

abgetaucht

Das Gedchtnis

der Korallen

wie Klimadatengespeichert werden

Eberhard Gischlerxy

Abb .1:

Entnahme eines Korallen-

Bohrkerns mit Hilfe eines

hydraulischen Bohrers.


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Die grte gegenwrtige Riffstruktur ist das Great Barrier Reef an der Nordost-Kste

von Australien mit ber 2.000 Kilometern Lnge. Es gab in der Erdgeschichte aber

weitaus grere Riffsysteme, wie z.B. in der Kreide-Zeit (vor 80 Millionen Jahren), alsder tropische Tethys-Ozean von einem Riffgrtel gesumt war, der nahezu 10.000

km lang war. Die Dicke (geologisch: Mchtigkeit) von Riffen kann bis zu mehrere

Kilometer betragen, wie beispielsweise 1,5 Kilometer am Eniwetok-Atoll im Pazifik

oder ber 5 Kilometer auf den Bahamas. Das Eniwetok-Atoll begann vor 35 Millionen

Jahren zu wachsen. Die Riffe de r Bahamas existieren seit dem Erdzeitalter des Jura

(vor zirka 180 Millionen Jahren), als der Atlantische Ozean sich zu ffnen begann.

Die geologische Geschichte von Korallenriffen reicht noch betrchtlich weiter zurck

bis in das Ordovizium (vor 450 Millionen Jahren). Die ltesten Riffe berhaupt sind3,5 Milliarden Jahre alt, wurden von Bakterien aufgebaut und stellen die ltesten

Fossilien dar. Auch die Erdlindustrie hat groes Interesse an der Untersuchung von

Riffen, denn fast die Hlfte unserer Erdl- und Erdgaslagersttten sind in fossilen

Riffgesteinen gespeichert.

Was sind Korallen?Hinter dem Begriff Korallen verbirgt sich eine Vielzahl von Tiergruppen, zu denen

z.B. die skelettlosen Seeanemonen, Seefcher, die zur Schmuck- und Medikament-

Herstellung genutzten Schwarzen Korallen, die fossilen rugosen und tabulaten Ko-

rallen oder die fr die heutigen Korallenriffe so wichtigen Steinkorallen (Scleractinia).

Steinkorallen sind einfach gebaute Tiere. Die Einzeltiere heien Polypen und haben

abgetaucht

Das Gedchtnis der Korallen

xy

Ab b. 2:

Jahresringe in Korallen-

skeletten des Key Largo

Limestone, Florida, USA.

Alter: 130.000 Jahre vor heute.


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einen Durchmesser zwischen einigen Millimetern bis Zentimetern. Die Polypen sind

becherfrmig, haben eine von Tentakeln gesumte Krperffnung und ernhren sichvon Plankton. Mit Nesselzellen in den Tentakeln fangen die Polypen ihre Beute und

verteidigen sich vor Fressfeinden. Riffbildende Steinkorallen sind zumeist koloniale

Organismen, das heit viele tausend miteinander verbundene Polypen bilden eine

Kolonie. Die Polypen scheiden auch das basale Kalkskelett ab, das sie mit einer nur

wenige Millimeter dicken Gewebeschicht berziehen. Das Skelett wchst pro Jahr

zwischen etwa einen Zentimeter bei massiven und bis zu 30 Zentimeter bei stigen

Korallen. Gleichzeitig erhht sich die Anzahl der Polypen durch Teilung, wodurch

sich die Gewebeschicht auf dem Kalkskelett vergrert. Die meisten Riffkorallenwerden auf diese Weise mehrere hundert Jahre alt. Optimale Lebensbedingungen

finden Riffkorallen be i Wassertemperaturen von 18-30 C, bei marinen Salzgehalten

von 35 Promille, klarem Wasser und geringen Nhrstoffgehalten. Bei Temperaturen

ber 30 C stoen die Korallen ihre Photosymbionten (Zooxanthellen) ab und sehen

gebleicht aus. Wenn das Ausbleichen weit verbreitet ist, spricht man von bleaching

events (siehe Artikel Wild).

abgetauchtEberhard Gischler

xyAb b. 3:

Karte der Riff verbreitung

(oben: rote Punkte

auf blauem Grund).Die Verbreitung ist im

wesentlichen von der

Lage der warmen Meeres-

strmungen abhngig

(unten: rote Bereiche).


