Artenverschiebung aufgrund von Kipppunkt im Humboldt-Strom vor Peru

Das Meer vor der Westküste Südamerikas gehört heute zu den vitalsten und ertragreichsten Fischgründen der Erde. Rund acht Prozent der globalen Fangmenge an Meerestieren kommt aus den Gebieten vor den Küsten Perus, wo der oberflächennahe Humboldtstrom für eine hohe Nährstoffzufuhr und damit für ausreichend Nahrung für kommerziell genutzte Fischarten wie die Sardelle sorgt. Allein zehn Prozent der gesamten weltweiten Fangmenge an Sardellen kommt aus der Region. Ein Großteil davon wird zu Fischmehl und -öl verarbeitet und überwiegend in Aquakulturen in China und Norwegen verfüttert. Die Fangmengen für die Sardelle im Humboldt-Auftriebssystem sinken derzeit jedoch erheblich, während kleinere Schwarmfische wie die Grundel zunehmen. Die Ursachen für die Verschiebung der Arten sind bisher noch unklar und Gegenstand der aktuellen Studie.

Forschende des Instituts für Geowissenschaften an der Universität Kiel haben gemeinsam mit Kollegen des GEOMAR Helmholtz Zentrums für Ozeanforschung sowie internationalen Partnern zum ersten Mal die Zusammenhänge zwischen Temperatur, Sauerstoffgehalt, Nährstoffversorgung und dem Vorkommen einzelner Fischarten mit Hilfe von paläo-ozeanographischen Daten aus dem Humboldtstrom-Gebiet untersucht. Dabei konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die ältere Warmzeit vor rund 125.000 Jahren (Eem-Interglazial). Während dieser Zeit herrschten ähnliche Bedingungen wie sie Klimaprojektionen (z.B. der IPCC-Report) spätestens für das Ende des 21. Jahrhunderts vorhersagen: D.h. eine vergleichbare Primärproduktion, aber Wassertemperaturen um zwei Grad Celsius höher als heute und verstärkter Sauerstoffmangel in mittleren Wassertiefen.

Für ihre paläo-ozeanographischen Untersuchungen analysierten die Wissenschaftler an der Uni Kiel vor allem kleine Fischwirbel, die sie aus den Sedimentkernen isolieren konnten. Demnach dominierten in der älteren Warmzeit vor allem kleinere, grundelartige Fische in den Küstengewässern, während die Sardelle nur einen geringen Anteil ausmachte. Fische mit geringerer Körpergröße können sich besser an wärmere Temperaturen anpassen. Sie behalten ihre hohe Aktivität selbst in sauerstoffärmeren Gewässern dank ihrer größeren Kiemenoberfläche im Verhältnis zu ihrem Körpervolumen.

„Die Bedingungen dieser vergangenen Warmzeit, die wir aus unseren Proben rekonstruieren konnten, lassen sich durchaus mit der aktuellen Entwicklung vergleichen und in Zusammenhang mit den Zukunftsszenarien setzen,“ sagt Erstautor der Studie, Dr. Renato Salvatteci, der zurzeit im Center for Ocean and Society des Forschungsschwerpunktes Kiel Marine Science (KMS) an der Universität Kiel im BMBF geförderten Projekt Humboldt-Tipping forscht. „Es gibt demnach einen eindeutigen Regime-Shift hin zu kleineren Fischen, die sich in den warmen, sauerstoffärmeren Bedingungen wohlfühlen. Wir schließen aus unseren Ergebnissen, dass die Folgen des menschengemachten Klimawandels stärkeren Einfluss auf die Entwicklung der Bestände in der Region haben können als bisher angenommen,“ so Salvatteci weiter. Kleinere Fische sind schwieriger zu fangen und weniger schmackhaft. Die Auswirkungen auf die Region Peru, das Einkommen der lokalen Fischerei und den weltweiten Handel an Sardellen könnten demnach weitreichende Folgen haben – möglicherweise auch für die globale Ernährungssicherheit.

„Unsere Untersuchungen anhand der Sedimentkerne können uns ziemlich genau Auskunft geben über die Veränderungen und deren Dynamik in hochproduktiven Küstengewässern weltweit, die sich im Zuge unterschiedlicher Klimazustände und über verschiedene Zeitskalen hinweg vollzogen haben,“ erklärt Professor Ralph Schneider, Paläoklimaforscher am Institut für Geowissenschaften an der Universität Kiel und Co-Autor der Studie.

Aufgrund der zunehmenden Erwärmung im Humboldtstrom-Auftriebsgebiet steuert das Ökosystem nach Einschätzung der Forschenden auf einen Kipppunkt zu, ab dem sich die Sardelle zurückzieht und nicht weiter in den küstennahen Fanggründen dominiert. „Trotz einer flexiblen, nachhaltigen und anpassungsfähigen Management-Strategie, haben Biomasse und Anlandungen der Sardelle abgenommen, was darauf schließen lässt, dass wir dem ökologischen Kipppunkt näher sind als vermutet,“ resümiert der Erstautor Renato Salvatteci. Die Ergebnisse tragen dazu bei, besser einzuschätzen, inwiefern ein sich erwärmender Ozean ausreichend Nahrung für die Weltbevölkerung bereithalten kann und mit welchen Veränderungen die Menschheit für die Entwicklung von wichtigen Fischarten wie der Sardelle rechnen muss.

"Die Forschungsarbeiten zeigen wie unmittelbar sich die Störung natürlicher biogeochemischer Stoffkreisläufe auf marine Ökosysteme und die Nahrungsmittelressourcen des Menschen auswirken können", sagt Dr. Flo­ri­an Scholz. Der Bio­geo­che­mi­ker des GEO­MAR ist Mit­au­tor der Stu­die und Lei­ter der Emmy Noe­ther-For­schungs­grup­pe ICON­OX – Iron cy­cling in con­ti­nen­tal mar­gin se­di­ments and the nut­ri­ent and oxy­gen ba­lan­ce of the oce­an (Ein­fluss des Ei­sen­kreis­laufs in Kon­ti­nen­tal­rand­se­di­men­ten auf den Nähr­stoff‐ und Sau­er­stoff­haus­halt des Oze­ans).

Projektförderung:

Die Studie wurde durch den Sonderforschungsbereich (SFB) 754 „Klima-Biogeochemische Wechselwirkungen im tropischen Ozean“, ein Kooperationsprojekt der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel gefördert. Weitere Unterstützung kam aus dem BMBF-Projekt Humboldt-Tipping, das im Center for Ocean and Society koordiniert wird sowie durch die Förderung der Emmy-Noether Nachwuchsforschergruppe ICONOX am GEOMAR. Erstautor Renato Salvatteci wurde darüber hinaus mit einem Stipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung unterstützt.

Originalpublikation:
Renato Salvatteci, Ralph R. Schneider, Eric Galbraith, David Field, Thomas Blanz, Thorsten Bauersachs, Xavier Crosta, Philippe Martinez, Vincent Echevin, Florian Scholz, Arnaud Bertrand, “Smaller fish species in a warm and oxygen-poor Humboldt Current System”. DOI: 10.1126/science.abj0270