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Die Tiefsee Geheimnisvolle Unterwasserwelt

Jenseits der schillernden Oberfläche der Ozeane, in mehr als 800 Metern Tiefe, beginnt eine geheimnisvolle Unterwasserwelt: Sie ist bevölkert von bizarren Lebewesen und ausgestattet mit wertvollen Rohstoffen auf dem Meeresboden.

Stand: 12.10.2018

Riesenassel aus der Tiefsee | Bild: picture-alliance/dpa

Die Tiefsee geht weiter hinab, als unsere höchsten Berge hinauf. Während Licht, Luft, Wärme und Bewegung unsere Welt prägen, ist die Welt da unten dunkel, kalt und sauerstoffarm. Fische verharren nahezu reglos. Alles andere würde zu viel Kraft und Atem kosten: Denn der Druck der Wassermassen in der Tiefsee ist immens hoch - bis zu etwa 1.000 Bar. Ohne Schutz könnte kein Mensch in dieser Welt überleben. Auch mit Taucherglocken und U-Booten haben sich bisher weniger Menschen zum Tiefseegrund gewagt, als mit Raumschiffen auf den Mond.

Bizarre Lebewesen in der Tiefsee

Noch vor gut 150 Jahren glaubten Wissenschaftler, dass in der Tiefsee kein Leben möglich sei. Sie wurden eines Besseren belehrt, als 1858 ein gerissenes Tiefseekabel geborgen werden musste. Es war von verschiedenen Tierarten besiedelt. Seither entdecken Expeditionen immer wieder bizarre Lebewesen in den Tiefen der Meere - der Riesentintenfisch ist nur eines davon. Dank Kameras können wir uns auch über Wasser ein Bild davon machen.

Tricks der Tiefsee-Fische

Tag der Ozeane

Am 8. Juni ist Welttag der Ozeane. Der Aktionstag wurde 2008 von den Vereinten Nationen ins Leben gerufen. Wissenschaftler und Umweltschützer betonen dann die Bedeutung der Weltmeere für die Nahrungsversorgung und das globale Überleben. Sie warnen vor Klimawandel, Umweltverschmutzung und Überfischung.

Die Tiefsee-Fische haben sich optimal an ihren kargen Lebensraum angepasst: Den Druck in der Tiefe überstehen sie durch ein Molekül, das ihre Proteine stabilisiert und vor Verformung schützt: Trimethylaminoxid, kurz TMAO. Das fanden Forscher um Paul Yancey vom Whitman College im US-Bundesstaat Washington 2014 heraus. Je weiter unten ein Fisch lebt, desto mehr TMAO benötigt er. Bei zu viel TMAO werden die Proteine allerdings zu starr: Sie müssen flexibel sein, um arbeiten zu können, ansonsten wäre ein Fisch nicht mehr lebensfähig. Yancey und sein Team berechneten, dass die Grenze bei einer Wassertiefe von 8.200 Metern erreicht wäre. Die wenigen Blicke in die Tiefsee bestätigen diese Annahme: Fische wurden nie unterhalb von 8.000 Metern gesichtet.

Viperfisch: Mit einem Leuchtorgan lockt er Opfer an.

Rund 90 Prozent der Tiefsee-Fische können im Dunklen leuchten. Mit der sogenannten Biolumineszenz können sie Partner anlocken - und Beute. Das ist lebenswichtig, weil sie mit Stärke oder Schnelligkeit in der Kälte und Dunkelheit der Tiefsee nicht trumpfen können. Eine noch unbekannte Waffe dagegen besitzen Schwämme: Sie wehren sich ohne bisher bekannte Verteidigungsmechanismen gegen Feinde und Fäulnis.

Was genau in der Tiefsee schwimmt, wollten 80 Forscher in einem zehn Jahre dauernden internationalen Projekt wissen: Von 2000 bis 2010 zählten sie für den "Census of Marine Life" die Tiefsee-Tiere. Gefunden haben sie insgesamt 250.000 höhere Lebewesen - und rund 20.000 unbekannte Meeresbewohner.

