GenusPodcast

Die Küstenregion vor Südwestafrika gehört zu den vier großen sogenannten Eastern Boundary Upwelling Systems, also zu den vier größten Küstenauftriebsgebieten der Erde. Obwohl die Auftriebsgebiete im Vergleich zur gesamten Ozeanfläche nur wenige Prozent bedecken, findet in diesen Hochproduktiv-Regionen der Großteil aller kommerziellen Fischfänge statt. Das Benguela-System ist dabei das produktivste Auftriebsgebiet weltweit und hat somit eine enorme sozio-ökonomische Bedeutung weit über die Grenzen Afrikas hinaus. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Forschungsprojekt GENUS hat in sechs Jahren die komplizierten Zusammenhänge dieses Ökosystems erforscht und dabei direkte Messungen auf Forschungsschiffen mit Modell-Rechnungen kombiniert, um die Steuermechanismen und die saisonale wie zwischenjährliche Variabilität zu verstehen.

Dr. Andreas Kunzmann und Dr. Simon Geist, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie

Meike Rüschkamp, Helmholtz-Zentrum Geesthacht

Dr. Niko Lahajnar, KlimaCampus, Universität Hamburg

Anja Hansen, Leibniz-Institut für Ostseeforschung

Anita Flohr, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie, Bremen

Dipl.-Ing. Matthias Birkicht, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie

Dr. Tim Rixen, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie

GENUS (Geochemistry and Ecology of the Namibian Upwelling System) ist ein Verbundvorhaben internationaler Forschungseinrichtungen unter der Leitung der Universität Hamburg, welches am Beispiel eines großen Küstenauftriebssystems, dem Benguela-Auftriebsgebiet vor der Küste Namibias, die Beziehungen zwischen Klimawandel, biogeochemischen Zyklen von Nährstoffen, klimarelevanten Gasen und Ökosystemstrukturen klären und modellierbar machen will. Der Benguela Strom ist eine der fruchtbarsten Meeresregionen der Welt. Kalte Meeresströmungen bringen nährstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche. Das Gebiet ist bekannt für seinen großen Bestand an Fischen und Meeressäugern. Der GENUS-Podcast stellt am Projekt beteiligte Wissenschaftler und ihre Arbeitsgebiete vor. Die aktuellen Folgen sind im Rahmen der Forschungsreise M 103/1 auf dem deutschen Forschungsschiff Meteor entstanden.

Der Benguela-Strom, eine kalte Meeresströmung im Südatlantik, befördert vor der Küste Namibias nährstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche. Der Planktonreichtum sorgt für einen großen Fischbestand. Auftriebsgebiete wie der Benguela-Strom sind hochproduktive marine Ökosysteme und liefern den größten Teil der weltweiten Fischereierträge. Wissenschaftler vom Zentrum für Marine Tropenökologie in Bremen untersuchen und dokumentieren die qualitative und quantitative Zusammensetzung der Fischpopulation im nördlichen Benguela-Gebiet. Welche Auswirkungen zeigen sich durch Überfischung und sich verändernde Umweltparameter?

Der Ozean ist der größte Speicher für Kohlendioxid, den wir kennen. Milliarden winzig kleiner Planktonalgen bauen das Treibhausgas bei der Photosynthese in ihren Stoffwechsel ein. Außerdem ist CO2 in Wasser löslich. Zwischen dem Ozean und der Atmosphäre findet ein permanenter Gasaustausch statt. Wissenschaftler vom Bremer Zentrum für Marine Tropenökologie interessiert, wie die Aufnahme und die Abgabe von CO2 im Benguela-Auftriebsgebeit zueinander im Verhältnis stehen. Wie sieht die Kohlenstoffbilanz im Meeresgebiet vor der Küste Namibias aus?

Ruderfuss- und Zehnfusskrebse spielen innerhalb mariner Ökosysteme eine zentrale Rolle. Sie kommen in großen Mengen vor und stellen eine wichtige Nahrungsquelle für größere Organismen dar. Wissenschaflter der Universität Bremen führen im Rahmen des Projekts Genus (Geochemistry and Ecology of the Namibian Upwelling System) eine umfangreiche Bestandsaufnahme der Krebstiere im Benguela-Auftriebsgebiet vor der Küste Namibias durch.

Stickstoff gehört zu den Grundbausteinen aller lebenden Organismen, sowohl an Land wie auch im Meer. Der Stickstoff im Ozean liegt meistens in anorganischen Verbindungen wie Nitrat, Nitrit oder Ammonium vor. Da Stickstoff in vielen Regionen ein limitierender Nährstoff ist, steuert die Verfügbarkeit von verwertbarem Stickstoff direkt die Primärproduktion von Phytoplankton (Algen), die die Grundlage des gesamten Nahrungsnetzes bilden. Untersuchungen der Universität Hamburg und des Helmholtz Forschungszentrums in Geesthacht zum Kreislauf sowie zu den Quellen und Senken von stickstoffhaltigen Verbindungen tragen im Rahmen des GENUS Projekts fundamental dazu bei, die Ökosystem-Struktur im Auftriebsgebiet vor Namibia besser zu verstehen.

