Category Archives: Hintergrund

Ausstellungstermine

Aktuell:

Aktuell finden keine Ausstellungen statt.

Alle Fotos aus der Ausstellung sind ebenfalls auf dieser Internet-Seite abrufbar.

Vorherige Ausstellungsorte:

1. August – 31. Oktober 2019:
UNESCO Weltnaturerbe Wattenmeer Besucherzentrum Norderney

8. Januar – 28. April 2019
Osnabrück, Museum am Schölerberg

10. Juli – 29. August 2018:
Bremen, Haus der Wissenschaft

8. Dezember 2017 – 4. Februar 2018:
Rostock, Schiffbau- & Schifffahrtsmuseum

11. Juli – 27. August 2017:
Hamburg, Greenpeace Deutschland

16. Mai – 8. Juli 2017:
Oldenburg, Schlaues Haus

23. März – 7. Mai 2017:
München, Deutsches Museum

7. Januar bis 26. Februar 2017
Tönning, Nationalpark-Zentrum Multimar Wattforum

20. September bis 16. November 2016
Kiel, GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

 

Kalk ist nicht gleich Kalk: Kalzit und Aragonit

Die Schalen und Skelette vieler mariner Organismen bestehen entweder aus Kalzit oder Aragonit – zwei mineralischen Formen von Kalziumkarbonat (Kalk). Die Wissenschaft interessiert sich besonders für Aragonit, das von vielen tropischen Korallen, Kaltwasserkorallen, Flügelschnecken und einigen Weichtieren produziert wird. Es ist löslicher als Kalzit.

Organismen können ihre Kalziumkarbonat-Strukturen besser aufbauen, wenn ausreichend Karbonat-Ionen im Wasser verfügbar sind – es übersättigt ist. Ungeschützte Schalen und Skelette können sich auflösen, wenn besonders wenige Karbonat-Ionen im Wasser knapp sind – es untersättigt oder korrosiv ist.

Wie stark das Meerwasser mit Kalziumkarbonat gesättigt ist, gibt der Sättigungsgrad Omega (Ω) an. Bei einem Sättigungsgrad für Aragonit unter 1 (Ω<1), sind die Bedingungen für Schalen und Skelette auf Aragonit-Basis untersättigt. Wenn der Sättigungsgrad über 1 liegt (Ω>1), ist das Wasser
mit Kalziumkarbonat übersättigt, und die Bedingungen fördern die Schalenbildung. Das Wachstum von Korallen profitiert ab einem Sättigungsgrad ab 3 (Ω≥3).

Modellrechnungen zeigen, dass der Sättigungsgrad bis 2100 im Oberflächenwasser um tropische Riffe unter 3 sinken wird, wenn CO2-Emissionen wie bisher fortgesetzt werden.

Meeresschnee

Wie ein stetiger Schneefall rieseln winzige organische Partikel – abgestorbenes Plankton und kleinere Lebewesen sowie deren Ausscheidungen, aber auch Sand, Staub oder Ruß – von der Wasseroberfläche zum Meeresboden. Ein Großteil dieses Materials, das sich wie zu Flocken ballt, wird bereits auf seinem Weg in die Tiefe von Mikroben, Zooplankton und filtrierenden Organismen konsumiert. In Regionen, die kein Sonnenlicht erreicht, ist Meeresschnee eine besonders wichtige Nahrungsquelle.

Der globale Klimawandel kann den Kreislauf stören: Wenn aufgrund der Erwärmung Wasserschichten mit verschiedenen Temperaturen deutlicher von einander getrennte bleiben, könnte sich der Meeresschnee in einer Schicht sammeln und nicht mehr bis in lichtarme Tiefen herabsinken. Und weil zunehmende Versauerung die Kalkbildung im Ozean erschwert und weniger oder leichtere Kalkpartikel produziert werden, kann der Sinkvorgang ebenfalls beeinträchtigt werden. So könnten einigen Organismengruppen weniger Nährstoffe als unter derzeitigen Bedingungen zur Verfügung stehen.

