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Kalte Quellen am Meeresboden: Vermehrter Sauerstoffverbrauch durch Methan

Kalte Quellen am Meeresboden: Vermehrter Sauerstoffverbrauch durch Methan

Prof. Dr. Antje Boetius und Dr. Frank Wenzhöfer, beide Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie und am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung schätzen, dass es weltweit zehntausende von kalten Quellen an Kontinentalrändern gibt, die jährlich bis zu 20 Millionen Tonnen Methan abgeben können und einer bunte Vielfalt von Röhrenwürmern, Muscheln und Krebsen ein Leben fernab vom Licht der Sonne ermöglichen. Im Rahmen der Forschungsarbeiten des Exzellenzclusters MARUM der Universität Bremen haben sie sich mit den Umsätzen von Methan und Sauerstoff in der Tiefsee beschäftigt.

Kalte Quellen und Methan
Den Forschern ist es wichtig, den Weg des potentiellen Treibhausgases Methan zu verstehen. Wie entsteht es, wohin geht es, wo sind die Lagerstätten, welche Prozesse sorgen für seinen Verbrauch und wann kommt es in die Atmosphäre?
Prof. Antje Boetius erläutert: „Methan entsteht hauptsächlich durch mikrobiellen Abbau organischer Substanzen unter Sauerstoffabschluss, also Bedingungen, wie sie im Meeresboden der Kontinentalränder vorkommen, oder durch thermische Prozesse im Erdmantel. An manchen Stellen wird das Gas aus dem Untergrund gepresst und bahnt sich seinen Weg aufwärts bis zum Meeresboden und ins darüber liegende Wasser, oder gar bis in die Atmosphäre. Das sind die sogenannten kalten Quellen, aus denen im Gegensatz zu den spektakulären 400 Grad heißen Hydrothermalquellen nur mäßig erwärmtes Wasser strömt.“

Etwa ein bis fünf Prozent aller Methanemissionen in die Atmosphäre stammen aus den Tiefseequellen. Die kalten Quellen sind das Ergebnis von tektonischen Bewegungen an aktiven Kontinentalrändern oder einfach nur durch Unterschiede in der Dichte; über Risse im Meeresboden gelangt dann das Gas an die Oberfläche und tritt aus dem Meeresboden aus. Dabei können die Austrittslöcher nicht unterschiedlicher sein, die Durchmesser reichen von Zentimeter breiten Poren bis zu Kilometern bei den Schlammvulkanen. Es gibt auch eine feste Form des Methans. Bei hohem Druck und niedrigen Temperaturen kann sich Methanhydrat bilden, eine Form, die dem biologischen Kreislauf nicht direkt zur Verfügung steht.

Methan-Filter am Meeresboden
Zum Glück für die menschliche Zivilisation strömt Methan nicht ungehindert aus dem Meeresboden in die Atmosphäre, denn die Natur nutzt auch diese Energiequellen sehr effizient. Bekannt sind zwei Hauptwege. Dort, wo Sauerstoff vorhanden ist, verwenden Mikroorganismen diesen, um das Methan zu Kohlendioxid zu verbrennen. Im Gegensatz zu dieser „aeroben“ Oxidation von Methan ist bei der sauerstofffreien „anaeroben“ Oxidation von Methan kein molekularer Sauerstoff beteiligt. Besondere mikrobielle Lebensgemeinschaften verwenden das im Meerwasser reichlich vorhandene Sulfat, um das Methan zu verbrauchen. Das toxische Produkt – stinkender Schwefelwasserstoff – wird wiederum von weiteren Mikroorganismen mit Sauerstoff veratmet. So greifen beide Prozesse in die Sauerstoffbilanz ein.

Dr. Frank Wenzhöfer erläutert: „Wir haben uns den Sauerstoffverbrauch der Lebensgemeinschaften am Meeresboden an und um diese kalten Quellen angeschaut. Verbraucher sind freilebende Mikroorganismen, aber auch solche in symbiontischen Gemeinschaften mit Muscheln und Röhrenwürmern. Diese Tiere versorgen ihre Bakterien mit Sauerstoff, um von ihnen Energie zu erhalten. Sie können dadurch unglaublich dichte Biomassen bilden. Der Sauerstoffverbrauch direkt an diesen Quellen ist dadurch im Vergleich mit der methanarmen Nachbarschaft bis zu hundertfach erhöht.“

Weitere Kohlenstoffreservoirs in der Tiefe
Die weltweite Methan-Bilanz ergibt auch, dass mehr Methan im oberen Kilometer des Meeresbodens verbraucht wird als durch mikrobielle Prozesse erzeugt werden kann. Man schätzt, dass sich dort maximal 10-20 Millionen Tonnen Kohlenstoff jährlich bilden. Doch werden ja auch in wesentlich größeren Tiefen noch Methan bildende Mikroorganismen vermutet. In Tiefen von 1-4 km unter dem Meeresboden bei Temperaturen von 30-120 Grad, die noch Leben erlauben, lagern mindestens 200 Billionen Tonnen Kohlenstoff. Hier, in der „ Tiefen Heißen Biosphäre“ („Deep Hot Biosphere“) gibt es noch mikrobielles Leben, über das wir sehr wenig wissen.

Prof. Antje Boetius erläutert: „Kalte Quellen der Tiefsee – besonders die an Schlammvulkanen – sind Fenster zu der unbekannten tiefen heißen Welt im Meeresboden und faszinierende, natürliche Laboratorien, die als Ökosystem besonders schützenswert sind. Um ihre Rolle für den Methanausstoß besser zu verstehen, sollten wir sie genau beobachten.“

Originalarbeit:
Seafloor oxygen consumption fuelled by methane from cold seeps Antje Boetius and Frank Wenzhöfer. Nature Geoscience, 29 August 2013. DOI: 10.1038/NGEO1926

Link zur Pressemitteilung: http://www.pressrelations.de/new/standard/dereferrer.cfm?r=542931

Schwarze Raucher: Experten messen Temperaturrekord im Pazifik

BGR-Experten messen Temperaturrekord im Pazifik: Hinweise auf Goldablagerungen bei Vanuatu entdeckt

Wissenschaftler der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) haben in heißen Lösungsaustritten an sogenannten „Schwarzen Rauchern“ im südwestlichen Pazifik Hinweise auf Gold- und Buntmetallablagerungen (z.B. Kupfer, Zink) entdeckt. Zudem ermittelten sie einen neuen Temperaturrekord für den pazifischen Ozean. In metallreichen Fluiden eines „Schwarzen Raucher“ stellten sie in 1850 Meter Wassertiefe eine Temperatur von +378 Grad Celsius fest.
Die außergewöhnlich hohe Temperatur wurde an einem „Schwarzen Raucher“ in einem vulkanischen Randbecken nahe des Inselstaates Vanuatu gemessen. In dieser Region werden bei hohen Temperaturen metallreiche Fluide abgeschieden, die zur Bildung 3 bis 4 Meter hoher metallreicher Schornsteine („Schwarzer Raucher“) am Meeresgrund führen.