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Wie speichern Korallen Klimadaten?

hnlich wie in Bumen an Land findet man in den Ske letten von Steinkoral len jah-reszeitliche Lagen beziehungsweise Jahresringe. Allerdings werden die Jahreslagen

erst im Rntgenbild sichtbar. In Gebieten mit ausgeprgten Jahreszeiten, Winter/

Sommer oder Regen-/Trockenzeit, wachsen Korallen in verschiedenen Zeiten des

Jahres mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, wodurch das Skelett unterschiedlich

dicht wird. Aus praktischen und Naturschutz-Grnden sammeln Geowissenschaftler

nicht ganze Korallenkolonien, sondern entnehmen Bohrkerne. Aus diesen zylind-

rischen Bohrkernen werden mit e iner Gesteinssge wenige Millimeter dicke Schei-

ben herausgeschnitten. Diese Scheiben werden dann gerntgt. Durch Zurckzhlender Jahreslagen kann man im Rntgenbild eine genaue Chronologie erstellen. Wei-

terhin werden im Millimeter-Abstand mit Hilfe eines Zahnarztbohrers kleine Mengen

Kalk (wenige Zehntel Milligramm) entlang der Bohrkerne abgefrst. Das gewonnene

Pulver wird dann geochemisch untersucht. Die Umweltbedingungen zur Zeit der

Skelettbildung versucht man aus verschiedenen Parametern zu erschlieen, die ent-

lang des Bohrkerns gemessen werden. Dazu gehren zunchst die Wachstumsdi-

cken, deren Variation hufig von einer Vielzahl von Umwelt-Parametern abhngig

ist, und daher nur schwer interpretierbar ist. Geochemische Parameter sind meistleichter bestimmten Umwelt-Parametern zuzuordnen. Dazu zhlen die Verhltnisse

der stabilen Isotope der Elemente Sauerstoff (O) und Kohlenstoff (C) im Korallenske-

lett aus Kalk (CaCO3). Die Isotopenverhltnisse werden an den abgefrsten Proben

mit einem Massenspektrometer gemessen. Sauerstoff kommt in der Natur zu 0,2

Prozent mit der Massenzahl 18 vor (18O), und zu 99,8 Prozent mit der Massenzahl

16 (16O). Die stabilen Isotope des Kohlenstoffs sind 13C, welches mit 1,1 Prozent vor-

abgetaucht


xy

Abb .4 a, b: Unterwasserbilder von Korallen-r iffen in der Karibik und Indischen Ozean. Heutige Korallen-Riffe zeigen Provinzia lismus. Im

Atlantik (l inks: Be lize) her rschen fast vo lls tndig andere Koral lenar ten vor als im Indischen und Pazif ischen Ozean (rechts: Malediven).


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kommt, und 12C, das zu 98,9 Prozent in der Natur vorliegt. Das Verhltnis der Isotope18O und 16O im Korallenskelett erlaubt Rckschlsse auf die Wassertemperatur und

den Salzgehalt zur Zeit der Skelettbildung. Auskunft ber die Sonneneinstrahlung

beziehungsweise die Wolkenbedeckung gibt das Verhltnis der Isotope13

C und12

Cim Korallenskelett. Mit Hilfe der Messungen der Kohlenstoffisotope knnen Geo-

wissenschaftler hufig auch den anthropogenen Eintrag von Kohlendioxid in die At-

mosphre nachweisen. Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, wie Erdl und

Erdgas, wird besonders das leichtere Kohlenstoff-Isotop 12C in der Atmosphre an-

gereichert, zum Teil im Oberflchenwasser der Meere gelst und schlielich in das

Korallenskelett eingebaut.


xy

Ab b. 6: Schema einer Korallenkolonie mit Skelett (wei) und Gewebe (grn, rot).