Das Paläozän-Eozän Temperatur-Maximum (PETM)

Erdgeschichtlich betrachtet sind Phasen der Ozeanversauerung kein neues Phänomen. Während des Paläozän-Eozän Temperatur-Maximums (PETM) vor 55 Millionen Jahren stiegen die globalen Temperaturen in weniger als 10.000 Jahren um ungefähr 6 Grad Celsius an. Die Kohlendioxid-Konzentrationen in der Atmosphäre nahmen ebenso zu wie der Versauerungsgrad der Meere. Viele benthische, also am Meeresboden heimische, kalkbildende Organismen starben aus – doch einige an der Wasseroberfläche lebende Arten konnten weiter existieren.

Der entscheidende Unterschied: Die Veränderungen, die wir heute erleben, laufen mindestens zehn Mal schneller ab als während des PETM. Selbst Arten, die sich schnell vermehren und sich per Evolution entsprechend schnell auf neue Lebensbedingungen anpassen können, scheinen mit dieser Geschwindigkeit nur schwer Schritt halten zu können.

Die Repräsentativen Konzentrationspfade des IPCC

Für seinen Fünften Sachstandsbericht hat der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) neue Entwicklungs-Szenarien errechnen lassen. Diese „Repräsentativen Konzentrationspfade“ (Representative Concentration Pathways, RCPs) geben einen zu erwartenden Strahlungsantrieb, also die Summe der klimarelevanten Störungen in der Atmosphäre, in Watt pro Quadratmeter an. Hiervon ausgehend, berechnen Klimamodelle einerseits Klimaänderungen, die vom jeweiligen Strahlungsantrieb verursacht werden, und ermitteln andererseits, auf welchen Treibhausgas-Emissionen sie basieren.

Vier dieser Konzentrationspfade sind im Fünften Sachstandsbericht berücksichtigt: RCP2.6 (relativ niedriger Strahlungsantrieb), RCP4.5 (mittlerer Strahlungsantrieb), RCP6.0 (hoher Strahlungsantrieb) und RCP8.5 (sehr hoher Strahlungsantrieb).

Wie sich diese Szenarien auf die globalen Temperaturen, die Meereisschmelze, den Meerespiegel oder auch die Versauerung und die Karbonat-Sättigung auswirken, ermittelte das Deutsche Klimarechenzentrum mit dem Erdsystemmodell MPI-ESM.

Nach diesen Berechnungen würde die globale Mitteltemperatur beim Szenario RCP8.5 bis zum Jahr 2100 um etwa 4,8 Grad Celsius im Vergleich mit dem vorindustriellen Zustand ansteigen. Nur beim Szenario RCP2.6 bleibt der mittlere globale Temperaturanstieg des Modells unter dem 2-Grad-Ziel. Um dieses Ziel zu erreichen, dürften die globalen Kohlendioxid-Emissionen nur bis 2020 auf dem heutigen Niveau bleiben und müssten bis 2100 wieder auf einen Wert von 400 ppm (parts per million, Teilen pro Million) sinken. Die besondere Empfindlichkeit tropischer Korallenriffe erfordert derart drastische Maßnahmen: Etwa die Hälfte der der Korallenriffe könnten erhalten werden, wenn der Temperaturanstieg auf etwa 1,2°C Grad begrenzt würde.

Animation des Deutschen Klimarechenzentrums zur Temperaturveränderung im Szenario RCP8.5:
www.dkrz.de/Klimaforschung/konsortial/ipcc-ar5/ergebnisse/2m-temperatur

Die Versauerung des Ozeans könnte mit dem mittleren Szenario RCP4.5 deutlich begrenzt und eine Stabilisierung auf einen pH-Wert von etwas mehr als 7,9 erreicht werden – was noch immer etwa 0,15 Einheiten saurer wäre als heute. Beim RCP2.6 zeichnet sich für die Zeit nach 2050 eine Erholung ab. Allerdings reagiert der Ozen so langsam, dass etwa 200 Jahre dauern würde, bis die heutigen Verhältnisse wieder hergestellt wären.

