Thorsten Reusch GEOMAR Korallen 2h WS 17/18 (Marine) Biologie für Geologen

Transkript

1 Thorsten Reusch GEOMAR Korallen 2h WS 17/18 (Marine) Biologie für Geologen

2 Was sind Korallenriffe? Symbiose und der Korallen-Holobiont Ökosystem Korallenriff: Funktion und Dienstleistungen für den Menschen Korallenriffe im Anthropozän Das Korallenbiom:+ Mangroven und Seegraswiesen Andere Korallenarten

3 Was sind Korallenriffe?

4 Lizard Isla Größte biogene Struktur unseres Planeten 80 km Cooktown Australien

5 Die Dolomiten (Alpen) sind 220 mio Jahre alte Riffe, mehrere 100 m mächtig

6 Korallenpolypen ein Nesseltier mit pflanzlichen Symbionten Nicolle Rager Fuller, 2011

7 Kraftwerke der Korallen symbiontische Algen Symbiodinium Bis zu 90%+ der Energiegewinnung ist photosynthetisch! coral_symbiosinium_ocean_si_edu

8 Wie bilden Korallen biogene Karbonate? Ionen /Protonenpumpen sind energieaufwändig!! Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

9 Typen von Korallen Langsam -> schnellwüchsig Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

10 Korallen bilden Hauptstrukturen, doch Kalkalgen zementieren diese zusammen Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

11 Biologische Erosion durch bohrende Schwammarten Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

12 Korallen und Symbiose

13 Nährstoffe, Schutz, Habitat Photosyntheseprodukte

14 Kryptische Vielfalt der Symbiodinium- Typen Nur mit molekulargenetischen Markern aufzulösen

15 Verschiedene Typen von Symbiodinium haben unterschiedliche Temperatur-Toleranz, Schwellenwert-Funktion! Photosynthetic efficiency Warm-akklimatisiert nicht akklimatisiert Takahashi et al Plant Physiology

16 Symbiodinium Typen wechseln Zusammensetzung in Korallen unter Einfluß unterschiedlicher Temperaturen Yurifuji et al. 2017

17 Nesselkapseln können Plankton erbeuten = doppelte Ernährungsweise

18 Neueste Erkenntnisse: noch mehr Holobiont, Symbiose 2.0 Peixoto et al. 2017

19 Korallen-Reproduktionsbiologie Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe Thompson et al Front. Microbiol

20 Atollenstehung Theorie von Darwin

21 Grundlegende Rifftypen

22 Korallenriffe als Klimaarchiv Massive Riffe gehen mehrere Jahre in die Vergangenheit Jahresringe eines Korallenkernes in der Röntgenaufnahme

23 Isotopenverhältnisse 16 O / 18 O in Karbonaten indikativ für historische Wassertemperaturen Anreicherung von leichtem 16 O Selten (nur 0,2%) Nicht radioaktiv!! Leichteres 16 O verdunstet leichter und gelangt bei höheren Temperaturen verstärkt via Niederschläge in den Ozean

24 Isotopenverhältnisse 16 O / 18 O indikativ für Wassertemperaturen Anreicherung von leichtem 16 O Jahresringe

25 Ökosystem Korallenriff

26 30% der marinen biologischen Vielfalt in Korallenriffen Census of marine Life COML Heutige Verbreitung Korallenriffe

27 Produktivität (Primärproduktion) des Ökosystems Korallenriff

28 Nährstoffe, Schutz, Habitat Photosyntheseprodukte

29 Intakte Riffe - Biomasse-Pyramide auf dem Kopf Überfischungsgrad Sandin and Zgliczynski 2015

30 Wie kommt es zu einer invertierten Biomasse-Pyramide?

31 Intakte Riffe - Biomasse-Pyramide auf dem Kopf

32 Ökosystemfunktionen und diensteistungen ( services )

33 Monetäre Abschätzung der Ökosystemdienstleistungen corareef_value_wwfpanda

34 Ökosystemdienstleistungen von Korallenriffen-Küstenschutz

35 Artisanale Fischerei Source: SeaWeb

36 Tourismus Tourismus Großes Barriereriff (Australien) geschätzt 9 Mrd Aus$ Source:

37 Korallen im Anthropozän - Gefährdungen

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39 Dramatischer Verlust von Korallenriffen R Vevers, XL Catlin Seaview Survey

40 Physiologie der Korallenbleiche source:

41 Physiologie der Korallenbleiche source:

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43 Temperatur-Schwellenwert und El Nino im Australsommer (März)

44 2015/2016 El Nino und Temperaturanomalie im Oberflächenwasser

45 Wirken zusammen mit mittleren Temperaturen des Breitengrades Korallenbleiche Großes Barriereriff 20 S

46 Weitere Bedrohungen von Korallenriffen Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe Kopplung Land-> marine Ökosysteme

47 Tropische Wirbelstürme massive tabulate coral, Acropora cytherea Auswirkungen Hurricane MEKI auf Hawaii 2009, 10 m Tiefe

48 Bedrohung durch Ozeanversauerung Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

49 Energieaufwand der Kalzifizierung steigt bei niedrigen ph Werten!! Bei Aragonit-Untersättigung können sich ungeschützte Skeletteile auflösen! Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