Heißere Lösungsaustritte sind bisher nur aus dem Atlantischen Ozean bekannt. Im südwestlichen Pazifik führen sie zu einer reichhaltigen Kupfer-Zink-Vererzung – ein Anzeichen für mögliche goldreiche Metallablagerungen. Derzeit werden Proben der Ablagerungen im BGR-Labor auf ihre Zusammensetzung und die Edelmetallführung untersucht.

Die BGR-Experten machten ihre Entdeckungen während einer vierwöchigen Expedition mit Kollegen der Universität Erlangen sowie der Jacobs University Bremen. Gemeinsam waren die Wissenschaftler mit dem Forschungsschiff SONNE im Archipel Vanuatu unterwegs, um aktuelle Erzabscheidungen an untermeerischen Vulkanen zu untersuchen. Zum Einsatz kam dabei auch bis in eine Tiefe von 2000 Meter der Tauchroboter Kiel 6000 des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung.
Die Ausfahrten mit dem Forschungsschiff SONNE sind seit 35 Jahren zentraler Bestandteil der deutschen Meeresforschung. Mit dem Projekt SO-229 setzt die BGR im Verbund mit deutschen Universitäten ihre Arbeiten zu Metallanreicherungen in vulkanischen Inselketten fort.

Weitere Informationen:
http://www.bgr.bund.de/DE/Themen/MarineRohstoffforschung/Meeresforschung/Tiefseebergbau/tiefseebergbau_inhalt.html?nn=1542132

Wissenschaftler werten das Ausmaß der Ozeanversauerung aus


Die Flügelschnecke Clione limacina erreicht eine maximale Länge von 70-85 mm. Foto: M. Boeer, Alfred-Wegener-Institut

Wissenschaftler werten das Ausmaß der Ozeanversauerung aus

Bereits zum Ende dieses Jahrhunderts könnte die Ozeanversauerung das Ökosystem unserer Meere verändern. Biologen des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), haben deshalb erstmals das Ausmaß dieser bedrohlichen Veränderung bewertet. In einer neuen Studie haben sie alle verfügbaren Daten über die Reaktion von Meerestieren auf die Ozeanversauerung zusammengetragen und analysiert. Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass zwar die meisten der untersuchten Tierarten von der Ozeanversauerung betroffen, die jeweiligen Auswirkungen jedoch sehr artspezifisch sind. Die Ergebnisse der AWI-Forscher erscheinen am 25. August 2013 vorab online bei Nature Climate Change.

Die Ozeane entziehen der Luft jährlich mehr als ein Viertel des Kohlendioxids, das Menschen in die Atmosphäre freigeben. Sie bilden damit einen natürlichen Speicher, ohne den es heute auf der Erde um einiges wärmer wäre. Doch ihre Speicherkapazitäten sind begrenzt und die Aufnahme von Kohlendioxid ist nicht folgenlos. Denn löst sich Kohlendioxid im Wasser, entsteht Kohlensäure und diese lässt den pH-Wert der Meere sinken – mit Folgen für viele Meeresbewohner. In den letzten Jahren wurde daher intensiv erforscht, wie einzelne Arten auf die Kohlendioxid-Anreicherung und das saurer werdende Wasser reagieren. Bislang war das gesamte Ausmaß dieser Veränderungen auf marine Tiere jedoch weitestgehend unbekannt.

Um einen ersten Überblick zu gewinnen, haben Dr. Astrid Wittmann und Prof. Hans-Otto Pörtner vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), alle bisherigen Studien zusammengefasst, die sich mit den Konsequenzen der Ozeanversauerung für marine Arten aus fünf Tierstämmen befasst hatten: Korallen, Krebstiere, Weichtiere, Wirbeltiere wie Fische und Stachelhäuter wie Seesterne und Seeigel. Am Ende lagen ihnen insgesamt 167 Studien mit den Daten von über 150 verschiedenen Arten vor. Um diese Ergebnisse einzuordnen, verwendeten sie die Emissions-Szenarien für Kohlendioxid, die auch dem Weltklimabericht zugrunde liegen. Diese Szenarien ermöglichen es, die Auswirkungen unterschiedlicher Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre bis weit in die Zukunft vorherzusagen.

Die Ergebnisse dieser neuen Einordung sind eindeutig. „Unsere Studie hat gezeigt,
dass alle Tiergruppen, die wir betrachtet haben, negativ von erhöhten Kohlendioxidkonzentrationen betroffen sind. Vor allem Korallen, Stachelhäuter und Weichtiere reagieren sehr empfindlich auf einen sinkenden pH-Wert“, sagt Dr. Astrid Wittmann. Einige Stachelhäuter wie beispielsweise Schlangensterne weisen bereits bei Kohlendioxidwerten, die für das Jahr 2100 vorausgesagt werden, reduzierte Überlebenschancen auf. Auf Krebstiere wie die große Seespinne oder den Taschenkrebs scheinen sich dagegen erst höhere Kohlendioxidkonzentrationen auszuwirken. Die Empfindlichkeit der Tiere gegenüber einem sinkenden pH-Wert kann jedoch zunehmen, wenn gleichzeitig die Meerestemperatur steigt.

Welche Folgen die Ozeanversauerung auf die Fitness der einzelnen Arten hat, haben die Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts anhand körperlicher Merkmale bestimmt. „Wir haben beispielsweise untersucht, ob sich der Stoffwechsel, das Wachstum, die Kalkbildung oder das Verhalten bei erhöhten Kohlendioxidkonzentrationen verändern“, erklärt Prof. Hans-Otto Pörtner.

Der Grund dafür, dass verschiedene Tiergruppen unterschiedlich auf die Ozeanversauerung reagieren, liegt daran, dass sie sich in ihren Körperfunktionen grundlegend unterscheiden. Während zum Beispiel Fische körperlich sehr aktiv sind und einen zunächst fallenden pH-Wert in ihrem Blut sehr gut wieder ausgleichen können, haben es Korallen schwer. Sie verbringen ihr ganzes Leben an einem Ort und können sie einen erhöhten Kohlendioxidgehalt im Körper nicht so gut kompensieren, weil ihnen die entsprechend leistungsfähigen physiologischen Mechanismen fehlen. Ein nicht kompensierter pH-Wert in den Körperflüssigkeiten kann dann beispielsweise dazu führen, dass die Koralle in geringerem Ausmaß kalzifiziert, das heißt ihr Kalkskelett weniger vor Erosion schützt und es nicht reparieren oder ausbauen kann.

Die Vermutung, dass Fische besser mit der Ozeanversauerung zurechtkommen als Korallen, legt auch ein Blick in die Vergangenheit nahe. „Wir haben unsere Ergebnisse mit dem Massensterben von Arten vor circa 250 und 55 Millionen Jahren verglichen, als es ebenfalls hohe CO2 Konzentrationen gab. Trotz der relativ groben Aussagen, die wir mit Hilfe von Sedimentproben aus der Vergangenheit ziehen können, konnten wir ähnliche Empfindlichkeiten bei den gleichen Tierstämmen entdecken“, erzählt Prof. Hans-Otto Pörtner. So schrumpften das Verbreitungsgebiet der Korallen und die Größe der Riffe vor 55 Millionen Jahren drastisch, während Fische ein großes Anpassungsvermögen zeigten und ihre Dominanz weiter ausbauen konnten.

