Tropische Korallenriffe stehen aufgrund der globalen Klimaerwärmung unter Druck. Die bunten Lebenswelten bleichen zunehmend, dort beheimatete Tiere und Pflanzen wandern ab oder sterben und eine Erholung wird wegen der häufigeren Hitzewellen im Meer immer schwieriger. Seit 2023 wird erneut eine globale Bleiche beobachtet – zum vierten Mal seit 1998. Laut der International Coral Reef Initiative sind derzeit 84 Prozent der tropischen und subtropischen Riffe betroffen. Diese Zahlen zeigen, wie verletzlich Korallenriffe auf steigende Meerestemperaturen reagieren und wie notwendig Forschung auf diesem Gebiet ist.

Seit 2022 untersucht das DFG-Schwerpunktprogramm „Tropische Klimavariabilität & Korallenriffe“ (SPP 2299), wie Korallen auf Stress durch hohe Wassertemperaturen reagieren und warum einige Populationen widerstandsfähiger erscheinen. Thomas Felis, Geowissenschaftler am MARUM – Zentrum für marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen, hatte zusammen mit der Geowissenschaftlerin Miriam Pfeiffer von der Universität Kiel die Idee für das Programm und koordiniert den Verbund seit 2022. Deutschlandweit arbeiten 42 Forschende aus 15 verschiedenen Einrichtungen zusammen. Eine der leitenden Hypothesen: Korallen, die bislang seltener bleichen, könnten früher bereits Hitzestress erlebt und sich langfristig angepasst haben.

Kalkschichten dokumentieren Meerestemperaturen und Umweltzustand

Um das zu prüfen, erstellen die Wissenschaftler:innen Zeitreihen zur Temperaturentwicklung an verschiedenen Riffen und analysieren die chemische Zusammensetzung von Korallenskeletten. Dazu entnehmen sie Bohrkerne aus Korallenkolonien – ein Verfahren, das die Umweltgeschichte eines Riffs nachvollziehbar macht.

Die feinen Jahresschichten der Koralle werden per Röntgenaufnahme sichtbar. Ähnlich wie Baumringe erscheinen sie im Jahresverlauf mal heller, mal dunkler. „Diese durchschnittlich ein Zentimeter dicken Jahresbänder sind ein Kalender, der den Umweltzustand dokumentiert“, sagt Felis. „Wir können monatsgenau, teilweise sogar wochengenau die jeweilige Temperatur nachverfolgen.“

In einem zweiten Schritt werden kleine Löcher in den Korallenkern gebohrt und Kalkpulver-Proben entnommen, die im Labor analysiert werden. Auf diese Weise entstehen Temperaturzeitreihen, die mehrere Jahrhunderte zurückreichen können. Neben den Temperaturinformationen halten die chemischen Zeitreihen aber auch Hinweise zu Salzgehalt des Wassers oder pH-Werten fest. So zeigen sie weitere Umwelteinflüsse wie die örtliche Ozeanversauerung, Verschmutzung mit Schadstoffen oder zu hohe Nährstoffgehalte - alles weitere Stressfaktoren für Korallen.

Wie Korallen mit Hitzestress umgehen

Erste Ergebnisse nach drei Jahren Forschung zeigen schwankende Kurven – deren Mittelwert im Laufe der Jahrzehnte ansteigt und immer wieder durch markante, spitze Ausschläge geprägt ist. „Die Ausschläge nach oben gehen auf Jahre mit einem El-Niño-Ereignis zurück“, sagt Felis. El Niño ist ein alle paar Jahre wiederkehrendes Klimaphänomen im tropischen Pazifik. Winde und Meeresströmungen ändern sich kurzzeitig und die Temperaturen im äquatornahen Pazifik steigen. „Durch höhere Wassertemperaturen im Zuge von El Niño können wir in den Bohrkernen ablesen, wie die Korallen mit dem Hitzestress umgegangen sind“, sagt Felis.

Entscheidend für den Umgang mit Hitzestress ist das Zusammenspiel zwischen Korallen und den Mikroalgen, die sie beherbergen. Denn Korallen gehen eine Symbiose mit Mikroalgen ein, die ihnen die bunte Farbe verleihen. Die Alge bekommt Schutz und liefert dafür Nahrung und Energie für ihren Wirt. Wird das Wasser aber zu warm, produziert die Alge Giftstoffe und die Koralle stößt sie ab. Damit verliert sie ihre Farbe und wird kalkweiß. Sinken die Temperaturen rechtzeitig, lassen die Korallen die Algen wieder einziehen und sie erholen sich.

„Wir haben in Aquarien-Experimenten beobachtet, dass nach einer Bleiche teilweise etwas andere, hitzetolerantere Algen wieder einziehen“, sagt Thomas Felis. Ein Hinweis darauf, dass sich einige Korallen anpassen können. Allerdings weisen die chemischen Analysen immer wieder zeitlich oder räumlich begrenzte Veränderungen auf, deren Ursachen derzeit weiter untersucht werden. Unterschiede zwischen Meeresregionen spielen eine große Rolle. „An der Uni Bremen haben wir beispielsweise Riffe in der Andamanensee, westlich von Thailand, untersucht“, berichtet Felis. „Hier konnten wir zeigen, dass eine natürliche Strömung aus der Tiefe kaltes Wasser aufsteigen lässt und Riffe während mariner Hitzewellen zeitweise kühlt. Dort fällt die Bleiche geringer aus – nicht wegen höherer Resistenz, sondern aufgrund der regionalen Bedingungen.“

Enger Austausch im Team

Felis betont, wie wichtig der enge Austausch in dem interdisziplinär ausgerichteten DFG-Schwerpunktprogramm ist. Forschende aus 16 Nationen sowie unterschiedlichen Fachgebieten der Klima-, Umwelt-, und Ökosystemforschung arbeiten eng zusammen, um tropische Klimaschwankungen und ihre Auswirkungen auf Korallenriff-Ökosysteme besser zu verstehen.

„Die rekonstruierten Zeiträume aus der Vergangenheit bis zur Gegenwart bilden eine wichtige Grundlage, um Entwicklungen des tropischen Meeresklimas einzuschätzen. Das ist uns nur dank der fachübergreifenden Zusammenarbeit gelungen“, resümiert Felis zum Ende der ersten Förderperiode. „In den kommenden Jahren sollen die Erkenntnisse vertieft werden – mit dem Ziel, dazu beizutragen, dass zumindest ein Teil der bedrohten Korallenriff-Ökosysteme erhalten bleibt.“

Im ersten Halbjahr 2026 übernimmt Miriam Pfeiffer aus Kiel die Koordination für die zweite Förderphase, die weitere drei Jahre bis 2028 läuft.

Weitere Informationen

Zur Projektwebsite „Tropical Climate Variability & Coral Reefs“ Oder auf Instagram, Bluesky und Mastodon, jeweils unter @climatereefs