Mesophotische Korallenökosysteme: Ein aufregendes Forschungsfeld für das technische wissenschaftliche Tauchen

In meinem Trockentauchanzug zu schwitzen und so viel Ausrüstung mit mir herumzuschleppen, dass ich wie ein schwimmender Weihnachtsbaum aussehe, kann nur eines bedeuten: Wir machen einen weiteren wissenschaftlichen Tauchgang!

Zwei Monate lang sammelten mein Team und ich fotografische Proben im wunderschönen Meeresschutzgebiet von Portofino in Italien. Um hierher zu gelangen, musste ich mehrere Monate lang meine Tauchfertigkeiten verbessern, Forschungsanträge schreiben und die Logistik planen. Sie fragen sich vielleicht, wozu das alles dient. Nun, gehen wir einen Schritt zurück. Mein Name ist Nils, ich bin technischer Taucher und habe vor Kurzem mein Masterstudium in Meeresbiologie abgeschlossen. In meiner Masterarbeit am Institut für Lebens- und Umweltwissenschaften (DiSVA) der Polytechnischen Universität der Marken untersuchte ich die Auswirkungen von Meerestierwäldern auf die darunterliegende benthische Lebensgemeinschaft in der oberen Mesophotikzone. Das sind viele Themen auf einmal, also gehen wir sie Schritt für Schritt durch.

In der wissenschaftlichen Literatur wird die mesophotische Zone meist als der Bereich zwischen 40 und 120 m Tiefe beschrieben. Diese Grenzen beruhen auf Konventionen und spiegeln nicht zwangsläufig eine Veränderung der biologischen Parameter wider. Daher wurde für die mesophotische Zone im Mittelmeer eine aussagekräftigere und eindeutigere Definition eingeführt: Die obere Grenze ist die Tiefe, in der 1 % der Oberflächenstrahlung auftrifft, die untere Grenze die größte Tiefe, in der Primärproduzenten vorkommen. Somit liegt die mesophotische Zone zwischen der lichtintensiven euphotischen Zone und der dunklen aphotischen Zone. Doch was ist an dieser Zone so wichtig?

Es ist kein Geheimnis, dass Korallenriffe weltweit aufgrund einer Kombination globaler und lokaler Stressfaktoren wie Überfischung, Sturmschäden, Sedimentation, Eutrophierung, Schadstoffeinleitungen, Krankheiten, Ozeanversauerung und thermischem Stress zurückgehen. Man geht davon aus, dass diese Auswirkungen in größeren Wassertiefen abgemildert werden und mesophotische Ökosysteme nicht oder nur teilweise betreffen. Darüber hinaus sind mesophotische Ökosysteme weniger anfällig für thermische Anomalien und die damit verbundenen Massensterben, die insbesondere in den letzten Jahrzehnten im Mittelmeer aufgetreten sind. Theoretisch könnte die mesophotische Zone als wichtiges Refugium für Organismen dienen, die ungünstigen Bedingungen in den oberen Wasserschichten entfliehen, und flachere Riffe durch die Bereitstellung eines Kinderstubenbereichs für Larven und Jungfische wieder auffüllen. Diese Funktionen sind Gegenstand intensiver Diskussionen und erfordern dringend mehr wissenschaftliche Aufmerksamkeit.

Leichter gesagt als getan. Aufgrund ihrer Tiefe ist die Erforschung der Mesophotik mit hohen Kosten, Spezialausrüstung sowie umfangreicher Ausbildung und Erfahrung verbunden. Sporttaucher erreichen in der Regel eine maximale Tiefe von 40 Metern; darüber hinaus beginnt das technische Tauchen. Daher konzentrieren sich viele Studien ausschließlich auf Flachwassergebiete. Eine weitere Möglichkeit zur Erforschung der Mesophotik bieten Tauchboote. Sie können große Tiefen erreichen und schwere Ausrüstung wie hochauflösende Kameras transportieren. Aufgrund ihrer hohen Betriebskosten wurden Tauchboote jedoch bisher hauptsächlich in tieferen Gewässern eingesetzt, wodurch die Mesophotik weitgehend unerforscht blieb. Die gute Nachricht für alle Taucher und Interessierten: Moderne Tauchtechnologien wie Mischgase (Trimix) und Kreislauftauchgeräte (CCR) ermöglichen Beobachtungen und Experimente in der Mesophotik. Angesichts der unübertroffenen Möglichkeiten direkter Beobachtungen und Probenentnahme ist das wissenschaftliche Tauchen ein leistungsstarkes Werkzeug, dessen Potenzial wir voll ausschöpfen sollten.