Die Erkenntnis, dass Fische in der Vergangenheit keine größere Empfindlichkeit gegenüber saurerem Wasser aufwiesen, überrascht die Wissenschaftler. Denn aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass Fische im Larvenstadium durchaus empfindlich auf die Ozeanversauerung reagieren. „Nicht alle Effekte, die wir derzeit messen, sind möglicherweise langfristig für das Schicksal einer Art entscheidend“, erklärt Prof. Hans-Otto Pörtner.

Die Studie der Biologen des Alfred-Wegener-Instituts entstand im Rahmen des fünften Weltklimaberichts und soll einen Überblick über den aktuellen Wissenstand zur Ozeanversauerung geben. „Dabei war uns wichtig, die Forschungsergebnisse der letzten Jahre nicht nur darzulegen, sondern zu bewerten, welche Auswirkungen die Klimaveränderung auf Arten haben wird“, sagt Prof. Hans-Otto Pörtner.

Es ist der erste Weltklimabericht, der die Folgen des Klimawandels für die Ökosysteme der Ozeane umfassend dokumentiert. Der Bericht wird Ende März 2014 erscheinen und von der so genannten zweiten Arbeitsgruppe erarbeitet. Diese untersucht, wie sich der Klimawandel auf sozioökonomische und ökologische Systeme auswirkt.

Die Arbeit des Forschungsteams heißt im Original „Sensitivities of extant animal taxa to ocean acidification“ und erscheint vorab online am 25. August 2013 in der Fachzeitschrift Nature Climate Change. (doi: 10.1038/nclimate1982)

http://www.nature.com/nclimate/journal/vaop/ncurrent/full/nclimate1982.html

http://www.innovations-report.de/html/berichte/geowissenschaften/wissenschaftler-werten-ausmass-ozeanversauerung-218799.html

Anti-Hai-Neoprenanzug in Australien entwickelt

Erster Anti-Hai-Neoprenanzug in Australien entwickelt

Mit entsprechender Kleidung kann man sich besser vor Haiangriffen schützen.

Die Forschungsergebnisse von führenden Haiexperten der University of Western Australia führten zur Entwicklung und Herstellung des weltweit ersten Neoprenanzugs, der Haie irritiert oder Surfer Haien gegenüber unsichtbar erscheinen lässt.

Die Anzüge zeigen eine spezielle Kombination von Farben und Formen, um Haie abzulenken und basieren auf den Erkenntnissen von Professor Nathan Hart und dem Winthrop Professor Shaun Collin am Oceans Institute and School of Animal Biology der University of Western Australia, wie die Raubtiere ihre Beute sehen und aufspüren.

Eines der Designs – der so genannte „kryptische“ Anzug – ermöglicht es dem Anzugträger mit den Hintergrundfarben im Wasser wirkungsvoll so zu verschmelzen, dass es für den Hai schwierig ist, den Menschen zu erkennen oder ihn zu fokussieren.

Das zweite Design – der „Warnanzug“– verschärft die Sichtbarkeit des Anzugsträgers durch disruptive und kontrastreiche Streifenmuster derart, dass er keiner gewöhnlichen Beute mehr ähnelt oder sogar als ungenießbares und gefährliches Objekt erscheint. Die Designs können auch als Sticker an der Unterseite von Surfboards angebracht werden.

Ein von den Professoren Collin und Hart angeführtes Forschungsteam der UWA – das weltweit hohes Ansehen bei der Erforschung des Sinnessystems von Haien genießt – arbeitete mit dem Biotechnologieunternehmen Shark Attack Mitigation Systems zusammen, um komplexe Forschungsdaten zu Sehvermögen, Neurologie und Verhalten räuberischer Haie in ein effektives Produkt zu überführen.

SAMS-Gründer und Direktor Hamish Jolly, der das Projekt nach einer Welle tödlicher Haiangriffe entlang der westaustralischen Küste ins Leben rief, sagte, auch wenn das Unternehmen nicht behaupten könne, dass die Anzüge hundertprozentige Sicherheit gegenüber Haiangriffen gewähren könnten, seien die Ergebnisse der ersten Tests mit den Neoprenanzügen im Ozean und im Kontakt mit wilden Haien „außerordentlich“ gewesen.

„Wir glauben, dass die Anzüge eine Hilfe sind, ohne dabei zusätzliche Kosten für die Ausrüstung zu verursachen, die ohnehin genutzt wird,“ betonte Herr Jolly.

Professor Collin erklärte, er und seine Kollegen arbeiteten daran, das Verhalten der Haie zu verstehen und die Rolle ihrer verschiedenen Sinnesorgane in der Hoffnung, sowohl die Menschen als auch die Haie zu schützen.

„Wir glauben, dass ein Verständnis für die fundamentale Neurobiologie der sensorischen Fähigkeiten von Haien essentiell ist, um dieses Wissen in Methoden zu übertragen, die helfen, das Risiko von Haiangriffen zu verringern,“ sagte Professor Collins.

Er fügte hinzu, dass die Forschung zu integrierten Sehsystemen, die zur Entwicklung der Neoprenanzüge führte, ohne die finanzielle Unterstützung des westaustralischen Government’s State Innovation Vouchers Program nicht möglich gewesen sei, welches die Zusammenarbeite förderte.

Die Tests mit den Anzügen werden fortgeführt, doch in der Zwischenzeit hat SAMS eine Lizenz für die patentierte Technologie an die Wetsuite-Firma Radiotor vergeben, und erwartet, dass die Technologie weltweit in eine Vielzahl von Wassersportprodukten integriert werden wird.

Weitere Informationen zu den Anzügen, den Wissenschaftlern hinter dem Projekt und den Testergebnissen, inklusive Videomaterial einer Aktion mit einem vier Meter langen Tigerhai – können auf der SAMS Website abgerufen werden (http://www.sharkmitigation.com/).

AWI-Wärmebild-Kamerasystem hilft Forschern, Großwale rund um die Uhr vor Lärm zu schützen

Neues AWI-Wärmebild-Kamerasystem hilft Forschern, Großwale rund um die Uhr vor Lärm zu schützen

Physiker des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, haben an Bord des Forschungsschiffes Polarstern erfolgreich ein Wärmebild-Kamerasystem getestet, das Großwale sowohl am Tage als auch bei Nacht bis auf eine Entfernung von fünf Kilometern automatisch an ihrem Blas erkennt. Wie die Wissenschaftler in einer aktuellen Studie des Fachmagazins PLOS ONE berichten, hat das Kamerasystem bei sieben Expeditionen in die Arktis und Antarktis deutlich mehr Wale erfasst als Forscher, die mit dem Fernglas Ausschau nach den Tieren gehalten hatten.

Rammarbeiten beim Bau von Windparks oder der Einsatz von Luftpulsern bei der Suche nach Öl und Gas im Meer führen zu Lärmbelastungen im Umfeld der Arbeiten. Um sicherzustellen, dass Meeressäuger keinen Schaden nehmen, wenn sie den Geräten nahe kommen, erlassen Regulierungsbehörden sogenannte Mitigationsauflagen zum Schutz der Tiere. Eine Auflage kann lauten, die Luftpulser abzuschalten oder die Rammarbeiten einzustellen, sowie sich ein Wal der Schallquelle zu weit nähert. Wie aber kann die Besatzung eines Schiffes oder einer Arbeitsplattform das Meer flächendeckend sowie rund um die Uhr nach Walen absuchen – und das wochenlang?