Das Zooplankton spielt in allen Ozeanen eine entscheidende Rolle für den Transport von Material von den Primärproduzenten (Phytoplankton) zu den höheren trophischen Ebenen (z.B. Fische). Es setzt sich aus verschiedenen Tiergruppen wie Pfeilwürmern, Nacktschnecken, Salpen, Quallen, und Fischlarven zusammen. Den größten Anteil haben kleine Ruderfußkrebse. Tiere des Zooplankton schweben oder treiben im freien Wasser und sind nicht in der Lage sich aktiv gegen Strömungen fortzubewegen. Sie sind Nahrung für die meisten größeren Meerestiere bis hin zu Walhaien und Bartenwalen. Im Benguelastrom kommt es aufgrund des Auftriebs von nährstoffreichem Wasser und einer damit verbunden hohen Phytoplanktonproduktion zu hohen Zooplanktonbeständen, die die Grundlage für den großen Fischreichtum dieses Gebietes bilden. Um das Zooplankton zu untersuchen, wird es mit speziellen Netzen gefangen. So ermöglicht das eingesetzte MOCNESS z.B. den Fang der Tiere in verschiedenen Wassertiefen. Es hat 18 Netze, die von Bord aus in bestimmten Wasserschichten geöffnet bzw. geschlossen werden können. Sollen die Tiere für Experimente lebend gefangen werden, verwendet man kleinere Netze, die die Tiere schonender fangen. Im Projekt GENUS wird die horizontale und vertikale Verteilung des Zooplanktons, die Stellung der verschiedenen Organismengruppen im Nahrungsnetz und ihr Beitrag zum Kohlenstoffkreislauf untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen das Verständnis der Rolle bestimmter Tiergruppen, sogenannter Schlüsselorganismen, im Ökosystem und in den Stoffkreisläufen des namibischen Auftriebsgebietes. Außerdem wird abgeschätzt, wie viel Biomasse mit Strömungen in den offenen Ozean verdriftet wird. Herabsinkendes abgestorbenes Phyto- und Zooplanktonmaterial trägt zur Ernährung der Organismen im tiefen Wasser und am Boden bei. Die Bodenlebewelt wurde mit Hilfe eines ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs (ROV) mit Kameras erfasst.

Das Phytoplankton setzt sich aus verschiedenen Algenarten zusammen. Diese pflanzlichen Organismen wandeln durch Photosynthese anorganische Verbindungen in Biomasse um und stehen daher als sogenannte Primärproduzenten am Anfang der Nahrungskette im Benguela-Ökosystem. Eine bedeutende und gleichzeitig spezielle Abteilung dieser Algen sind die Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt. Im Gegensatz zu allen anderen Algenarten können die Cyanobakterien den Luftstickstoff direkt aufnehmen - daher auch der Begriff „Stickstofffixierer“. Für das Verständnis des Bengula Ökosystems ist es von entscheidender Bedeutung, wo und in welchem Ausmaß diese speziellen stickstofffixierenden Algen vorkommen. Dafür werden an Bord von Forschungsschiffen Experimente durchführt, um zu erforschen, unter welchen Bedingungen Stickstofffixierer wachsen. Um den Ablauf der Stickstofffixierung besser zu verstehen, wird den Algen teilweise markierter Stickstoff zugegeben. Dieser markierte Stickstoff besteht aus dem schweren, stabilen Stickstoffisotop 15N und kommt in der Natur im Gegensatz zu dem leichten Isotop 14N nur sehr selten vor. Daher kann anhand von 15N markiertem Stickstoff verfolgt werden, wann, wie und wo atmosphärischer Stickstoff aufgenommen und verarbeitet wird. Für die Bereitstellung von Fotomaterial bedanken wir uns bei: Prof. Dr. Julie LaRoche, IFM-Geomar (Cyanobakterien, Trichodesmium) Dr. Sven Kranz, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (Cyanobakterien, Trichodesmium) Pressestelle der Ruhr-Universität Bochum (Massenspektrometer) NASA/Goddard Space Flight Center (Cyanobakterien

