Simulierter Tiefseebergbau stört das Nahrungsnetz am Meeresboden langfristig

Tiefseebergbau könnte eine Möglichkeit bieten, dem zunehmenden Bedarf an seltenen Metallen zu begegnen. Seine Umweltauswirkungen sind vermutlich erheblich, dennoch sind sie nur wenig erforscht und es fehlt an klaren regulierenden Standards. Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen beschreiben nun gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus den Niederlanden, Belgien, Portugal, Deutschland und Großbritannien, dass Störungen durch Tiefseebergbau langfristige Auswirkungen auf den Kohlenstofffluss und den mikrobiellen Kreislauf in Tiefseeböden haben. Ihre Ergebnisse präsentieren sie in der Zeitschrift Progress in Oceanography.

Die Tiefsee ist weit weg und es ist schwer, sich ein Bild von ihr zu machen. Stellt man sie sich vor, dann meist als einen kalten und lebensfeindlichen Ort. Dennoch ist dieser ferne Lebensraum direkt mit unserem Leben verbunden, bildet er doch einen wichtigen Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Außerdem ist der Tiefseeboden an vielen Stellen mit metallhaltigen Knollen und Krusten bedeckt, die wirtschaftliche Interessen wecken. Es fehlt an klaren Standards, die deren Abbau regulieren und verbindliche Grenzwerte für die Auswirkungen auf die dort lebenden Organismen festlegen.

Verringerter Umsatz von Kohlenstoff

Ein internationales Team von Forschenden um Tanja Stratmann vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen und der Universität Utrecht, Niederlande, sowie Daniëlle de Jonge von der Heriot-Watt-Universität in Edinburgh, Schottland, hat nun das Nahrungsnetz des Tiefseebodens untersucht. Sie wollten herausfinden, ob und wie es sich durch Störungen, wie sie beispielsweise durch Bergbauaktivitäten verursacht werden, verändert.

Dazu reisten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in das so genannte DISCOL-Gebiet im tropischen Ostpazifik, etwa 3000 Kilometer vor der Küste Perus. Dort hatten im Jahr 1989 deutsche Forschende in einem Manganknollengebiet in 4000 Metern Wassertiefe den Meeresboden auf einer Fläche mit gut dreieinhalb Kilometern Durchmesser mit einer Egge umgepflügt, um einen Abbau zu simulieren. „Auch 26 Jahre nach dieser Störung konnten wir die Pflugspuren auf dem Meeresboden klar erkennen“, beschreibt Stratmann das Gebiet. Frühere Studien hatten gezeigt, dass sich die Häufigkeit und Dichte von Mikroorganismen dort nachhaltig verändert hatte. „Jetzt wollten wir herausfinden, was das für den Kohlenstoffkreislauf und das Nahrungsnetz dieses Lebensraums bedeutet.“

„Wir haben uns alle Teile und verschiedenen Ebenen des Ökosystems angesehen, um herauszufinden, wie sie als Team zusammenarbeiten,“ erklärte de Jonge, die das Projekt im Rahmen ihrer Masterarbeit am Königlich Niederländischen Institut für Meeresforschung (NIOZ) und an der Universität Groningen, Niederlande, durchgeführt hat. Die Forschenden berechneten die Kohlenstoffflüsse zwischen lebenden und nichtlebenden Teilen des Ökosystems und summierten sie als Maß für die „ökologische Größe“ des Systems.

Die langfristigen Folgen des Bergbau-Simulationsexperiments waren erheblich. Der gesamte Durchsatz von Kohlenstoff im Ökosystem war deutlich reduziert. „Besonders der mikrobielle Teil des Nahrungsnetzes war stark betroffen – viel stärker, als wir erwartet hatten“, sagt Stratmann. „Mikroben sind für ihre hohen Wachstumsraten bekannt. Daher würde man erwarten, dass sie sich schnell erholen. Stattdessen war der mikrobielle Kohlenstoffkreislauf im so genannten „microbial loop“ um mehr als ein Drittel reduziert,“ so Stratmann.