Dem Menschen sind in dieser Frage klare Grenzen gesetzt: „Wer einmal für längere Zeit auf das Meer geschaut hat, der weiß, wie schnell die Augen müde werden und die Konzentration nachlässt. Hinzukommt: Wir können nicht gleichzeitig in alle Richtungen schauen und bei Dunkelheit sehen wir so gut wie nichts. Deshalb war es bisher vor allem nachts schwierig, Wale in Schiffs- oder Plattformnähe zu entdecken“, sagt Dr. Daniel Zitterbart, Physiker am Alfred-Wegener-Institut (AWI).

Er und Kollegen aus der AWI-Arbeitsgruppe „Ozeanische Akustik“ haben aus diesem Grund die Infrarot-Kamera „FIRST-Navy“ der Firma Rheinmetall Defence Electronics zu einem Instrument für automatische Wal-Sichtungen weiterentwickelt und das High-Tech-System in den vergangenen vier Jahren auf sieben Polarstern-Expeditionen erfolgreich getestet: „Die Wärmebild-Kamera ist in 28 Metern Höhe am Polarstern-Krähennest angebracht. Sie sitzt auf einem Stabilisator, der die Schiffsbewegungen ausgleicht, dreht sich fünf Mal pro Sekunde um die eigene Achse und erzeugt einen 360-Grad-Videostream der Schiffsumgebung, auf dem warme Regionen heller dargestellt werden als kältere. Der Wärmesensor ist so empfindlich, dass er Temperaturunterschiede von weniger als ein hundertstel Grad Celsius abbildet. Walblas, der zumindest in subpolaren und polaren Regionen deutlich wärmer ist als das Wasser, ist demzufolge auf den Aufnahmen als hellgraue oder weiße Fontäne zu erkennen“, erläutert Daniel Zitterbart.

Die Auswertung der Bilddaten übernimmt eine von ihm entwickelte Software. „Walblas wird auf den Wärmebildaufnahmen mit einem ganz spezifischen Muster hell und wieder dunkler. Unsere Software teilt nun jedes der aufgezeichneten Bilder in 31 600 Kästchen ein und untersucht diese Kästchen einzeln nach Helligkeitsunterschieden. Anschließend entscheidet der Rechner, ob die Dynamik eines wahrgenommenen Helligkeitsunterschiedes den Merkmalen eines Walblases entspricht oder nicht. So entdecken wir auch jene Tiere, die nur für einen ganz kurzen Atemzug aufgetaucht sind“, sagt der Physiker.

Die Treffergenauigkeit des Infrarot-Messsystems überzeugt: Auf einer der sieben Arktis- und Antarktis-Expeditionen, von denen die Forscher im Fachmagazin PLOS ONE berichten, verzeichnete die Kamera etwa doppelt so viele Wale in Schiffsnähe wie Wissenschaftler, die mit dem Fernglas nach den Tieren Ausschau gehalten hatten. „Die entscheidende Stärke unseres Systems liegt darin, dass wir mit ihm rund um die Uhr und vor allem bei Dunkelheit, Großwale wie Blau-, Finn-, Glatt- oder Grauwale mit hoher Genauigkeit lokalisieren und auf diese Weise besser schützen können. Denn wann immer ein Tier vom System detektiert wird, werden entsprechende Sicherheitsmaßnahmen veranlasst“, sagt Dr. Olaf Boebel, Leiter der AWI-Arbeitsgruppe „Ozeanische Akustik“ und Mitautor der Studie.

Bei Dunkelheit, so zeigten die Vergleichsmessungen, ist die Datenqualität der Wärmebildkamera wegen der fehlenden Lichtreflexionen auf der Wasseroberfläche sogar noch höher als am Tage. Und selbst bei Eiseskälte, rauer See und Windstärke 6 konnten sich die AWI-Forscher auf ihr System verlassen. „Die Einsatzmöglichkeiten des Gerätes gehen weit über jene Wetterbedingungen hinaus, bei denen seismische Untersuchungen durchgeführt werden“, sagt Olaf Boebel. Das Ein- und Ausbringen der Luftpulser beispielsweise wird schon ab einer Wellenhöhe von sechs Metern schwierig.

Fehleranfällig zeigte sich der Wal-Detektor lediglich, wenn viele Vögel gleichzeitig durch das Sichtfeld der Kamera flogen oder zahllose kleinere Eisbrocken auf der Wasseroberfläche trieben. „Unsere Auswertungssoftware haben wir bisher vor allem auf Fahrten im offenen Wasser zugeschnitten, denn vor allem dort kommen Luftpulser für seismische Untersuchungen zum Einsatz“, so Daniel Zitterbart.

Er arbeitet nach dem erfolgreichen Härtetest für Technik und Software schon an der nächsten System-Erweiterung: „Wir haben jetzt eine zweite, normale Kamera an das Infrarot-System gekoppelt. Sie fotografiert vom Krähennest aus automatisch jeden vom System gemeldeten Wal. Auf diese Weise können wir im Anschluss seine Art bestimmen und erhalten Daten über die Größe und Verteilung der Großwal-Populationen“, sagt Daniel Zitterbart. Ein weiteres Plus: Der Wärmebild-Waldetektor gibt für jeden detektierten Wal auch die Standort- und Entfernungsdaten an. Mit deren Hilfe können die AWI-Wissenschaftler dann Bewegungsprofile der Tiere erstellen und ihr Verhalten bei Begegnungen mit Schiffen untersuchen.

Das bewährte Wal-Ortungssystem soll ab dem kommenden Jahr dauerhaft am Krähennest Polarsterns installiert und dann in zunehmendem Maße bei Expeditionen genutzt werden. Das Entwicklerteam plant außerdem, das System in Meeresgegenden mit einer Wassertemperatur von mehr als 10 Grad Celsius zu testen. Seine ersten Einsätze in den polaren und subpolaren Regionen hat es mit Bravour bestanden.

Das Projekt wurde gefördert durch das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung (grant Nr. BMBF 03F0479I) und das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (grant Nr. BMU 370891101-01).

Weitere Informationen zum Infrarot-Wal-Detektierungsgerät:
Aufnahmeleistung: 5 thermografische 360-Grad-Bilder pro Sekunde
Bildgröße: 7200 x 576 Pixel (4 Megapixel)
Erzeugte Datenmenge pro Tag: 3,5 Terabyte
Bildausschnitt: Die Aufnahmen zeigen die Meeresoberfläche vom Schiffsnahbereich (Mindestradius etwa 120 Meter) bis zum Horizont.
Einsatzgebiet: Meeresgebiete mit einer Wassertemperatur von maximal 10 Grad Celsius
Zielobjekte: Großwale, die beim Ausatmen an der Meeresoberfläche einen Walblas erzeugen. Die Detektion von Kleinwalen wie Delfine oder Schweinswale wird bislang nicht verfolgt und ist Gegenstand zukünftiger Forschungs- und Entwicklungsprojekte.

