Die Arktis im Wandel
Zwölf deutsch-britische Forschungsprojekte zum Wandel in der Arktis nehmen ihre Arbeit auf. Kaum eine Region hat sich in den vergangenen Jahrzehnten so stark erwärmt wie die Arktis. Ziel der Projekte ist es, den Einfluss dieser Erwärmung auf das globale Klima und auf die Lebensgemeinschaften in den Polarregionen zu untersuchen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das britische Natural Environment Research Council (NERC) investieren mehr als 9 Millionen Euro und tragen damit entscheidend dazu bei, eine der unwirtlichsten Regionen unseres Planeten besser zu verstehen. Zwei der Projekte werden von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) geleitet.
Messung der Dicke des Meereises im Arktischen Ozean mit Hilfe von Eisbohrern. Das Forschungsschiff im Hintergrund ist die RV Polarstern, ein deutscher Eisbrecher des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.
Foto: Stefan Hendricks, Alfred-Wegener-Institut
Bundesforschungsministerin Anja Karliczek betont besonders die Bedeutung internationaler Zusammenarbeit für die Arktisforschung: „Was in der Arktis geschieht beeinflusst stark das weltweite Klima und damit auch uns in Europa. Angesichts der schnellen und tiefgreifenden Veränderungen des Klimas in der Arktis ist Forschung notwendig – denn dieser Wandel betrifft uns alle. Deshalb starten wir gemeinsam mit Großbritannien diese wichtige Zusammenarbeit in der Arktisforschung und werden im Oktober dieses Jahres das ‘2nd Arctic Science Ministerial‘ in Berlin ausrichten. Gemeinsam mit Wissenschaftsministern aus aller Welt und mit Vertreterinnen und Vertretern der indigenen Völker der Arktis werden wir die großen gesellschaftlichen Herausforderungen in der Arktis diskutieren.“ Im Herbst 2019 wird zudem unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts das deutsche Forschungsschiff Polarstern zur MOSAiC Expedition aufbrechen, um sich für ein ganzes Jahr im nördlichen Eis einfrieren zu lassen und mit der Drift die zentrale Arktis zu durchqueren. An dieser einmaligen Expedition werden auch Wissenschaftler der deutsch-britischen Initiative teilnehmen.
Internationale Arktisforschung
Probenahme zur Bestimmung der Biodiversität in einem Schmelzteich auf dem Meereis des Arktischen Ozeans.
Foto: Mar Fernandez, Alfred-Wegener-Institut
Professor David Thomas von der Universität Bangor ist Vorsitzender des Programmbeirats und erklärt die wichtige Rolle der internationalen Arktisforschung: „Internationale Zusammenarbeit ist von zentraler Bedeutung, wenn wir verstehen wollen, wie sich der Klimawandel auf den Arktischen Ozean auswirkt. Diese gemeinsame Initiative Großbritanniens und Deutschlands in Zusammenarbeit mit anderen internationalen Partnern wie Norwegen, Kanada und Südkorea bündelt Ressourcen, indem beispielsweise die Polarforschungsschiffe beider Länder eingesetzt und das Wissen und die Expertise von Wissenschaftlern aus beiden Ländern zusammengeführt werden. Angesichts der noch nie gekannten Erwärmung der Arktis wird diese grundlegende Forschungsarbeit aufzeigen, wie sich der Klimawandel auf das marine Leben in der Region auswirkt, und uns dabei helfen zu verstehen, welche Auswirkungen dies auch für uns hier haben könnte.“
Der britische Wissenschaftsminister Sam Gyimah sagt: „Ich bin stolz darauf, dass Großbritannien eine führende Rolle im Kampf gegen den Klimawandel und seinen negativen Auswirkungen spielt. Mit unserer heute angekündigten Initiative bringen wir Weltklasseforscher aus Großbritannien und Deutschland zusammen, die gemeinsamen einen zentralen Beitrag dazu leisten werden, dass wir die Veränderungen des marinen Lebens im Arktischen Ozean besser verstehen können. In unserer aktuellen Industrial Strategy haben wir uns verpflichtet, 2,4% des BIP für Forschung und Entwicklung zu den großen globalen Herausforderungen wie dem Klimawandel aufzuwenden, damit künftige Generationen in einer besseren Welt leben können.“
Die Arktis verstehen
Das Royal Research Ship (RRS) James Clark Ross ist ein Versorgungs- und Forschungsschiff der British Antarctic Survey, benannt nach dem englischen Forscher James Clark Ross (1800-1862).