Obwohl die mesophotische Zone noch weitgehend unerforscht ist, haben zahlreiche Studien eine hohe Habitatkomplexität und einen bedeutenden Artenreichtum sowohl in gemäßigten als auch in tropischen Gebieten aufgezeigt. Frühere Untersuchungen legen nahe, dass insbesondere die obere mesophotische Zone (> 60 m) von Flachwasserarten sowie von Arten aus tieferen Gewässern besiedelt ist und somit eine wichtige Übergangszone zwischen beiden bildet. In größeren Tiefen sind die Umweltparameter tendenziell weniger variabel als in flacheren. Dies ist besonders vorteilhaft für langsam wachsende, langlebige Arten, die hier gut gedeihen und große Größen und Dichten erreichen können. So entstehen sogenannte marine Tierwälder (MAFs). Wer schon einmal in einem Wald an Land gestanden hat, kennt dessen Einfluss auf die Umgebung. Er spendet Schatten, bietet wichtige Lebensräume und reduziert beispielsweise die Windgeschwindigkeit. Ähnlich können MAFs Strömungsgeschwindigkeit, Lichtintensität und Sedimentationsraten beeinflussen. Sie tragen wesentlich zur dreidimensionalen Komplexität der Unterwasserwelt bei, was sich positiv auf die Biodiversität auswirkt, indem sie die Anzahl verfügbarer Mikrohabitate erhöhen. Eine der ungewöhnlichsten Besonderheiten des Meeresschutzgebiets Portofino sind die wunderschönen Gorgonienwälder, die hauptsächlich aus der Gorgonie Paramuricea clavata bestehen.

Leider sind die ökologisch wertvollen Makrelenwälder vielfältigen Bedrohungen ausgesetzt, darunter mechanische Beschädigungen durch verlorene Fischereigeräte und Sporttaucher, Schäden durch Schleimablagerungen, invasive Arten und erhöhte Sedimentationsraten. Hinzu kommt, dass marine Hitzewellen im Zuge des fortschreitenden globalen Klimawandels wahrscheinlich zunehmen werden. Im nordwestlichen Mittelmeer wurden bereits mehrere Massensterben von Gorgonien im Zusammenhang mit hohen Temperaturen dokumentiert. Der Verlust der Gorgonienwälder könnte zu gravierenden Veränderungen in der zugehörigen benthischen Lebensgemeinschaft führen und eine geringere Artenvielfalt sowie eine geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen zur Folge haben.

Mesophotische Korallenökosysteme (MCEs) stellen ein wichtiges, aber bisher wenig erforschtes Gebiet dar. Ohne Kenntnisse über die Verbreitung und Biomasse von MCEs lässt sich ihre globale Bedeutung nicht beschreiben und wirksame Management- und Schutzmaßnahmen können nicht umgesetzt werden. Daher ist die Erforschung dieser Ökosysteme von großer Wichtigkeit. Um die funktionelle Rolle von MCEs zu verstehen und diese wertvollen Lebensräume zu schützen, sind Informationen über ihre Artenzusammensetzung und -struktur erforderlich. Ziel unserer Forschung war es daher, Unterschiede in den epibenthischen Gemeinschaften in Abhängigkeit von der Dichte der waldbildenden Art Paramuricea clavata in zwei verschiedenen Tiefen (35 m und 50 m) zu untersuchen. Um das Potenzial der Structure-from-Motion-Photogrammetrie (SfM) aufzuzeigen, wurde eine 3D-Rekonstruktion eines der untersuchten Korallenwälder erstellt und daraus die Höhenverteilung der Gorgonienpopulation extrahiert.

In der Praxis sammelten wir an drei verschiedenen Standorten (jeweils in zwei Tiefen) entlang der Südküste des Vorgebirges von Portofino fotografische Proben. Bei technischen Tauchgängen legten wir 30 m lange Transekte auf dem Meeresboden an und filmten die Gorgonienwälder sowie die Krautschicht. Die Tauchgänge waren anspruchsvoll, aber sehr lohnend. Als Tech-1-Taucher war meine Tauchzeit auf 50 m Tiefe auf etwa 20 Minuten begrenzt. Das reichte gerade so, um einen Gorgonienwald zu finden, den 30 m langen Transekt anzulegen, den Gorgonienwald von oben zu filmen, bei einem zweiten Tauchgang die Krautschicht zu filmen und das Maßband einzusammeln. Gleichzeitig war es extrem wichtig, sehr langsam zu schwimmen und die Kamera ruhig zu halten. Der Spielraum für Fehler war gering, und die richtige Balance zwischen schnellem Arbeiten und langsamem Schwimmen zu finden, war nicht immer einfach.