Hinweise für Redaktionen:
Die Studie ist unter folgendem Originaltitel erschienen:
Daniel P. Zitterbart, Lars Kindermann, Elke Burkhardt, Olaf Boebel (2013): Automatic Round-the-Clock Detection of Whales for Mitigation from Undersea Noise Impacts, PLOS ONE, http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0071217

Wärmebild-Kamerasystem hilft Forschern, Großwale zu finden

Neues AWI-Wärmebild-Kamerasystem hilft Forschern, Großwale rund um die Uhr vor Lärm zu schützen

Physiker des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, haben an Bord des Forschungsschiffes Polarstern erfolgreich ein Wärmebild-Kamerasystem getestet, das Großwale sowohl am Tage als auch bei Nacht bis auf eine Entfernung von fünf Kilometern automatisch an ihrem Blas erkennt. Wie die Wissenschaftler in einer aktuellen Studie des Fachmagazins PLOS ONE berichten, hat das Kamerasystem bei sieben Expeditionen in die Arktis und Antarktis deutlich mehr Wale erfasst als Forscher, die mit dem Fernglas Ausschau nach den Tieren gehalten hatten. Die Wärmebild-Kamera und die dazugehörige Auswertungssoftware stellen damit ein wirksames Instrument zum Schutz der seltenen Meeressäuger vor intensivem Unterwasserlärm dar.

Rammarbeiten beim Bau von Windparks oder der Einsatz von Luftpulsern bei der Suche nach Öl und Gas im Meer führen zu Lärmbelastungen im Umfeld der Arbeiten. Um sicherzustellen, dass Meeressäuger keinen Schaden nehmen, wenn sie den Geräten nahe kommen, erlassen Regulierungsbehörden sogenannte Mitigationsauflagen zum Schutz der Tiere. Eine Auflage kann lauten, die Luftpulser abzuschalten oder die Rammarbeiten einzustellen, sowie sich ein Wal der Schallquelle zu weit nähert. Wie aber kann die Besatzung eines Schiffes oder einer Arbeitsplattform das Meer flächendeckend sowie rund um die Uhr nach Walen absuchen ? und das wochenlang?

Dem Menschen sind in dieser Frage klare Grenzen gesetzt: ?Wer einmal für längere Zeit auf das Meer geschaut hat, der weiß, wie schnell die Augen müde werden und die Konzentration nachlässt. Hinzukommt: Wir können nicht gleichzeitig in alle Richtungen schauen und bei Dunkelheit sehen wir so gut wie nichts. Deshalb war es bisher vor allem nachts schwierig, Wale in Schiffs- oder Plattformnähe zu entdecken?, sagt Dr. Daniel Zitterbart, Physiker am Alfred-Wegener-Institut (AWI).

Er und Kollegen aus der AWI-Arbeitsgruppe ?Ozeanische Akustik? haben aus diesem Grund die Infrarot-Kamera ?FIRST-Navy? der Firma Rheinmetall Defence Electronics zu einem Instrument für automatische Wal-Sichtungen weiterentwickelt und das High-Tech-System in den vergangenen vier Jahren auf sieben Polarstern-Expeditionen erfolgreich getestet: ?Die Wärmebild-Kamera ist in 28 Metern Höhe am Polarstern-Krähennest angebracht. Sie sitzt auf einem Stabilisator, der die Schiffsbewegungen ausgleicht, dreht sich fünf Mal pro Sekunde um die eigene Achse und erzeugt einen 360-Grad-Videostream der Schiffsumgebung, auf dem warme Regionen heller dargestellt werden als kältere. Der Wärmesensor ist so empfindlich, dass er Temperaturunterschiede von weniger als ein hundertstel Grad Celsius abbildet. Walblas, der zumindest in subpolaren und polaren Regionen deutlich wärmer ist als das Wasser, ist demzufolge auf den Aufnahmen als hellgraue oder weiße Fontäne zu erkennen?, erläutert Daniel Zitterbart.

Die Auswertung der Bilddaten übernimmt eine von ihm entwickelte Software. ?Walblas wird auf den Wärmebildaufnahmen mit einem ganz spezifischen Muster hell und wieder dunkler. Unsere Software teilt nun jedes der aufgezeichneten Bilder in 31 600 Kästchen ein und untersucht diese Kästchen einzeln nach Helligkeitsunterschieden. Anschließend entscheidet der Rechner, ob die Dynamik eines wahrgenommenen Helligkeitsunterschiedes den Merkmalen eines Walblases entspricht oder nicht. So entdecken wir auch jene Tiere, die nur für einen ganz kurzen Atemzug aufgetaucht sind?, sagt der Physiker.

Die Treffergenauigkeit des Infrarot-Messsystems überzeugt: Auf einer der sieben Arktis- und Antarktis-Expeditionen, von denen die Forscher im Fachmagazin PLOS ONE berichten, verzeichnete die Kamera etwa doppelt so viele Wale in Schiffsnähe wie Wissenschaftler, die mit dem Fernglas nach den Tieren Ausschau gehalten hatten. ?Die entscheidende Stärke unseres Systems liegt darin, dass wir mit ihm rund um die Uhr und vor allem bei Dunkelheit, Großwale wie Blau-, Finn-, Glatt- oder Grauwale mit hoher Genauigkeit lokalisieren und auf diese Weise besser schützen können. Denn wann immer ein Tier vom System detektiert wird, werden entsprechende Sicherheitsmaßnahmen veranlasst?, sagt Dr. Olaf Boebel, Leiter der AWI-Arbeitsgruppe ?Ozeanische Akustik? und Mitautor der Studie.

Bei Dunkelheit, so zeigten die Vergleichsmessungen, ist die Datenqualität der Wärmebildkamera wegen der fehlenden Lichtreflexionen auf der Wasseroberfläche sogar noch höher als am Tage. Und selbst bei Eiseskälte, rauer See und Windstärke 6 konnten sich die AWI-Forscher auf ihr System verlassen. ?Die Einsatzmöglichkeiten des Gerätes gehen weit über jene Wetterbedingungen hinaus, bei denen seismische Untersuchungen durchgeführt werden?, sagt Olaf Boebel. Das Ein- und Ausbringen der Luftpulser beispielsweise wird schon ab einer Wellenhöhe von sechs Metern schwierig.
Fehleranfällig zeigte sich der Wal-Detektor lediglich, wenn viele Vögel gleichzeitig durch das Sichtfeld der Kamera flogen oder zahllose kleinere Eisbrocken auf der Wasseroberfläche trieben. ?Unsere Auswertungssoftware haben wir bisher vor allem auf Fahrten im offenen Wasser zugeschnitten, denn vor allem dort kommen Luftpulser für seismische Untersuchungen zum Einsatz?, so Daniel Zitterbart.