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Fallstudie Belize, ZentralamerikaVor der Kste von Belize in der Karibik erstreckt sich das grte Rif fsystem des

Atlant ischen Ozeans. Das Be lize Barr ier Reef gehr t mit 250 km Lnge zu den gr-

ten Barriereriffen der Erde. Dem Barriereriff vorgelagert, liegen drei der im Atlantik

seltenen Atolle mit den Namen Glovers Reef, Lighthouse Reef und Turneffe Islands.

In den vergangenen Jahren wurden in diesem Riffsystem von unserer Frankfur ter Ar-

beitsgruppe etliche Korallenkerne entnommen und sklerochronologisch untersucht.

Exemplarisch zeigt ein im Jahr 2005 im Auenriff von Glovers Reef in 4 m Wasser-tiefe entnommener Bohrkern fr die Region typische Trends. Der Bohrkern umfasst

das gesamte 20. Jahrhundert. Der Mittelwert der aus den Sauerstoffisotopen-Ver-

hltnissen berechneten Wassertemperatur zeigt ber die gesamte Zeitspanne einen

Anstieg von einem Grad von durchschnit tlich 27,5C auf 28,5C. Ein solcher anste i-

gender Trend ist von mehreren Arbeitsgruppen inzwischen in vielen Korallenriffen

weltweit beobachtet worden. Die einzelnen Ausschlge unserer Analyse zeigen ein

abgetaucht


xy

Ab b. 8a ,b ,c (rechte Spalte):

Polypen (oben), Zooxan-

thellen (Mitte: gelbe Punkte)

und Nesselzellen (unten)

bei Steinkorallen.

Ab b.7 (links):

Radiographie einer

vollstndigen Korallen-

kolonie mit Jahresringen.


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Temperatur-Spektrum von ca. 25C bis 31C, welches den jahresze itl ichen Unte r-schieden entspricht. Dem generellen Anstiegstrend bergeordnet kann man mit Hilfe

statistischer Methoden einen zehn- bis zwanzigjhrigen Rhythmus der Wassertem-

peraturschwankung erkennen. Es handelt sich dabei um die sogenannte Atlantische

Dipol-Variation bzw. den Tropischen Atlantischen Meriodionalen Gradienten. Es han-

delt sich dabei um eine dekadische Variation des Temperaturgradienten zwischen

nrdlichem und sdlichem tropischen Atlantik. Des weiteren sind einzelne, starke

positive Ausschlge der Temperaturkurve Folge von sogenannten El Nio-Jahren.

Dieses Klima-Phnomen ist sehr deutlich im pazifischen Raum feststellbar, weni-ger in der Karibik. El Nio ist eine Folge der Abschwchung der Westwinde und

des Humboldtstroms, die zu einer Erwrmung im Ostpazifik fhrt und gleichzeitig

das Aufdringen klterer und nhrstoffreicher Tiefenwsser an den amerikanischen

Westksten verringert. Folgen knnen umfangreiche Korallen und Fischsterben sein.

El Nio-Jahre treten alle drei bis fnf Jahre auf. Starke El Nio-Jahre waren 1939/ 40,

1972 / 73, 1982 / 83, 1986 / 87, 1992 / 93 und 1998.


xy

Ab b. 9:

Rntgenbild des Korallen-Bohrkerns von Glovers

Reef mit handschriftlichen

Notizen des Bearbeiters.

Blaue Zahlen sind Kalen-

derjahre. Graue Zahlen

sind Probennummern.