Die höchste beobachtete Walddichte lag bei etwa 5 Kolonien pro m². Im Vergleich dazu erreichen unberührte Wälder der Gorgonie Paramuricea clavata leicht 20 Kolonien pro m² und mitunter sogar über 50. Die hier beobachteten Maximaldichten sind daher im Vergleich zu anderen Gebieten sehr niedrig. Das häufige Massensterben von Gorgonien im nordwestlichen Mittelmeer hat die Dichten wahrscheinlich zusätzlich reduziert. Da P. clavata ein Filtrierer ist, gedeiht sie zudem dort, wo starke Strömungen ein hohes Nahrungsangebot gewährleisten, was häufig an Felsrücken und Steilwänden der Fall ist. Da eines der Ziele dieser Studie die Untersuchung des Beschattungseffekts von Tierwäldern war, wurden Steilwände und Hänge gemieden, was zu den niedrigeren gemessenen Dichten führte. Aufgrund der Dichteabhängigkeit des Waldeffekts blieb der größte Teil seines Einflusses unentdeckt. Dennoch konnten wir einige wichtige Trends in einzelnen morpho-funktionellen Gruppen feststellen, wie beispielsweise die Zunahme der Bedeckung durch Krustenschwämme sowie massive und aufrecht wachsende Schwämme mit höherer Bewuchsdichte. MAFs (Mikroatische Algenblüten) können die Bedeckung von Korallen und Schwämmen durch Beschattung des Unterwuchses positiv beeinflussen und dadurch die Konkurrenzfähigkeit heterotropher Arten erhöhen sowie kleinere Organismen vor mechanischen Schäden schützen. Die größten Unterschiede in der Gesamtgemeinschaftsstruktur wurden zwischen den beiden Tiefenbereichen 35 m und 50 m festgestellt, was hauptsächlich auf die veränderte Lichtverfügbarkeit zurückzuführen ist. Wir beobachteten einen signifikanten Rückgang der Gesamtbedeckung aller Gruppen zusammen, vor allem aufgrund des Verlusts autotropher Taxa wie Peyssonnelia.

Die photogrammetrische Methode lieferte erfreulicherweise präzise und wertvolle Informationen zur Höhenverteilung der Gorgonien und ermöglichte so die Erstellung einer dreidimensionalen Basislinie des Untersuchungsgebiets. Der Wald in 35 m Höhe am Standort „Punta del Faro“ wurde von überwiegend kleineren Kolonien (< 40 cm) dominiert. In unberührten und gesunden Wäldern dürften größere Kolonien vorkommen. Die vorliegenden Ergebnisse könnten auf suboptimale Umweltbedingungen oder Störungen hinweisen. Die Auswertung der Höhenverteilung sowie weiterer Merkmale liefert wichtige Erkenntnisse über den Gesundheitszustand von Gorgonienwäldern. SfM-Photogrammetrie bietet eine kostengünstige und zeiteffiziente Methode zur Beurteilung der Struktur und des Gesundheitszustands von Gorgonienwäldern über relativ große geografische Gebiete hinweg und legt damit den Grundstein für wirksame Schutzmaßnahmen.

Derzeit werten wir die gesammelten Daten weiter aus, um den Korallenriff-Lebensraum im Meeresschutzgebiet Portofino zu charakterisieren und die Auswirkungen verlorener Fischereigeräte auf die dortigen Lebensgemeinschaften zu quantifizieren.

Meerestierwälder sind von hoher ökologischer Bedeutung, und die mesophotische Zone stellt ein spannendes Forschungsfeld für technische Taucher dar. Grundlegende Informationen über die Verbreitung und Ausdehnung dieser Lebensräume fehlen noch, was eine wichtige Wissenslücke aufzeigt. Die quantitative Erforschung solcher Habitate ist daher von größter Wichtigkeit. Meine Masterarbeit, die eine unglaubliche Erfahrung war, ist abgeschlossen, aber ich werde die mesophotische Zone und die komplexen Prozesse in Meerestierwäldern weiterhin erforschen. Es gibt noch viel zu entdecken – bleiben Sie gespannt!

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Verfasst von Nils Jacobsen

Nils Lucas Jacobsen ist Meeresbiologe und passionierter technischer Taucher. Nach seinem Bachelor-Abschluss in Biologie studierte er Meeresbiologie mit den Schwerpunkten Naturschutzbiologie sowie Umweltverträglichkeitsprüfung und -minderung. Im Rahmen eines internationalen Masterprogramms besuchte er Universitäten in Portugal, Italien und Frankreich und arbeitete in Forschungszentren in ganz Europa. Die Erforschung und der Schutz unentdeckter, unberührter Meereslebensräume sind sein Hauptinteresse. Aktuell erforscht er marine Tierwälder in der Mesophotikzone.