50 Direkte Effekte durch niedrige ph wahrscheinlicher IPCC 2014

51 Zeitmaschinen natürliche CO 2 -Austritte, Milne Bay, Papua- Neuguinea Fabricius et al. 2011

52 Synergistische Wirkung Erwärmung + Versauerung zwei pco 2 -Partialdrücke: 450 uatm (2020), 700 uatm (2100) Stylophora pistilata Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe P Wechselwirkung Temp x pco 2 <0.001 hohe Temperaturen und niedriger ph (hoher pco 2 ) führen synergistisch zu niedrigen Kalzifikationsraten Reynaud et al 2004

53 Etwa 80% Riffverlust in der Karibik seit 1970!! Rhim and Young 2014

54 Biologische Wechselwirkungen und Riffverlust in der Karibik Papageienfisch kontrolliert Aufwuchsalgen, ist aber lokal durch Überfischung + Verlust der Mangroven ausgerottet

55 Verlust von Mangroven und Aufwuchsgebieten für Papageienfische Papageienfisch kontrolliert Aufwuchsalgen, ist aber lokal durch Überfischung ausgerottet

56 Massensterben von Diadema Seeigeln in 1983 durch natürlichen Krankheitserreger Wichtig um Aufwuchsalgen durch Abweiden zu kontrollieren!

57 Massensterben von Diadema Seeigeln in > Ökosystem ist in alternativem stabilen Zustand

58 Die Zukunft von Korallenriffen

59 Korallenriffe in geologischen Zeitskalen Silur Spätes Trias

60 Aktive Gegenmaßnahmen: Wiederansiedlung von Riffen Brandon Cole

61 Neue Methoden des Korallenschutzes Van Oppen et al PNAS 2015

62 Fragen?

63 Zwei weitere eng vernetzte Habitate: Seegraswiesen und Mangroven

64 Funk9onelle Kopplung: Kinderstuben Waycott et al 2011

65 Funk9onelle Kopplung: Nahrungswanderungen Waycott et al 2011

66 Backreef und Lagunen: Seegraswiesen Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

67 Seegräser sind Blütenpflanzen, keine Algen Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

68 Shifting baseline-problem Beispiel Karibik Historische Abundanzen von geschätzt 90 mio Suppenschildkröten, heute wenige , Jackson et al. 2001

69 Aquakultur und Ökosystem- Dienstleistungen: Garnelenzucht in Mangrovenwäldern Rekrutierung für Jungfische Holz Sedimentfalle Nährstoffilter Erosionskontrolle

70 1987 Mangrove Conversion Honduras Source: Millennium Ecosystem Assessment; Sathirathai and Barbier 2001

71 1999 Mangrove Conversion Honduras Source: Millennium Ecosystem Assessment; Sathirathai and Barbier 2001

72 $4000 Value (per hectare) Private Public Net Net Present Value per per hectare Mangrove: $91 $1,000 to $3,600 Shrimp Farm: $2000 $-5,400 to $200 $2000 Coastal Protection (~$3,840) Net: $2,000 (Gross $17,900 less costs of $15,900) 0 Source: Millennium Ecosystem Assessment; Sathirathai and Barbier 2001 Mangrove Fishery nursery ($70) Timber and Nontimber products ($90) Shrimp Farm Less Source: subsidies UNEP (-$1,700) Pollution Costs (-$230) Restoration (-$8,240)

73 Kohlenstoff-Speicherung in Seegraswiesen und Mangroven blue carbon Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe Bis zu 10% des gesamten biologisch gebunden Kohlenstoffs in den Weltmeeren durch Mangroven /Salzmarschen /Seegräser!

74 Andere Korallenarten

75 Vorkommen von Kaltwasser korallen Lophelia Oculina Gorgonaria andere Datenquelle Armin Form

76 Vergleich Kaltwasser - Warmwasserkorallen Warmwasserkorallen Kaltwasserkorallen Temperaturbereich 20 bis 29 C 4 bis 13 C Tiefenbereich 0 50 (100) m 39 > m Ernährung gelöst. org. Material und Photosynthese gelöst. org. Material und Zooplankton Symbiontische Algen ja (Zooxanthellen) nein Wachstumsrate bis zu 150 mm/jahr 2 26 mm/jahr Riffbildende Arten ca. 800 Arten wenige, nur 6 Hauptarten größter Riffkomplex Verbreitung Großes Barriereriff, Australien km 2 Subtropen/Tropen 30 N bis 30 S Røst-Riff, Norwegen 100 km 2 weltweit Zusammenstellung Armin Form 76

77 Lophelia pertusa Häufigste riffbildende Kaltwasserkorallenart Vorkommen: global außer an Polen Tiefenzone: 39 m bis 3383 m Temperaturbereich: 4 C bis 12 C Wachstum: ca mm pro Jahr Älteste lebende Riffe: > 8000 Jahre J. E. Gunnerus, 1768 Quelle: Moen (2006) Zusammenstellung Armin Form 77

78 Korallenökosysteme Biodiversitäts Hot Spots der Tiefe Wer wohnt alles an, auf und in einem Korallenriff? 3 Hauptzonen Aufbau eines typischen Lophelia-Riffs lebende Korallen ca. 20 Polypengenerationen wenig permanente Organismen häufig mobile Organismen totes Korallengerüst kaum lebende Korallen höchste Diversität im Riff Mobile & sessile Organismen Korallenschotter oft breiter Sockel um Riff verborgene Fauna oft divers Grafik: Freiwald et al. 2004, Fotos: K. Hissmann Zusammenstellung Armin Form 78 78

79 Zerstörung von Tiefseekorallen durch Fischerei 79 79

80 Fragen?