Warum überstehen manche Korallenriffe marine Hitzewellen besser als andere? Eine neue Studie in Scientific Reports zeigt, dass die Antwort nicht allein in lokalen ozeanographischen Bedingungen liegt, sondern wesentlich von Klimamustern geprägt wird, die ganze Ozeanbecken beeinflussen. Forschende, darunter auch Erstautorin Dr. Hana Camelia und Dr. Thomas Felis vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen, haben für die neue Studie langjährige ozeanographische Messreihen mit chemischen Archiven in Korallenskeletten kombiniert. Sie fanden heraus, wie großskalige Klimaschwankungen die natürliche Kühlung prägen, die Korallenriffe während mariner Hitzewellen schützen kann.
Untersucht wurde ein Korallenriff in der Andamanensee im nordöstlichen Indischen Ozean, das regelmäßig von kühlem Wasser aus tieferen Schichten profitiert. Interne Wellen und eine schwankende Thermokline – die Grenze zwischen warmem Oberflächen- und kühlerem Tiefenwasser – schieben dieses Wasser in flachere Riffzonen. Diese ozeanographischen Prozesse können Hitzestress kurzfristig abschwächen und damit deutlich reduzieren, wie sich marine Hitzewellen auswirken. Die Studie zeigt jedoch, dass diese Schutzwirkung keineswegs konstant ist, sondern stark durch großräumige Klimaschwankungen im tropischen Indopazifik geprägt wird.
Korallenskelette als Archive des Ozeans
Um die Kühlung über lange Zeiträume nachzuvollziehen, hat das internationale Team Temperaturmessungen aus tieferen Wasserschichten mit geochemischen Analysen von Korallenskeletten verglichen. Korallen fungieren dabei als natürliche Umweltarchive, die während ihres Wachstums kontinuierlich Informationen über die Bedingungen des umgebenden Meerwassers speichern.
Anhand von Strontium-zu-Calcium-Verhältnissen (Sr/Ca) im Skelett konnten vergangene Wassertemperaturen im Korallenriff rekonstruiert werden. Ergänzend lieferten Kohlenstoffisotope Hinweise darauf, wie Korallen ihren Stoffwechsel unter Hitzestress anpassten. Zusammen ermöglichen diese Proxydaten einen detaillierten Einblick sowohl in die zeitliche Dynamik der Abkühlungsereignisse als auch in die biologischen Reaktionen der Korallen.
Klimamuster bestimmen die Stärke natürlicher Refugien
Ein zentrales Ergebnis der Studie ist, dass die Kühlung im untersuchten Riff maßgeblich von zwei großen Klimaphänomenen beeinflusst wird: der El Niño–Südlichen Oszillation (ENSO) und dem Indischen-Ozean-Dipol (IOD). Diese Klimaphänomene verändern Windmuster und die Tiefe der Thermokline und bestimmen so, wie effizient kühles Wasser aus tieferen Schichten in flache Riffbereiche transportiert wird.
Besonders ausgeprägte Abkühlung trat während des außergewöhnlichen El-Niño-Ereignisses 1997/1998 auf, das mit einem starken positiven Indischen-Ozean-Dipol zusammenfiel. In dieser Phase hob sich die Thermokline ungewöhnlich stark an, so dass interne Wellen verstärkt kühleres Wasser in Richtung Riff transportieren konnten. Obwohl dieses Ereignis eine der schwersten globalen Korallenbleichen auslöste, verringerte die verstärkte Kühlung den Hitzestress am Untersuchungsstandort deutlich.
Korallen passen ihre Ernährungsstrategie an
Die chemischen Signaturen in den Korallenskeletten zeigen auch, wie flexibel Korallen auf Stress reagieren können. Unter normalen Bedingungen beziehen riffbildende Korallen den Großteil ihrer Energie aus der Symbiose mit einzelligen Algen in ihrem Gewebe. Während Bleiche-Ereignissen kann diese Symbiose jedoch gestört werden.
Die Kohlenstoffisotopen-Analysen deuten darauf hin, dass die Korallen während vieler Bleiche-Phasen verstärkt heterotroph wurden, also zusätzliche Nahrungspartikel aus dem umgebenden Wasser aufnahmen. Interessanterweise war dieser Effekt während des Ereignisses von 1998 deutlich schwächer ausgeprägt. Das deutet darauf hin, dass die außergewöhnlich starke natürliche Kühlung den Korallen half, ihre normale Ernährungsweise weitgehend aufrechtzuerhalten.
Bedeutung für den Schutz von Korallenriffen
Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Korallenrefugien nicht als dauerhaft geschützte Orte verstanden werden können. Ihre Schutzwirkung hängt vielmehr vom Zustand des großräumigen Klimasystems ab. Da sich ozeanisch-atmosphärische Zirkulationsmuster von Jahr zu Jahr und von Jahrzehnt zu Jahrzehnt verändern, schwankt auch die Wirksamkeit dieser natürlich gekühlten Riffe erheblich.
Ein besseres Verständnis dieser Dynamik ist entscheidend, um vorherzusagen, wo Korallenriffe zukünftige marine Hitzewellen überstehen können. Gleichzeitig liefert die Studie wichtige Grundlagen für den Schutz und das Management von Riffsystemen, die unter zukünftigen Klimabedingungen als potenzielle Refugien dienen könnten.
Ein dynamisches Verständnis von Riffresilienz
Statt dauerhaften Schutz vor dem Klimawandel zu bieten, wirken natürlich gekühlte Riffe als dynamische Systeme, deren Schutzfunktion mit der tropischen Klimavariabilität schwankt. Durch die Verbindung von Korallen-Geochemie mit langjährigen ozeanographischen Beobachtungen zeigt diese Studie, wie Prozesse auf Ozeanbecken-Skala das Schicksal einzelner Korallenriffe prägen.
Weil Hitzewellen im Meer immer häufiger werden, wird es immer wichtiger zu verstehen, wann und wo diese natürlich gekühlten Riffe wirksam helfen – für den Schutz der Korallenwelt in einer wärmer werdenden Welt.
Forschungsrahmen und Zusammenarbeit
Diese Studie entstand im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Schwerpunktprogramms „Tropische Klimavariabilität und Korallenriffe“ (SPP 2299). Unter der Leitung der MARUM-Forschenden Hana Camelia und Thomas Felis wurde die Studie in enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Thailand durchgeführt. Dabei wurden Expertisen aus Korallen-Geochemie, Korallenriff-Ökologie, Ozeanographie und Klimaforschung zusammengeführt, um besser zu verstehen, wie Korallenriffe auf ein sich wandelndes Klima reagieren.
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
Originalpublikation:
Camelia, H., Felis, T., Hargreaves, J. A., Kölling, M., Scheffers, S., Chavanich, S., Sangmanee, C., & Wall, M. (2026). Tropical climate modes control strength and distribution of thermal stress mitigation in a coral reef refugia. Scientific Reports, 16, 19757. https://doi.org/10.1038/s41598-026-52941-6
