Korallen speichern in ihren Skeletten detaillierte Informationen über das tropische Klima. Fossile und moderne Korallen gemeinsam zu untersuchen, eröffnet dabei eine besondere Perspektive: So lässt sich nachvollziehen, wie sich Klimavariabilität und die Reaktion der Korallen unter unterschiedlichen klimatischen Grundzuständen verändern – bis hin zum heute deutlich wärmeren Ozean.
Ein internationales Forschungsteam hat fossile und moderne Porites-Korallen des Arno-Atolls der Marshallinseln untersucht. Die Archive umfassen rund 1.500 Jahre und erfassen mit subsaisonaler Auflösung Veränderungen von Wassertemperatur und hydrologischen Bedingungen ebenso wie Korallenwachstum und Skelettdichte. So entsteht ein ungewöhnlich detailliertes Bild davon, wie sich Umweltbedingungen und die Kalzifizierung der Korallen verändert haben.
Unterschiedliche Signale zeigen unterschiedliche Aspekte des Klimas
Das älteste Korallenarchiv enthält zwei deutlich voneinander getrennte Abkühlungsereignisse im 6. Jahrhundert. Ihre Abfolge passt zu zwei großen bekannten Vulkanausbrüchen und liefert seltene Hinweise auf deren klimatische Auswirkung auf den tropischen Pazifik.
Bemerkenswert ist, dass die vulkanisch bedingte Abkühlung in der Sr/Ca-basierten Temperaturrekonstruktion der Koralle deutlich zu erkennen ist, nicht aber im δ¹⁸O-Signal, das an denselben Proben bestimmt wurde. Während Sr/Ca vor allem die Temperatur widerspiegelt, wird δ¹⁸O sowohl von der Temperatur als auch von der Isotopenzusammensetzung des Meerwassers beeinflusst. Dass das Abkühlungssignal im δ¹⁸O fehlt, deutet darauf hin, dass eine gleichzeitige Veränderung der hydrologischen Bedingungen das Temperatursignal überlagert hat. Die Koralle zeichnet während ihres Wachstums die Umweltbedingungen des sie umgebenden Meerwassers auf, die sich in der geochemischen Zusammensetzung ihres Kalkskeletts widerspiegeln.
„Das ist eine wichtige Erinnerung daran, dass geochemische Signale in Korallen nicht zwangsläufig dieselbe Geschichte erzählen. Das Sr/Ca-Signal erfasst die Abkühlung im Zusammenhang mit den Vulkanausbrüchen, während Veränderungen der hydrologischen Bedingungen das Temperatursignal im δ¹⁸O offenbar überlagert haben“, sagt Dr. Oliver Knebel vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen, Erstautor der Arbeit.
Das Ergebnis zeigt, wie wertvoll die Kombination verschiedener Korallenproxies ist: Werden Temperatur und hydrologische Veränderungen gemeinsam betrachtet, lassen sich Klimasignale erkennen, die bei der Betrachtung nur eines geochemischen Parameters verborgen bleiben würden.
Eine sich verändernde ENSO-Diversität
Die Korallenarchive geben auch Aufschluss darüber, wie sich die ENSO-Diversität im Verlauf der vergangenen 1.500 Jahre verändert hat. ENSO steht für El Niño-Südliche Oszillation und beschreibt ein natürliches Klimaphänomen im tropischen Pazifik, das zwischen den beiden Zuständen El Niño und La Niña wechselt und weltweit das Klima beeinflusst. Die Arno-Korallen und der Vergleich mit Korallenzeitreihen aus anderen Regionen des Pazifiks deuten darauf hin, dass die Aktivität von Zentralpazifischen El Niños zwischen dem ersten und zweiten Jahrtausend zunahm, während die Aktivität von Ostpazifischen El Niños weitgehend stabil blieb.
ENSO tritt in zwei wesentlichen Ausprägungen auf: als El Niño mit einem Schwerpunkt im östlichen oder im zentralen Pazifik. Dass sich diese beiden Formen unterschiedlich entwickelt haben, zeigt, dass Veränderungen der ENSO-Aktivität komplexer sind als eine einfache Zu- oder Abnahme von El Niño. Zugleich deutet das Ergebnis darauf hin, dass die ENSO-Variabilität nicht einfach die Veränderungen der globalen Temperatur widerspiegelt. Vielmehr ist die Beziehung zwischen dem klimatischen Grundzustand und der El-Niño-Aktivität komplexer.
Wärmerer Grundzustand, andere Reaktion der Korallen
Der Vergleich fossiler und moderner Korallen zeigt eine weitere wichtige Veränderung. Bei der modernen Koralle gingen Temperaturanomalien mit Veränderungen der Skelettdichte und der Kalzifizierung einher. Bei den älteren fossilen Korallen, die unter kühleren Bedingungen lebten, ließ sich ein vergleichbarer Zusammenhang nicht nachweisen. Das deutet darauf hin, dass die Hintergrundtemperatur des Riffs beeinflusst, wie stark Korallen auf kurzfristige Temperaturschwankungen reagieren. Die moderne Koralle lebte bereits näher an ihrer oberen Temperaturgrenze, sodass zusätzliche Temperaturanomalien stärkere Auswirkungen auf ihre Kalzifizierung hatten.
„Der Vergleich gibt uns einen Einblick darin, wie sich die Empfindlichkeit von Korallen mit der Erwärmung verändern kann. Die fossilen Korallen zeigen uns, wie Korallen unter kühleren Bedingungen auf klimatische Veränderungen reagierten, während die moderne Koralle diese Reaktionen in einem deutlich wärmeren Ozean dokumentiert“, sagt Dr. Thomas Felis vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen, Mitautor der Arbeit und Koordinator der ersten Phase des DFG-Schwerpunktprogramms „Tropical Climate Variability & Coral Reefs“ (SPP 2299).
Die Kombination fossiler und moderner Korallenarchive ermöglicht es, Klimavariabilität und die Reaktion der Korallen unter sich verändernden Umweltbedingungen zu untersuchen – einschließlich der Veränderungen während der modernen instrumentellen Messperiode. Gemeinsam zeigen die Korallenarchive ein komplexes Zusammenspiel von vulkanischen Einflüssen, El-Niño-Variabilität, hydrologischen Veränderungen und der Kalzifizierung der Korallen. Ihre Kombination liefert ein umfassenderes Bild davon, wie tropisches Klima und Korallenriff-Ökosysteme miteinander wechselwirken, wenn sich der klimatische Grundzustand des Ozeans verändert.