Foto: British Antarctic Survey (https://www.bas.ac.uk/)
Durch das Abschmelzen von Gletschern und Meereis sind die Polarregionen besonders schwerwiegend vom Klimawandel betroffen. Zudem schreitet die Erwärmung in der Arktis doppelt so schnell voran wie in anderen Regionen der Erde. Der Einfluss auf das sensible Ökosystem ist damit nur schwer vorhersagbar. Sicher ist aber: Der fortschreitende Verlust dieses Lebensraums bedroht sowohl die dort lebenden Tiere als auch Pflanzen und Mikroorganismen.
Jegliche Verringerung der Eisbedeckung beeinflusst das gesamte Nahrungsnetz und damit auch die Arktisfischerei. Das ganze Ausmaß dieser Veränderung ist bisher nicht verstanden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler setzen daher auf eine bessere Datengrundlage, um Computermodelle zu optimieren und belastbare Vorhersagen erstellen zu können. Mit den heute startenden Projekten der 32 beteiligten britischen und deutschen Forschungseinrichtungen wird das Changing Arctic Ocean (CAO) Programm dazu beitragen, diese Herausforderungen anzugehen.
Zwölf Forschungsprojekte
Die zwölf Forschungsprojekte werden viele der entscheidenden Effekte des Klimawandels auf das Arktische Ökosystem untersuchen. Das Abschmelzen des Meereises nimmt hier eine zentrale Rolle ein, da dies wiederum massive Änderungen für das Ökosystem nach sich zieht. So führt der Rückgang des Meereises zu einem veränderten Lichtklima (Projekt Eco-Light), setzt verschiedene Schadstoffe und Plastikpartikel frei (Projekt EISPAC) und erzeugt eine größere Meeresoberfläche, über die dann verstärkt Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen können (Projekt PETRA).
Wie sind Nährstoffe, organische Schadstoffe und Mikroplastik in der Arktis verteilt? Wie werden die Stoffe von schmelzendem Eis freigesetzt? Und wie viele befinden sich in der Wassersäule? Diesen Fragen widmen sich Forschende des Helmholtz-Zentrums Geesthacht im Projekt EISPAC (Effects of ice stressors and pollutants on the Arctic marine cryosphere). Die Wissenschaftler möchten herausfinden, wie viele dieser Substanzen in die arktischen Systeme, in dem Fall in die Eisflächen und in das Wasser, gelangen und wie diese in das arktische Nahrungsnetz einfließen. Außerdem untersuchen sie, wie die Stoffe auf und im Eis selbst verändert werden.
Dazu wird es mehrere Fahrten mit dem deutschen Forschungsschiff POLARSTERN geben, auf denen die Forschenden Wasser- und Eisproben sammeln. Anschließend werden diese in den Laboren in Deutschland und Großbritannien analysiert und die Daten ausgewertet.
„Die Arktis ist wahnsinnig spannend, weil sie sich so schnell verändert – und weil es kaum direkte menschliche Einflüsse gibt. Über die Einflüsse auf Nährstoffumsätze wissen wir bislang noch nicht viel, weil dieses Gebiet schwer zu untersuchen ist. Deshalb ist EISPAC eine große Chance für uns, das System besser zu verstehen“, so Dr. Kirstin Dähnke, Leiterin des Projektes EISPAC auf deutscher Seite. Dähnke forscht am HZG in der Abteilung „Aquatische Nährstoffe“ im Institut für Küstenforschung.
