Auswirkungen des Gletscherrückgangs auf die Struktur u. Funktion von Hochgebirgsseen

Der rasche Gletscherrückzug ist eines der deutlichsten Anzeichen der Klimaerwärmung. Der Gletscherrückzug vergrößert durch seine erhöhten Schmelzwassermengen bestehende Seen und lässt gleichzeitig neue Seen am Gletscherende entstehen. Eine bemerkenswerte Charakteristik gletscherbeeinflusster Seen ist der hohe Anteil suspendierter, minerogener Partikel, die sogenannte Gletschermilch. Die hohe minerogen bedingte Trübung stellt eine große Herausforderung für planktonische Filtrierer, wie z.B. Cladoceren dar und schafft ungünstige Bedingungen für die Primärproduktion des Phytoplanktons. Der momentan rasche Gletscherrückzug wird die Transparenz der Seen und die Produktivität der Ökosysteme verändern. So könnten beispielsweise schnelle Schmelz/Abflussereignisse die Transparenz kurzfristig reduzieren, während sie längerfristig in denjenigen Seen steigen wird, die eine direkte Verbindung zum Gletscher verloren haben. Insgesamt ist das Wissen über die Ökologie von Gletscher beeinflussten Seen begrenzt, obwohl diese den Ursprung der meisten Seen der Erde darstellen. Das übergreifende Ziel dieses Antrages ist es, die Folgen des Gletscherrückgangs auf Struktur und Funktion der Lebensgemeinschaften von Hochgebirgsseen zu verstehen ebenso wie die ökologischen Bedingungen in gletscherbeeinflussten Seen, insbesondere denjenigen, die in jüngster Zeit entstanden sind. Wir werden uns auf die Analyse von Struktur und Funktion der mikrobiellen Nahrungsnetze konzentrieren, und wie diese mit den zu erwartenden Veränderungen in der prokaryotischen Diversität entlang einem Trübungsgradienten korrelieren. Wir planen die Durchführung einer Kombination von Labor- und Feldarbeit mit Methoden, die dem neuesten wissenschaftlichen Stand entsprechen. Dazu gehören Sequenzierungstechniken "der nächsten Generation" zur Analyse der prokaryotischen Diversität und "Ultrahigh-Resolution Fourier-Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry" zur Bestimmung der molekularen Diversität von gelöstem organischen Material. Für dieses Forschungsvorhaben werden wir den Vorteil nutzen, dass vor Ort eine Serie von Seen gleicher Gletscherabstammung zur Verfügung stehen, die von sehr trüb (erst kürzlich entstandener Gletschersee) bis zu bereits sehr transparenten Seen reichen. Zusätzlich wird Arbeit an einem See in den chilenischen Anden durchgeführt werden, wo der Gletscherrückzug bereits ein größeres sozio-ökonomisches Problem darstellt. In diesem tiefen See trittt die Gletschermilch als Oberflächenabfluss ein und verursacht einen lokal begrenzten horizontalen Trübungsgradienten. Mit einem multidisziplinären Ansatz wird unser Projekt essentiele Daten bereitstellen, wie der Gletscherrückzug die Biodiversität, biogeochemische Kreisläufe und Ökosystemfunktionen beeinflusst. Wir erwarten uns, eine aufregende Perspektive der Ökologie von Seen zum Zeitpunkt ihres Entstehens (d.h. in einem geologischen Zeitraum), ihrer mikrobiellen Diversität als auch deren treibende Kräfte, zu erhalten.

Das derzeitige Schmelzen von Gletschern und Eisschildern ist eine Folge des Klimawandels, wobei trübes Schmelzwasser weltweit viele neue proglaziale und Eisrandseen entstehen lässt bzw. vergrößert. Erstaunlicherweise war über die Ökologie trüber Gletscherseen sehr wenig bekannt, obwohl sie ein Analog zum häufigsten Seetyp auf der Erde sind. Das vorrangige Ziel dieses Projekts war es die Ökologie dieser Seen in den Alpen und in Westgrönland zu untersuchen. Ein besonderer Fokus lag dabei auf planktischen Organismen. Gletschertrübe Bergseen unterschieden sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften von klaren, bereits gut erforschten Seen. So konnte zum Beispiel gezeigt werden, dass trübe Gletscherseen, anstatt der typischen zweimaligen Durchmischung im Jahr, mehrmals während der eisfreien Zeit durchmischten. Ein weiteres auffallendes Merkmal von Seen, die glaziales Schmelzwasser erhalten, sind ihre hohen Konzentrationen an Mineralpartikeln, die sogenannte Gletschermilch. Diese stellt gerade für filtrierende planktische Lebewesen eine Herausforderung dar, diese Organismengruppe war daher auch in den trübsten Systemen nicht nachzuweisen. Gerade bei der Entstehung der Seen ist die Struktur des Nahrungsnetzes in extrem trüben Schmelzwasserseen sehr einfach gestaltet und auf mikrobielle Organismengruppen beschränkt. Unerwarteterweise fanden wir aber gerade in den gletschertrüben Seen eine höhere Diversität an Mikroben als in denen, die die Verbindung zum Gletscher bereits verloren hatten und klar wurden. Auch die Abundanz und Artenvielfalt an Protisten (Algen, Ciliaten) in Gletscherseen von mittlerer Trübe waren erstaunlich hoch. Wahrscheinlich bieten diese Seen für Protisten und Prokaryoten passendere Umweltbedingungen und Ressourcennischen als klare Seen, in denen die Möglichkeit negativer Auswirkungen, wie zum Beispiel durch UV-Strahlung, höher ist. Es zeigte sich auch, dass glaziales Schmelzwasser eine Quelle anorganischer und organischer Nährstoffe ist, was die Wachstumsbedingungen in diesen sonst oligotrophen Seen zu fördern scheint. Ein weiteres Ergebnis war der große Unterschied in der Struktur der bakteriellen Gemeinschaft zwischen gletschertrüben und klaren Seen. Insgesamt konnten die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse dazu beitragen, dass die Sensibilisierung über direkte Effekte des Klimawandels zunimmt. Zudem konnte auf die relative Ähnlichkeit der neu entstandenen Seen mit dem ursprünglichen Zustand der meisten Seen auf der Erde aufmerksam gemacht werden. Gleichzeitig lieferten die Ergebnisse Informationen darüber, welche Änderungen in der Biodiversität von Seen unter dem zukunftsnahen Szenario von Bergen ohne permanenter Eisbedeckung, zu erwarten sind.