Auf höhere Organismen wirkte der simulierten Tiefseebergbau ganz unterschiedlich. „Einigen Tieren schien es nichts auszumachen, andere hatten sich noch nicht ganz von der Störung erholt. Die Artenvielfalt war dadurch reduziert,“ so de Jonge. „Der Kohlenstofffluss in diesem Teil des Nahrungsnetzes war insgesamt ähnlich oder sogar höher als in ungestörtem Tiefseeboden.“

Ein veränderter Tiefseeboden könnte anfälliger für den Klimawandel sein

Der simulierte Tiefseebergbau führte dazu, dass sich die Kohlenstoffquellen der ansässigen Tiere veränderten. Gewöhnlich ernähren sich kleine Tiere von Detritus (Tier- und Pflanzenreste, die durchs Wasser herabsinken) und Bakterien im Meeresboden. In den gestörten Gebieten, in denen weniger Bakterien lebten, fraßen sie entsprechend mehr Detritus. Die möglichen Folgen davon werden ein Gegenstand von de Jonge‘s Doktorarbeit sein. „Zukünftige Klimaszenarien sagen voraus, dass die Menge und Qualität des Detritus, der den Meeresboden erreicht, sinken wird. Daher ist es angesichts des Klimawandels besonders interessant, diese Ernährungsumstellung der Tiefseetiere zu untersuchen,“ freut sie sich auf die bevorstehende Arbeit.

„Man muss auch bedenken, dass eine Störung durch echten Tiefseebergbau viel schwerer sein wird als die, die wir hier betrachten“, fügte sie hinzu. „Je nachdem, welche Technologie benutzt wird, wird sie wohl die obersten 15 Zentimeter des Sediments über eine deutlich größere Fläche entfernen. Das vervielfacht den Effekt und verlängert die Erholungszeiten erheblich.“

Weitere Informationen:
Metallhaltige Knollen und Krusten bedecken viele Tausend Quadratkilometer des weltweiten Tiefseebodens. Sie enthalten vor allem Mangan und Eisen, aber auch die wertvollen Metalle Nickel, Kobalt und Kupfer sowie einige der High-Tech-Metalle der seltenen Erden. Da sich diese Ressourcen an Land in Zukunft verknappen könnten – etwa durch den künftigen Bedarf in Batterien, Elektromobilität und digitale Technologien – sind die Lagerstätten im Meer wirtschaftlich sehr interessant. Noch gibt es keine marktreife Technologie für den Tiefseebergbau. Doch schon jetzt ist klar: Eingriffe in den Meeresboden beeinträchtigen die betroffenen Gebiete massiv und nachhaltig. Studien haben gezeigt, dass viele sesshafte Bewohner der Meeresboden-Oberfläche auf die Knollen als Substrat angewiesen sind und noch Jahrzehnte nach einer Störung im Ökosystem fehlen. Auch Auswirkungen auf Tiere, die in den Meeresböden leben, wurden nachgewiesen.

Beteiligte Institutionen

HGF MPG Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und -Technologie, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen, Deutschland, und Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven, Deutschland
Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universität Groningen, Groningen, Niederlande
NIOZ Royal Netherlands Institute for Sea Research, Yerseke, Niederlande
Department of Earth Sciences, Universität Utrecht, Niederlande
Marine Biology Research Group, Universität Gent, Belgien
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Bremen, Deutschland
Departamento de Biologia & Centro de Estudos do Ambiente e do Mar (CESAM), Universidade de Aveiro, Portugal
National Oceanography Centre, University of Southampton Waterfront Campus, Großbritannien
Deep-Sea Ecology and Biogeochemistry Research Group, The Lyell Centre for Earth and Marine Science and Technology, Heriot-Watt University, Edinburgh, Großbritannien

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Tanja Stratmann
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Telefon: +49 421 2028-984
E-Mail: tstratma@mpi-bremen.de

Dr. Fanni Aspetsberger
Pressesprecherin
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Telefon: +49 421 2028-947
E-Mail: faspetsb@mpi-bremen.de

Originalpublikation:

Daniëlle S.W. de Jonge, Tanja Stratmann, Lidia Lins, Ann Vanreusel, Autun Purser, Yann Marcon, Clara F. Rodrigues, Ascensão Ravara, Patricia Esquete, Marina R. Cunha, Erik Simon-Lledó, Peter van Breugel, Andrew K. Sweetman, Karline Soetaert, Dick van Oevelen (2020): Abyssal food-web model indicates faunal carbon flow recovery and impaired microbial loop 26 years after a sediment disturbance experiment, Progress in Oceanography, October 2020.
DOI: 10.1016/j.pocean.2020.102446

Weitere Informationen:

https://www.mpi-bremen.de/Simulierter-Tiefseebergbau-stoert-das-Nahrungsnetz-am-…