Animation des Deutschen Klimarechenzentrums zur Ozeanversauerung Szenario RCP8.5:
www.dkrz.de/Klimaforschung/konsortial/ipcc-ar5/ergebnisse/ozeanversauerung

Hoch-CO2-Riffe: Wo heute schon Zukunft ist

Eine braungrüne Mondlandschaft breitet sich am Boden einiger Meeresbuchten von Papua-Neuguinea aus. Artenarm, eintönig und durch Vorhänge aus aufsteigenden Gasblasen von der bunten und diversen Umgebung getrennt. Sieht so die Zukunft tropischer Korallenriffe aus?

An den vulkanischen Kohlendioxid-Quellen in dem südpazifischen Archipel erleben Forschende die Welt von morgen bereits heute: Das austretende Gas lässt das Wasser saurer werden. Doch nur wenige Korallen-Arten, etwa solche aus der Gattung Porites, können bei niedrigeren pH-Werten weiter wachsen und sich fortpflanzen. An Orten mit extremen Säuregraden können nur noch Algen und Seegräser existieren. Fische und viele andere nicht-sesshafte Lebewesen scheinen diese Gebiete zu meiden.

Zusätzlich zur Ozeanversauerung sind die tropischen Riffe in Zukunft auch steigenden Wassertemperaturen ausgesetzt. Darum dienen die Hoch-CO2-Riffe Papua-Neuguineas zwar als hervorragendes Labor, in dem sich Auswirkungen der Versauerung untersuchen lassen – für eine umfassende Zukunftsprognose müssen jedoch Erkenntnisse aus anderen Experimenten und Modellrechnungen mit berücksichtigt werden.

In diesem Video-Porträt berichtet BIOACID-Wissenschaftlerin Dr. Christiane Hassenrück über ihre Expedition zu den Hoch-CO2-Riffen und ihre Forschung an Mikroorganismen – winzige Bakterien, die eine wichtige Rolle für diese Ökosysteme spielen.

Forschungstauchboot JAGO

Deutschlands einziges bemanntes Forschungstauchboot ist seit Januar 2006 am GEOMAR stationiert. Doch seine Geschichte reicht viel weiter zurück: 1988 begann ein vierköpfiges Team aus dem Meeresforscher Hans Fricke, dem Tauchbootpiloten und Techniker Jürgen Schauer, der Biologin Karen Hissmann und dem Allrounder Lutz Kasang am damaligen Max-Planck-Institut für Verhaltensphysiologie im bayerischen Ort Seewiesen mit dem Bau. Ihr Ziel: Einmal den legendären Quastenflosser in seiner natürlichen Umgebung beobachten.

Seinen ersten Tauchgang absolvierte JAGO am 17. August 1989 im Starnberger See. Schon bald darauf wurde aus dem Süßwasserschwimmer ein Meereswesen: Am 2. November 1989 erkundete JAGO erstmals die steilen Lavahänge der Insel Grande Comore. Der legendäre Urfisch zeigte sich zunächst nicht. Doch schon der vierte Anlauf war erfolgreich: Gleich drei Quastenflosser hielten sich gemeinsam einer Höhle auf, die in 195 Metern Tiefe weit in den Hang hineinreichte.

Seit der prägenden Begegnung auf den Komoren ist JAGO in aller Welt herumgekommen – in der Südsee und vor Island, im Schwarzen und im Roten Meer, in Bayerns Seen und in der Kieler Förde. 1997 erkundeten Meeresbiologen erstmals mit JAGO Kaltwasserkorallen-Riffe vor der norwegischen Küste. In den fragilen Riffen ist das Tauchboot mittlerweile so gut wie zuhause.

Steckbrief JAGO:
Länge: 3 Meter
Breite: 2 Meter
Höhe:  2,5 Meter
Gewicht in Luft: 3000 Kilogramm
Tauchtiefe: 400 Meter
Geschwindigkeit: 1 Knoten
Besatzung: 1 Pilot, 1 Beobachter

Im Video-Porträt berichtet Janina Büscher, Meeresbiologin am GEOMAR, über ihre Tauchgänge mit JAGO zu den Kaltwasserkorallen-Riffen an der norwegischen Küste und ihre Laborarbeiten zu Auswirkungen des Klimawandels auf diese Tiere.