Euphausiden, besser bekannt als Krill, sind kleine, garnelenartige Krebstiere und gehören zum Zooplankton im Benguela-Auftriebsgebiet. Krill stellt die Nahrungsgrundlage für viele Fische und Meeressäuger dar und dient vor Namibia als Ökosystemanzeiger. Im Arbeitsgebiet kommen mindestens acht verschiedene Krill-Arten vor. Zu Forschungszwecken wird Krill vornehmlich mit dem MOCNESS gefangen: ein Netz, mit dessen Hilfe Zooplankton-Proben aus unterschiedlichen Wassertiefen geborgen werden können. Das ist wichtig, da sich der Krill je nach Tages- oder Nachtzeit lichtabhängig in unterschiedlichen Tiefen aufhält. Die Erforschung der Krillarten in Hinblick auf ihre physiologischen Eigenschaften und bezüglich der ökologischen Stellung im Nahrungsnetz ist zentraler Bestandteil der Doktorarbeit von Thorsten Werner (AWI-Bremerhaven). Schwerpunkt seiner Forschung ist die Fragestellung, wie sich der Krill auf die ganz unterschiedlichen Rahmenbedingungen, insbesondere Temperatur, Sauerstoff und Nahrungsangebot, im Benguela-Auftriebsgebiet anpasst und welche langfristigen Auswirkungen der Klimawandel in diesem Zusammenhang spielt.

Ein zentrales Anliegen im Projekt GENUS ist die Erforschung der Wassermassen im Benguela-Auftriebsgebiet. Woher kommen die Wassermassen - und welche Eigenschaften haben sie? Dafür werden physikalische Parameter wie der Salzgehalt und die Temperatur gemessen. Daran kann man ablesen, woher die Wassermassen aus dem Südatlantik stammen. Weiterhin sind die Strömungseigenschaften und die Schichtungen von Bedeutung. Dabei geben sowohl großskalige (mehrere Meter) als auch kleinskalige Messungen bis in den Millimeterbereich Aufschluss über die Beschaffenheit der Wassersäule. Zudem werden mit jedem Geräteeinsatz der CTD-Rosette auch Wasserproben aus unterschiedlichen Tiefen gewonnen, die dann an Bord des Forschungsschiffes auf weitere chemische und physikalische Eigenschaften beprobt werden. So entsteht ein ozeanographischer Überblick über das Auftriebsgebiet, der dann zum Verständnis des gesamten Ökosystems beiträgt.

GENUS (Geochemistry and Ecology of the Namibian Upwelling System) ist ein Verbund von internationalen Forschungsinstituten und untersucht am Beispiel des Auftriebsgebiets vor Namibia die Auswirkungen des Klimawandels auf das Ökosystem von Hochproduktivzonen. Die küstenparallelen Passatwinde und das daraus resultierende Strömungssystem vor der südwestafrikanischen Küste, der sogenannte Benguela-Strom, führen dazu, dass die Region zu einer der weltweit produktivsten Zonen überhaupt zählt. Die Folge sind eine reichhaltige Flora und Fauna mit beträchtlichen Fischgründen und überall auftauchenden Meeressäugern wie Robben, Walen oder Delfinen. Allerdings hat sich das Ökosystem in den letzten Jahren bis Jahrzehnten teilweise dramatisch verändert; diese Veränderungen haben auch direkte sozioökonomische Auswirkungen auf die gesamte südwestafrikanische Küstenregion. Das Projekt GENUS hat sich zum Ziel gesetzt, die Ursachen und Auswirkungen der sich verändernden physikalischen, ozeanographischen, biogeochemischen und biologischen Rahmenbedingungen auf das Benguela-Ökosystem zu untersuchen. Internationale Forschergruppen führen hierfür mehrere interdisziplinäre Schiffsexpeditionen durch und lassen ihre Ergebnisse in mathematische Modelle einfließen. Das Projekt GENUS versucht, Antworten auf die vielen zurzeit offenen Fragen zu geben. Die Episode 2 gibt dabei einen generellen Überblick über GENUS und die jeweiligen Arbeitsweisen der einzelnen Teilprojekte.

Der GenusPodcast dokumentiert die Arbeiten im Forschungsprojekt GENUS (Geochemistry and Ecology of the Namibian Upwelling System). Im Meeresgebiet vor Namibia bringt der Benguela-Strom nährstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche und sorgt damit für einen großen Bestand an Fischen und Meeressäugern. GENUS untersucht die möglichen Auswirkungen des Klimawandels auf das facettenreiche Ökosystem der Region. In den kommenden Wochen führt der GenusPodcast in die Zusammenhänge des Benguela-Auftriebssystems ein und zeigt Arbeit und Leben an Bord eines Forschungsschiffes. Die beteiligten Wissenschaftler berichten in Interviews über ihre Arbeitsbereiche. Am Projekt GENUS beteiligt sind die Universitäten Hamburg und Bremen, das Leibniz Institut für Osteeforschung Warnemünde, das Zentrum für Marine Tropenökologie, das Alfred Wegener Institut für Polar- und Meeresforschung, das Helmholtz-Zentrum Geesthacht und das Max-Planck-Institut für Meteorologie. Finanziert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.