Er arbeitet nach dem erfolgreichen Härtetest für Technik und Software schon an der nächsten System-Erweiterung: ?Wir haben jetzt eine zweite, normale Kamera an das Infrarot-System gekoppelt. Sie fotografiert vom Krähennest aus automatisch jeden vom System gemeldeten Wal. Auf diese Weise können wir im Anschluss seine Art bestimmen und erhalten Daten über die Größe und Verteilung der Großwal-Populationen?, sagt Daniel Zitterbart. Ein weiteres Plus: Der Wärmebild-Waldetektor gibt für jeden detektierten Wal auch die Standort- und Entfernungsdaten an. Mit deren Hilfe können die AWI-Wissenschaftler dann Bewegungsprofile der Tiere erstellen und ihr Verhalten bei Begegnungen mit Schiffen untersuchen.

Das bewährte Wal-Ortungssystem soll ab dem kommenden Jahr dauerhaft am Krähennest Polarsterns installiert und dann in zunehmendem Maße bei Expeditionen genutzt werden. Das Entwicklerteam plant außerdem, das System in Meeresgegenden mit einer Wassertemperatur von mehr als 10 Grad Celsius zu testen. Seine ersten Einsätze in den polaren und subpolaren Regionen hat es mit Bravour bestanden.

Das Projekt wurde gefördert durch das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung (grant Nr. BMBF 03F0479I) und das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (grant Nr. BMU 370891101-01).

Weitere Informationen zum Infrarot-Wal-Detektierungsgerät:
Aufnahmeleistung: 5 thermografische 360-Grad-Bilder pro Sekunde
Bildgröße: 7200 x 576 Pixel (4 Megapixel)
Erzeugte Datenmenge pro Tag: 3,5 Terabyte
Bildausschnitt: Die Aufnahmen zeigen die Meeresoberfläche vom Schiffsnahbereich (Mindestradius etwa 120 Meter) bis zum Horizont.
Einsatzgebiet: Meeresgebiete mit einer Wassertemperatur von maximal 10 Grad Celsius
Zielobjekte: Großwale, die beim Ausatmen an der Meeresoberfläche einen Walblas erzeugen. Die Detektion von Kleinwalen wie Delfine oder Schweinswale wird bislang nicht verfolgt und ist Gegenstand zukünftiger Forschungs- und Entwicklungsprojekte.

Die Studie ist unter folgendem Originaltitel erschienen:
Daniel P. Zitterbart, Lars Kindermann, Elke Burkhardt, Olaf Boebel (2013): Automatic Round-the-Clock Detection of Whales for Mitigation from Undersea Noise Impacts, PLOS ONE, http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0071217

Turbulenzen in der Tiefe – Neue Studie zu Auswirkungen des Tohoku-Bebens am Meeresgrund

Turbulenzen in der Tiefe – Neue Studie zu Auswirkungen des Tohoku-Bebens am Meeresgrund

MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

Am Nachmittag des 11. März 2011 bebte vor der Küste der japanischen Region Tohoku die Erde für 150 lange Sekunden. Das Seebeben der Stärke 9 löste einen Tsunami aus, der weite Küstenstriche verwüstete und über 15.000 Menschen das Leben kostete. In der August-Ausgabe der Zeitschrift Geology beschreibt ein europäisch-japanisches Forscherteam jetzt, welche Spuren das Ereignis auf dem Meeresgrund hinterließ: Am Abhang des bis zu 7,5 Kilometer tiefen Japan-Grabens sackten mindestens 28 Quadratkilometer Meeresboden ruckartig in die Tiefe. Die oberflächennahe Grenze zweier Erdplatten verschob sich dadurch um sage und schreibe zwei bis drei Kilometer nach Osten!

Unmittelbar nach dem katastrophalen Ereignis vor der Insel Honshu entwickelten japanische und deutsche Geowissenschaftler Expeditionspläne, um den Folgen des Bebens auf den Grund zu gehen. Bereits zehn Monate später war das japanische Forschungsschiff MIRAI vor der Tohoku-Küste im Einsatz. Auf Initiative des damaligen MARUM-Direktors Prof. Gerold Wefer und gefördert von Bundesregierung (BMBF) und Deutscher Forschungsgemeinschaft fand im Februar/März 2012 eine deutsch-japanische Fahrt mit dem Forschungsschiff SONNE statt. Dabei wurde der Meeresboden östlich des Epizentrums kartiert und beprobt. Im Wissenschaftsmagazin Geology stellen die Expeditionsteams jetzt erste Ergebnisse der beiden Forschungsreisen vor.

Ziel der Expeditionen waren Gebiete, in denen die Pazifische Platte unter der Ochotsk-Platte mit dem japanischen Vulkanbogen abtaucht. Häufige Erdbeben sind die Folge. Das Tohoku-Beben erreichte die Stärke 9, weil an den ineinander verkeilten Plattengrenzen Energien freigesetzt wurden, die sich seit dem letzten Megabeben im Jahre 869 aufgestaut hatten. Schon vor ihrer Forschungsreise wussten die Forscher, dass das Tohoku-Beben die Erdkruste vor Honshu auf einer Länge von 400 Kilometern aufgerissen und Teile der Küste ruckartig um bis zu fünf Meter Richtung Osten versetzt hatte. Am Rand des Japan-Grabens betrug der Versatz von Teilen der Erdkruste sogar über 50 Meter. Unbekannt war indes, was sich im 7,5 Kilometer tiefen Graben selbst abgespielt hatte.

Deshalb kartierten die Wissenschaftler an Bord der SONNE zunächst den Kilometer breiten Japan-Graben mit Hilfe von bordeigenen Echolotsystemen. Als sie diese Daten mit jenen verglichen, die 1999 und 2004, also weit vor dem Beben erhoben worden waren, konnten sie sich ein genaueres Bild davon machen, wie das Beben die Gestalt des Meeresbodens verändert hatte.

Um mehr über die Umgestaltung des Meeresbodens heraus zu finden, zog das Expeditionsteam im Japan-Graben aus Wassertiefen von rund 7,5 Kilometer mehrere, knapp neun Meter lange Sedimentkerne. „Die im Lauf der Zeit abgelagerten Sedimentschichten waren weitgehend ungestört“, sagt Erstautor Prof. Michael Strasser von der ETH Zürich. „Damit konnten wir ausschließen, dass – ausgelöst durch das Beben – große Sedimentmassen abgerutscht, sich chaotisch hangabwärts bewegt und am Grund des Japan-Grabens wieder ablagert hatten.“ Lediglich an einigen wenigen Stellen fanden die Forscher Hinweise auf solch turbulent transportierte und umgelagerte Sedimente.

In einem weiteren Schritt analysierten die Wissenschaftler das in den Sedimentkernen enthaltene Porenwasser. Es findet in den Millimeter winzigen Räumen zwischen den Sedimentpartikeln Platz. „Wir haben Profile erstellt, die zeigen, wie sich die Sulfatgehalte im Meeresboden verändern“, sagt Dr. Martin Kölling, Geochemiker am MARUM. „Bei ungestörtem Meeresboden nimmt der Sulfatgehalt linear mit zunehmender Sedimenttiefe ab. Genau dieses Bild zeigte auch die Vielzahl unserer Proben.“ Einige der turbulent transportierten Sedimente boten die Möglichkeit, mit Hilfe von Modellen die Bewegungen im Japan-Graben zeitlich einzuordnen: Sie konnten sich erst in jüngster Vergangenheit ereignet haben und sind daher dem Tohoku-Erdbeben zuzuschreiben.