Mehr über JAGO auf der Website des GEOMAR:
www.geomar.de/de/zentrum/einrichtungen/tlz/jago/uebersicht

EPOCA – European Project on Ocean Acidification

EPOCA (European Project on Ocean Acidification) war das erste internationale Forschungsprojekt zur Ozeanversauerung. Es wurde im Mai 2008 mit dem Ziel ins Leben gerufen, die biologischen, ökologischen, biogeochemischen und gesellschaftlichen Auswirkungen der Ozeanversauerung besser zu verstehen. Das Projekt führte mehr als 160 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 32 Institutionen in Belgien, Deutschland Frankreich, Großbritannien, Island, Italien, den Niederlanden, Norwegen, Schweden und der Schweiz zusammen. EPOCA wurde über vier Jahre als Teil des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union ko-finanziert.

Das Mesokosmen-Experiment 2010 in Spitzbergen fand unter Beteiligung des Projekts BIOACID im Rahmen von EPOCA statt.

EPOCA-Website:
www.epoca-project.eu

Blog zum Mesokosmen-Experiment 2010 in Spitzbergen / EPOCA Arctic Campaign 2010:
https://epocaarctic2010.wordpress.com/about

BIOACID – Biologische Auswirkungen von Ozeanversauerung

Dem Ozeanwandel auf der Spur

Als eines der größten nationalen Forschungsprogramme zur Ozeanversauerung hat BIOACID dazu beigetragen, den Einfluss von Ozeanversauerung auf marine Organismen und deren Habitate zu quantifizieren, die zugrunde liegenden Mechanismen aufzuklären, das Potential zur evolutionären Anpassung abzuschätzen und zu klären, wie die beobachteten Effekte durch andere Umweltveränderungen modifiziert werden.

In seiner Abschlussphase, die am 1. Oktober 2015 begann, hat BIOACID eine übergreifende Synthese der bisher erlangten Erkenntnisse über die zu erwartenden Auswirkungen der Ozeanversauerung angestellt, mögliche Schwellenwerte identifiziert, sozioökonomische Konsequenzen evaluiert, Handlungsoptionen erarbeitet und seine Erkenntnisse an einen breiten Empfängerkreis kommuniziert, der sich von der Wissenschaftlergemeinde über Interessensvertreter und Entscheidungsträger bis hin zur allgemeinen Öffentlichkeit erstreckt.

Die am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel koordinierten Arbeiten wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt.


WEITERLESEN: Ozean im Klimawandel


 

Die KOSMOS-Mesokosmen

Wie kleine schwimmende Pavillons sehen die KOSMOS-Mesokosmen im Einsatz aus. Von den Schwimmkörpern schauen dann nur noch die obersten anderthalb Meter aus dem Meer. Sie leuchten orange zwischen den Wellen, und ihr transparenter Dachschirm funkelt im Licht.

Als der Fotograf Nick Cobbing 2010 das Mesokosmen-Experiment in Spitzbergen besuchte, befand er: Wenn man Forschungsgeräte eigens dafür entwickeln würde, dass sie gut aussehen und helfen, das Thema Ozeanversauerung zu vermitteln – sie sähen ziemlich genau so aus wie die KOSMOS-Mesokosmen.

Doch natürlich gab eine Forschungsfrage den Ausschlag, die Mesokosmen zu entwickeln: Nachdem Laborarbeiten erste Erkenntnisse zu den Auswirkungen der Ozeanversauerung auf einzelne Arten gebracht hatten, wollten Forschende ermitteln, in wieweit sich die Ergebnisse auf Lebensgemeinschaften in ihrem natürlichen Umfeld übertragen lassen. Es galt, einen Teil des marinen Ökosystems zu isolieren, möglichst viele Bedingungen im heutigem Zustand zu belassen, aber den Versauerungsgrad auf Werte anzuheben, die für die Zukunft prognostiziert werden. Ein Riesen-Reagenzglas musste her!