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Der Verlauf der Kohlenstoffisotopen-Verhltnisse entlang des Kerns von Glovers

Reef zeigt bis in die 1960er Jahre hinein eine mehr oder weniger regelmige Vari-

ation. Beginnend mit der 1970er Jahren fallen die Werte allerdings deutlich ab vonvorherigen Durchschnittswerten um 0,25 Promille bis hin zu Werten um -1,5 Promille

im Jahr 2000. Dieser Abfall ist mit groer Wahrscheinlichkeit dem sogenannten

Suess-Effekt zuzuschreiben. Es handelt sich hier um die Folge des zunehmenden

Antei ls des leichteren 12C-Isotops, welches durch die Verbrennung fossiler Brenn-

stoffe durch den Menschen in der Atmosphre und im Oberflchenwasser der Meere

angereichert wird. Fr die Korallenriffe ist dieser Vorgang voraussichtlich verhngnis-

voll, weil die immer greren Mengen von CO2

den pH-Wert der Ozeane zunehmend

erniedrigt bzw. die Ozeane saurer macht, was letztlich fr die Kalkbildung abtrglichist (siehe Artikel Wild). Mit anderen Worten, es wird fr Organismen, die Ihre Skelette

aus Kalk bauen, immer schwerer werden, berhaupt noch robuste Schalen bilden

zu knnen. Die Korallenriffe werden dadurch anflliger fr physikalische Strungen

wie Zyklone und biologische Strung wie Erosion durch Organismen wie bohrende

Schwmme, Muscheln oder Seeigel.

Whrend die Dendrochronologie im Prinzip das gesamte Holozn (Zeitabschnitt

der letzten ca. 10.000 Jahre) mit Hilfe von Baumringen dokumentieren kann, istdie Sklerochronologie von solchen durchgngigen Datenstzen noch weit entfernt.

Die lngsten detaillierten Datenreihen aus ein und derselben Korallenkolonie reichen

ins 16. Jahrhundert zurck. Bislang existieren von verschiedenen Riffgebieten kurze

Teilstcke auf die letzten mehreren tausend Jahre vertei lt, die wie Fenster Einbl icke

in die Klimavariabilitt vergangener Zeiten erlauben. Diese Teilstcke basieren auf

der Analyse fossiler Korallen, die aus tieferen, bis zu 25 m tiefen Bohrungen in die

abgetaucht


xy

Ab b.10:

Auf Sauerstof fisotop en-

Verhl tnissen basie rende

Temperaturkurve entlang

des Korallen-Bohrkernsvon Glovers Reef,

Belize, Zentralamerika.

Die rote Linie ist der fnfjh-

rige durchlaufende Mittelwert.


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Riffe von Belize stammen. Die wichtigsten vorlufigen Erkenntnisse umfassen die

Beobachtung, dass in der Zeit von 8.000 bis 5.000 Jahre vor heute zum einen ver-

mutlich hnlich hohe Wassertemperaturen im Untersuchungsgebiet vorherrschten

wie heute. Zum anderen war zu dieser Zeit die jahreszeitliche Schwankungsbreite

der Temperatur auch hher als es heute der Fall ist. Vergleichbare Ergebnisse mithherer Temperaturvariation im mittleren Holozn wurden auch anderswo erzielt,

z.B. an Korallenskeletten aus dem nrdlichen Roten Meer. In der Zeit von 4.000 bis

1.000 Jahren vor heute war es offenbar etwas khler als heute. Es werden aller-

dings noch viele Untersuchungen ntig sein, um aus diesen kleinen Teilstcken eine

komplette Chronologie zu konstruieren, so wie die Dendrochronologen es an Land

durchgefhrt haben.


xy

Ab b.11 :

Kohlenstoffisotopen-

Verhl tnisse ent lang

des Korallen-Bohrkerns

von Glovers Reef, Belize.

Die rote Linie istder fnfjhrige, durch-

laufende Mittelwert.

Ab b.12:

Fenster in dasKlima der jngeren geo-

logischen Vergangenheit

durch die Analyse fossiler

Korallen aus Belize.

Die Variation der Wasser-

temperaturen wurde basie-

rend auf den Sauerstoff-

isotopen-Verhltnissen imKorallenskelett berechnet.

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