„Auf der Grundlage all dieser Untersuchungen gehen wir von folgendem Szenario aus: Der durch das Beben ausgelöste ruckartige Versatz der Erdkruste um 50 Meter führte dazu, dass am Rand des Japan-Grabens großflächig Sedimentpakete als zusammenhängende Blöcke absackten“, bilanziert Michael Strasser. „An manchen Stellen stauchten die absackenden Sedimente den Meeresboden. So entstanden Wülste und Tröge am Grund des Japan-Grabens.“

Besonders erstaunt war das Forscherteam indes über einen weiteren Befund: Durch die Bewegungen der Sedimentmassen verschob sich die oberflächennahe Grenze der eurasischen Platte um zwei bis drei Kilometer nach Osten! „Als Geowissenschaftler sind wir es gewohnt, in sehr langen Zeiträumen von Jahrhunderttausenden oder gar -millionen zu denken“, sagt Prof. Gerold Wefer. „Diese Expeditionen haben uns gezeigt, dass Plattengrenzen bisweilen auch von plötzlichen Ereignissen in Sekunden oder Minuten tiefgreifend verändert werden können.“

Publikation:
Geology, August 2013, S. 935 ff, M. Strasser, M. Kölling, C. dos Santos Ferreira, H. Fink, T. Fujiwara, S. Henkel, K. Ikehara, T. Kanamatsu, K. Kawamura, S. Kodeira, M. Römer, G. Wefer, R/V Sonne Cruise SO219A, JAMSTEC Cruise MR12-E01 scientists: A slump in the trench: Tracking the impact of the 2011 Tohoku-Oki earthquake

Organismen im Meer reagieren schneller auf den Klimawandel als die an Land

Organismen im Meer reagieren schneller auf den Klimawandel als die an Land

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Zwar erwärmen sich die Meere weltweit langsamer als die Kontinente, doch Tiere und Pflanzen in den Ozeanen reagieren deutlich schneller auf die neuen Bedingungen als Lebewesen an Land. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommt eine internationale Forschergruppe, an der Prof. Dr. Wolfgang Kießling von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) beteiligt ist. Ihre Erkenntnisse haben die Wissenschaftler jetzt in der Online-Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlicht (doi10.1038/nclimate1958).

Rund 71 Prozent der Erdoberfläche ist von Wasser bedeckt, allerdings sind weite Teile der Ozeane noch immer unbekanntes Terrain. Bisher wusste man nur sehr wenig darüber, wie etwa Tiere und Pflanzen in den Weltmeeren auf höhere, durch den Klimawandel hervorgerufene Wassertemperaturen reagieren. Man könnte vermuten, dass Meeresorganismen vergleichsweise wenig durch den Klimawandel beeinträchtigt werden, da die Klimaveränderung die Temperaturen an Land dreimal schneller ansteigen lässt als im Wasser. Doch die Wissenschaftler um Prof. Kießling, Lehrstuhl für Paläoumwelt, fanden genau das Gegenteil heraus. Die Reaktionen von Meereslebewesen auf steigende Temperaturen sind weitaus gravierender als an Land. Außerdem belegten die Forscher einen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Klimawandel und den Veränderungen in den Ozeanen. In den Regionen, die in den vergangenen Jahren die höchsten Temperaturzunahmen verzeichneten, waren auch die dramatischsten Veränderungen zu beob­achten.

Die Wissenschaftler werteten für ihre Analyse 1735 Studien aus aller Welt aus, die sich damit beschäftigten, welche Veränderungen der Klimawandel bei Pflanzen und Tieren in den Meeren auslöst. Die erste Erkenntnis: Die Wasserorganismen weichen aufgrund der höheren Temperaturen in Äquatornähe in Richtung der Pole aus – Gegenden, die noch vor einigen Jahren zu kalt waren. Und nicht nur das: Ihre Lebensräume verschieben sich mehr als zehnmal schneller als jene der Landlebewesen. Alle zehn Jahre wandern die Lebensräume in den Meeren im Schnitt um 72 Kilometer polwärts, an Land durchschnittlich um sechs Kilometer. Die in dieser Hinsicht „flinkesten“ Organismen sind Phyto- und Zooplankton – dazu gehören unter anderem Kieselalgen oder Ruderfußkrebse – sowie Fischlarven.

Eine zweite Erkenntnis: Eine größere Veränderung lässt sich auch im Bereich der Phänologie beobachten. So heißen in der Tier- und Pflanzenwelt alle Ereignisse, die direkt von den Jahreszeiten beeinflusst werden. Wann kommen Stare aus dem Süden zurück? Wann treiben Schneeglöckchen aus? Wann suchen sich Igel ihr Winterquartier? Hier stellten die Forscher fest, dass sich typische Frühjahrsereignisse im Meer – wie das Auftreten von Planktonblüten und die Brutzeit von Meeresvögeln – alle zehn Jahre im Durchschnitt mehr als vier Tage nach vorne verschieben. An Land sind es etwa zweieinhalb Tage. Die größte Veränderung zeigte sich bei Zooplankton und Knochenfischen, deren Frühling alle zehn Jahre sogar elf Tage früher beginnt.

Welche Folge diese Veränderungen haben, muss in den kommenden Jahren noch untersucht werden. „Nur weil zum Beispiel bestimmte Fischarten ihren Lebensraum weiter in Richtung Nord- oder Südpol verlagern, heißt dies noch lange nicht, dass es in den ursprünglichen Gebieten keine Fische mehr gibt“, erklärt Paläobiologe Kießling. „Allerdings wird es in Äquatornähe schwierig, die abwandernden Arten durch Einwanderer zu ersetzen.“

Quelle: https://www.fau.de/2013/08/news/wissenschaft/organismen-im-meer-und-klimawandel/

Empfinden Fische Schmerzen?

Prämbel:

Diese Studie enthebt nicht der moralisch ethischen Verantwortung im Umgang mit Tieren. Daher stelle ich den wichtigen Satz der Autoren vorweg:

Auf juristischer und moralischer Ebene entbinden die nun publizierten Zweifel am Schmerzempfinden von Fischen aber niemanden von der Verantwortung, alle Nutzungen gesellschaftlich akzeptierbar zu begründen und jede Form von Stress und Schäden an Fischen zu minimieren.

Empfinden Fische Schmerzen?

Pressestelle des Forschungsverbundes Berlin e.V.
Forschungsverbund Berlin e.V.

Fische besitzen kein dem Menschen vergleichbares Schmerzempfinden. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forscherteam aus Neurobiologen, Verhaltensökologen und Fischereiwissenschaftlern. An der wegweisenden Studie mitgewirkt hat Professor Dr. Robert Arlinghaus vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei und der Humboldt-Universität zu Berlin.

