Wirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme von Mikroorganismen im Eisschild
Das EU-finanzierte Projekt EMoGrIS hat jetzt für das von Mikroorganismen dominierte Ökosystem auf der Gletscheroberfläche des Grönländischen Eisschilds ein theoretisches Gerüst geliefert und ein Werkzeug zur Vorhersage möglicher Veränderungen am Ökosystem entwickelt. Außerdem wurde das Grönländische Eisschild als Modell-Ökosystem für Untersuchungen der Biogeografie von Mikroorganismen und Mustern in der biologischen Vielfalt etabliert. Klimaerwärmung verändert Eisschild Das supraglaziale Ökosystem des Grönländischen Eisschilds befindet sich auf der obersten Eisschicht des Gletschers, die mit der Atmosphäre in Berührung kommt und Sonnenstrahlung, atmosphärischen Staubablagerungen, Aerosolen und mikrobiellen Krankheitserregern ausgesetzt ist. Der Eisschild enthält abgegrenzte Ökosysteme wie zum Beispiel schmelzenden Schnee, blankes Eis und Oberflächenablagerungen (Kryokonit), in denen vielfältige Gemeinschaften von Mikroorganismen leben und eine signifikante biologische Aktivität herrscht. Die Mikroorganismen an der Oberfläche haben zudem einen Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf und könnten die Reflexionsfähigkeit des Eises senken, wodurch mehr Eis schmilzt und das physikalische Verhalten des Eisschilds verändert wird. „Das Ökosystem an der Oberfläche des Eisschilds könnte durch lebende Zellen, organische Kohlenstoffe und andere Nährstoffe, die mit dem Schmelzwasser ausgespült werden, signifikanten Einfluss auf angrenzende Ökosysteme an Land und im Meer haben. Aufgrund der Klimaerwärmung verändert es sich extrem schnell“, warnt Dr. Marek Stibal, der als Forscher am Projekt beteiligt ist. Um diese Prozesse besser zu verstehen, wurden mit mathematischer Formulierung, Verifizierung und Validierung ein konzeptionelles Modell des Oberflächenökosystems des Eisschilds sowie darauf aufbauende Simulationen zukünftiger Klimaszenarien erstellt. Auch ein Stichprobenverfahren wurde ausgearbeitet, mit dem relevante ökologische Hypothesen wie zum Beispiel das Verhältnis von Diversität und Produktivität getestet werden können. Modell zeigt bisher Unbekanntes Das Modell ist prozessbasiert und auf organischen Kohlenstoff ausgerichtet, d. h. es bildet Prozesse wie die Kohlenstoffflussrate im Laufe der Zeit ab. Ziel war die Simulation von Prozessen im Kohlenstoffkreislauf auf der Oberfläche des Grönländischen Eisschilds. Dazu wurden gelöster und ungelöster organisch gebundener Kohlenstoff, autotrophe und heterotrophe Biomasse sowie Variablen wie atmosphärische Niederschläge, Auswaschen durch Schmelzwasser, Primärproduktion und Respiration einbezogen. Das Modell wurde auch mit meteorologischen Daten (Oberflächentemperatur, Oberflächenschmelze, einfallende Strahlung) getestet. Durch Variation dieser Faktoren können die Wissenschaftler das Ergebnis des Modells beeinflussen. So entstehen Simulationen des zukünftigen Klimas mit höheren Oberflächentemperaturen und einer längeren Schmelzsaison, mit denen die Zukunft des Ökosystems vorhergesagt werden kann. Die Ergebnisse zeigen wie wenig bisher über das System bekannt war. „Ich arbeite jetzt seit fast zehn Jahren am Grönländischen Eisschild, aber das Modell, das ich entwickelt habe, hat einige Prozesse aufgezeigt, die wir noch gar nicht quantifiziert haben oder noch nicht mal wissen, dass wir sie quantifizieren sollten, weil sie als integrale Bestandteile des Ökosystems für dessen Funktionieren unerlässlich sind“, beobachtet Dr. Stibal. „Wir haben zum Beispiel eine recht gute Vorstellung davon, was im Sommer, also der Schmelzsaison, im Kohlenstoffkreislauf des Eisschilds passiert, aber wir wissen überhaupt nichts über die Aktivität im Winter.“ EMoGrIS ist für alle Forscher von Bedeutung, die sich für die Zukunft des Grönländischen Eisschilds interessieren, seien es Biologen, Ökologen, Geochemiker oder Gletscherforscher, aber auch für all diejenigen, die von Veränderungen der Eismassen betroffen sind. Die Arbeiten bilden außerdem die Grundlage für weitere Forschung an Mikroorganismen, die von der Oberfläche des Eisschilds geschwemmt werden, und Mustern der biologischen Vielfalt in phylogenetischen und funktionellen Gruppen von Mikroorganismen.
Schlüsselbegriffe
EMoGrIS, supraglaziales Ökosystem, ökologische Modellierung, Grönländischer Eisschild, Klimawandel