So entstand Anfang der 2000er Jahre in Kiel das KOSMOS-System. Die Abkürzung KOSMOS steht für Kiel Off-Shore Mesocosms for Ocean Simulations, Kieler Küsten-Mesokosmen für Ozean-Simulationen.

Die neun Versuchseinheiten bestehen jeweils aus sechs siebeneinhalb Meter hohen Schwimmkörpern, zwischen denen ein zylindrischer Sack mit einem Durchmesser von zwei und einer Länge von bis zu 25 Metern hängt. Zu seinem jeweiligen Einsatzort gelangt das KOSMOS-System per Forschungsschiff.

Wenn die Geräte mit einem Kran von Bord ins Wasser gehievt werden, sind die Säcke noch wie eine Ziehharmonika zusammengefaltet. Beim Herunterlassen schließt jeder Sack eine Wassersäule samt allen darin lebenden Plankton-Organismen ein. Am unteren Ende wird eine Art großer Trichter befestigt: die Sedimentfalle, die alles herabsinkende Material aus dem Inneren des Mesokosmos’ auffängt.

Die „Spinne“ sorgt dafür, dass die Zukunft in den Mesokosmen Einzug hält: Mit Kohlendioxid gesättigtes Wasser wird durch die 80 dünnen Kunststoffröhrchen des anderthalb Meter breiten, stacheligen Geräts in die Mesokosmen gepumpt, bis sie die gewünschte Konzentration erreichen. Dann kann die Probenroutine beginnen…

In diesem Video-Porträt berichtet Prof. Ulf Riebesell, Meeresbiologe am GEOMAR und Koordinator des Projekts BIOACID, von der Entstehung und den Einsätzen der KOSMOS-Mesokosmen, die für ihn jedesmal ein Highlight seiner Arbeit darstellen.

Der pH-Wert

Der pH-Wert gibt an, wie sauer oder basisch (alkalisch) eine Flüssigkeit ist. Er richtet sich nach der Konzentration der Wasserstoff-Ionen in einer wässrigen Lösung. Fällt die Anzahl der Wasserstoff-Ionen, steigt der pH-Wert. Steigt die Anzahl der Wasserstoff-Ionen, fällt der pH-Wert.

Reines Wasser hat einen pH-Wert von 7. Niedrigere Werte werden als sauer bezeichnet, höhere als basisch. Da die pH-Werte auf einer logarithmischen Skala beruhen, bedeutet eine Änderung von pH 8 auf pH 7, dass sich der Säuregehalt verzehnfacht. Ändert sich der pH-Wert einer Flüssigkeit von pH 7 auf pH 6, sind zehn Mal so viele zusätzliche Wasserstoff-Ionen enthalten wie bei einer Änderung von pH 8 auf pH 7.

Der durchschnittliche pH-Wert der Meeresoberfläche ist im Zuge der Industrialisierung bereits von 8,2 auf 8,1 gesunken, was einem Anstieg des Säuregrads um 30 Prozent entspricht. Für das Jahr 2100 wird ein Wert zwischen 7,8 und 7,9 erwartet, was eine Verdopplung des Säuregrads im Vergleich zur Zeit vor der Industrialisierung bedeutet.

Es ist unwahrscheinlich, dass die Oberfläche des offenen Ozeans wirklich „sauer“ wird (sein pH-Wert unter 7,0 sinkt), weil das Meerwasser durch gelöste Salze gepuffert ist. Daher betonen Forschende, dass es „versauert“ oder „saurer“ wird, aber nicht „sauer“. Der Begriff „Ozeanversauerung“ bezieht sich darauf, dass der Säuregrad steigt – so wie wir auch bei einem Anstieg der Lufttemperatur von -20 Grad Celsius auf 0 Grad Celsius von „Erwärmung“ sprechen, obwohl die Luft trotzdem kalt ist.