Am 13. Juli ist ein novelliertes Tierschutzgesetz in Kraft getreten. Wer darin konkrete Aussagen zum Umgang mit Fischen erwartet, wird enttäuscht. Für den Gesetzgeber war die Fischfrage längst geklärt: Fische sind leidensfähige Wirbeltiere, die vor tierquälerischen Handlungen durch den Menschen geschützt werden müssen. Wer in Deutschland Wirbeltiere grundlos tötet oder ihnen erhebliche Schmerzen oder Leiden zufügt, dem drohen strafrechtliche Konsequenzen sowie empfindliche Geld- oder Haftstrafen. Nun ist die Frage neu aufgerollt worden, ob Fische tatsächlich in der Lage sind, Schmerzen zu empfinden oder im menschlichen Sinne zu leiden. Eine endgültige Antwort hätte weitreichende Konsequenzen für Millionen von Anglern, Fischern, Aquarianern, Fischzüchtern und Fischwissenschaftlern. Ein siebenköpfiges Forscherteam hat dazu allen wesentlichen Studien zum Thema Fischschmerz auf den Zahn gefühlt. Bei ihren Recherchen entdeckten die Wissenschaftler aus Europa, Kanada, Australien und den USA viele Mängel. Die Hauptkritikpunkte der Autorengruppe: Fischen fehlen wesentliche sinnesphysiologische Voraussetzungen für ein bewusstes Schmerzempfinden. Auch sind Verhaltensreaktionen von Fischen auf vermeintlich schmerzende Reize nach menschlichen Maßstäben bewertet und dadurch fehlinterpretiert worden. Der endgültige Beleg für das Schmerzempfinden bei Fischen steht noch aus.

So tickt der Mensch:
Um den Tadel der Forscher nachvollziehen zu können, muss man zunächst verstehen, wie die Schmerzwahrnehmung beim Menschen funktioniert. Verletzungen erregen sogenannte Nozizeptoren. Diese Rezeptoren senden elektrische Signale über Nerven und das Rückenmark bis zur Großhirnrinde (Neokortex). Bei vollem Bewusstsein erfolgt hier die Weiterverarbeitung zu einem Schmerzempfinden. Allerdings muss selbst nach starken Verletzungen nicht zwangsläufig ein Schmerzerlebnis entstehen. Als Gefühlszustände können Schmerzen zum Beispiel durch Angstmachen verstärkt und auch ohne jede Gewebeschädigungen mental konstruiert werden. Umgekehrt kann jede Erregung der Nozizeptoren unbewusst verarbeitet werden, ohne dass der Organismus ein Schmerzerleben hat. Dieses Prinzip nutzt man beispielsweise bei der Narkose. Darum unterscheidet man in der Schmerzforschung zwischen bewusstem Schmerzempfinden und einer unbewussten Reizverarbeitung durch Nozizeption, die ihrerseits zu komplexen hormonellen Reaktionen, Verhaltensantworten und auch zum Erlernen von Vermeidungsreaktionen führen kann. Nozizeptive Reaktionen sind also niemals gleichzusetzen mit Schmerz, sie sind streng genommen auch keine Voraussetzung für Schmerz.

Fische sind anatomisch und physiologisch nicht mit Menschen vergleichbar:
Fische besitzen im Unterschied zum Menschen keine Großhirnrinde, so dass erste Zweifel an der Schmerzfähigkeit laut werden. Zudem wurde nachgewiesen, dass bei Säugetieren bestimmte Nervenfasern (die sogenannten C-Nozizeptoren) für die Empfindung von intensiven Schmerzerlebnissen mitverantwortlich sind. Diese fehlen bei allen untersuchten primitiven Knorpelfischen wie Haien und Rochen gänzlich und sind bei allen Knochenfischen – dazu zählen alle gängigen Fischarten wie Karpfen und Forellen – höchst selten. Insofern sind die physiologischen Voraussetzungen für ein bewusstes Schmerzerleben bei Fischen kaum entwickelt. Ohne Zweifel sind Knochenfische aber mit einfachen Nozizeptoren ausgestattet, und sie zeigen selbstverständlich Reaktionen auf Verletzungen und sonstige Eingriffe. Ob diese jedoch als Schmerz wahrgenommen werden, ist nicht bekannt.

Oft fehlt die Unterscheidung zwischen bewusstem Schmerz und unbewusster Nozizeption:
Die aktuelle Überblicksstudie prangert an, dass in der großen Mehrzahl aller veröffentlichten Untersuchungen die Reaktionen eines Fisches auf einen vermeintlichen Schmerzreiz –zum Beispiel das Reiben des verletzten Körperteils an einem Gegenstand oder das Einstellen der Futteraufnahme – als Anzeiger für Schmerzen gewertet worden sind. Jedoch ist mit einer solchen Methodik nicht nachweisbar, ob ein bewusstes Schmerzempfinden oder eine unbewusste Reizwahrnehmung mittels Nozizeption oder beides zusammengenommen ursächlich war. Aus Verhaltensantworten auf zugrundeliegende emotionale Zustände zu schließen, ist grundsätzlich problematisch. Zudem zeigen Fische oftmals geringe oder keine Reaktionen auf Eingriffe, die für uns und andere Säugetiere höchst schmerzhaft wären. Bei Menschen wirksame Schmerzmittel wie Morphin waren bei Fischen entweder wirkungslos oder zeigten nur bei astronomisch hohen Dosen, die bei kleinen Säugetieren den sofortigen Schocktod bedeutet hätten, einen Effekt. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass Fische entweder überhaupt kein mit dem Menschen vergleichbares Schmerzempfinden besitzen oder aber völlig anders auf Schmerzen reagieren. Insgesamt ist davor zu warnen, das Verhalten von Fischen aus menschlicher Perspektive zu deuten.

Was bedeutet das alles für den Nutzer von Fischen?
Juristisch gesehen sind grundlose Zufügungen von Schmerzen, Leiden oder Schäden an Tieren gemäß § 1 Tierschutzgesetz verboten. Allerdings ist die Strafbarkeit solcher Handlungen nach § 17 Tierschutzgesetz ausschließlich an die Schmerz- und Leidensfähigkeit gekoppelt. Die neue Studie hegt deutliche Zweifel an dem nach menschlichen Maßstäben definierten Schmerzempfinden bei Fischen. Daher sollte eigentlich kein Straftatbestand mehr folgen, wenn z.B. ein Angler selbstbestimmt einen entnahmefähigen Fisch freilässt, anstatt ihn zu essen.

Auf juristischer und moralischer Ebene entbinden die nun publizierten Zweifel am Schmerzempfinden von Fischen aber niemanden von der Verantwortung, alle Nutzungen gesellschaftlich akzeptierbar zu begründen und jede Form von Stress und Schäden an Fischen zu minimieren.
Robert Arlinghaus & Eva-Maria Cyrus

Publikation:
Rose, J.D., Arlinghaus, R., Cooke, S.J., Diggles, B.K., Sawynok, W., Stevens, E.D. & Wynne, C.D.L (im Druck) Can fish really feel pain? Fish and Fisheries, DOI: 10.1111, online early.

Kontakt:
Prof. Dr. Robert Arlinghaus
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei
Abteilung Biologie und Ökologie der Fische
Müggelseedamm 310
12587 Berlin
arlinghaus@igb-berlin.de

Weitere Informationen:
http://www.besatz-fisch.de
http://www.igb-berlin.de/mitarbeitende-igb.html?show=211 – Robert Arlinghaus

 

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