HZG-Beteiligung
Dr. Kirstin Dähnke (Leiterin des Projekts)
Prof. Dr. Ralf Ebinghaus
Dr. Tina Sanders
Dr. Zhiyong Xie
Beteiligte Institutionen
CEFAS
Lancester University
University of East Anglia
Biogeochemie im Küstenmeer, Institut für Küstenforschung
Tel: +49 (0)4152 87-1865
E-Mail KontaktHelmholtz-Zentrum Geesthacht,
Zentrum für Material- und Küstenforschung
Der Rückgang der Eisbedeckung hat außerdem einen entscheidenden Einfluss auf die Ozeanströmungen, sodass sich Nährstoffe im Atlantik, Pazifik und im Arktischen Tiefenwasser verändern werden (Projekte APEAR und PEANUTS). Dies wiederum bestimmt, wie erfolgreich sich Mikroorganismen, die die Grundlage des Arktischen Nahrungsnetzes bilden, an der sonnendurchfluteten Oberfläche (Projekt Micro-ARC) und an der Unterseite des Meereises (Projekt Diatom-ARCTIC) an den Klimawandel anpassen können. Wann, wo und wie diese Mikroorganismen verfügbar sind hat einen entscheidenden Einfluss auf die sensiblen Nahrungsnetze und damit weitreichende Konsequenzen auch für die hochproduktiven Fischereigründe des Ökosystems (Projekte Coldfish und MiMeMo).
Welche Auswirkungen haben die Folgen des Klimawandels auf das Nahrungsnetz in der Arktis? Um das herauszufinden, entwickeln die Forschenden mathematische Modelle am Computer. Das Ökosystem Arktis wird hierbei von den kleinsten Organismen, den Mikroben, bis hin zu den größten Lebewesen, der sogenannten Megafauna, analysiert. „Die Auswirkungen des Klimawandels sind in der Arktis besonders spürbar und die Tatsache, dass durch die Klimaerwärmung das Eis immer weiter zurückgeht, führt zu ganz grundlegenden Veränderungen sowohl in den räumlichen und zeitlichen Mustern des Arktischen Ökosystems als auch in der Zusammensetzung des Nahrungsnetzes“, so Dr. Ute Daewel, Leiterin des Projektes MiMeMo. Die Wissenschaftlerin arbeitet im Institut für Küstenforschung in der Abteilung „Stofftransport und Ökosystemdynamik. „Unser Ziel in MiMeMo ist es daher, diese Veränderungen umfangreich mit Hilfe angepasster Modellsimulationen zu untersuchen. Dabei geht es auch darum zu verstehen, welche wirtschaftliche und gesellschaftliche Bedeutung die Veränderungen haben.”
HZG-Beteiligung
Dr. Ute Daewel (Leiterin des Projekts)
Prof. Dr. Corinna Schrum
Dr. Richard Hofmeister
Beteiligte Institutionen
University of St. Andrews
University of Strathclyde
Systemanalyse und Modellierung, Institut für Küstenforschung
Tel: +49 (0)4152 87-2821
E-Mail KontaktHelmholtz-Zentrum Geesthacht,
Zentrum für Material- und Küstenforschung
Auch die an Land stattfindenden Änderungen haben einen enormen Einfluss auf das marine Ökosystem. Die Erwärmung der Arktis hat bereits ein massives Auftauen der Permafrost-Böden und einen erhöhten Frischwasser Eintrag in den Ozean zur Folge. Die zusätzlich eingetragenen Nährstoffe, Spurengase und Toxine beeinflussen wiederum sowohl die Primärproduktion als auch die Ozeanversauerung (Projekt CACOON). Die steigenden Temperaturen begünstigen die Einwanderung neuer Arten aus subpolaren Gebieten (Projekte CHASE und LOMVIA).
Im britischen CAO Programm erforschen bereits seit Februar 2017 vier große Verbundprojekte (ARISE, Arctic PRIZE, ChAOS, DIAPOD) die Arktis im Wandel. In diesen Projekten arbeiten 80 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an insgesamt 18 verschiedenen Institutionen. Mit den gemeinsam von NERC und BMBF geförderten Projekten werden nun 170 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an 32 in Großbritannien und Deutschland angesiedelten akademischen Einrichtungen zum Forschungsprogramm beitragen. Eine wichtige Komponente für eine erfolgreiche Arktisforschung ist die internationale Zusammenarbeit. Um die Programmziele optimal umzusetzen, kooperieren die Wissenschaftler des CAO Programms eng mit Arktischen Forschergruppen aus 15 verschiedenen Ländern. Die Ergebnisse des Programmes sollen verbesserte Vorhersagen zum Klimawandel in der Arktis ermöglichen und somit Entscheidungswissen generieren, das sowohl der indigenen Bevölkerung als auch der internationalen Arktispolitik zugutekommen wird.