Reges Leben am tiefsten Punkt der Erde

Viele Bewohner

Wer hält es eigentlich in 11.000 Metern Tiefe aus? Am tiefsten Punkt der Erde, im Marianengraben im Westpazifik? Dort tummeln sich mehr Mikroorganismen als gedacht, das hat ein internationales Forscherteam im März 2013 mithilfe eines Tauchroboters herausgefunden.

Trotz der widrigen Lebensbedingungen durch den extrem hohen Wasserdruck seien die Mikroben im Challengertief, dem vermutlich tiefsten Punkt des Grabens, aktiver als in seichteren Meeresgebieten. Der Sauerstoffverbrauch sei fast zweimal so hoch gewesen wie in 6.000 Metern Tiefe. "Zusammen mit der Information über den Gehalt an organischem Kohlenstoff im Sediment können wir so die mikrobielle Aktivität im Sediment abschätzen", berichtet Mitautor Frank Wenzhöfer vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen. Doch nicht nur sie war erstaunlich hoch.

Viel Futter

Tauchroboter

Auch die Anzahl an Bakterien sei hoch gewesen. Die Forscher schließen daraus, dass im Meeresgraben viel organisches Material aus absinkenden Kadavern oder Algenresten als Nahrung für die Mikroben zur Verfügung stehen muss. Auch dies hat die Forscher erstaunt: Normalerweise nimmt die Menge von organischem Material im Meer mit zunehmender Wassertiefe ab. Die Wissenschaftler vermuten, dass die Substanzen durch Erdbeben aus seichteren Gebieten gelöst werden und dann in den Graben rutschen.

Viele Auswirkungen?

Die hohe Aktivität der Mikroorganismen im Marianengraben ist bedeutsam für den Kohlenstoffkreislauf der Erde. Weitere Forschungen sollen zeigen, ob der mikrobielle Kohlenstoffumsatz in der Tiefsee das Klima beeinflusst.

"Dazu sind Expeditionen zu weiteren Tiefseegräben, zum Beispiel zum Kermadec-Tonga-Graben bei den Fiji-Inseln geplant", berichtet Max-Planck-Forscher Wenzhöfer.

Viren lieben die Tiefsee

Im Januar 2014 konnten Wissenschaftler der Universität Oldenburg und des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ nachweisen, dass in extrem tiefen, alten und nährstoffarmen Meeressedimenten bis zu 225 mal mehr Viren als Mikroben leben und diese damit die größte Fraktion der dort lebenden Biomasse darstellen. In diesen extremen Lebensräumen übernehmen Viren die Rolle von räuberischen Organismen. Die hohe Anzahl der Viren wird mit ihrer längeren Lebensdauer und höheren Widerstandsfähigkeit begründet.

Mineralien und Rohstoffe aus der Tiefe

Schwarzer Raucher im Pazifik, aufgenommen von einem GEOMAR-Tauchroboter

Neben den Tiefsee-Bewohnern sorgt auch der Meeresboden immer wieder für Überraschungen: Vulkanähnliche Gebilde wie "Schwarze Raucher" oder "Asphaltvulkane" werfen die Erdkruste auf. Sie geben mineralhaltiges Wasser ab und ernähren damit Bakterien, Würmer und andere Tiefseebewohner. Doch die Schätze der Tiefsee könnten auch ihren Tod bedeuten: Denn die mineralstoffreichen "Schwarzen Raucher" werden bereits mit Baggern abgebaut.

Jagd auf die kostbaren Knollen

Manganknollen: wertvoll wie schwarze Trüffeln.

Das Interesse der Schatzsucher auf dem Meeresboden richtet sich aber auch auf Manganknollen. Wie Kartoffeln auf dem Acker liegen die Manganknollen in 5.000 Meter Wassertiefe. Sie enthalten reine und seltene Metalle wie Mangan, Eisen, Nickel, Kupfer und Kobalt, die beispielsweise für die Herstellung von Solarzellen wichtig sind.

Bei der Förderung von Mineralien vom Boden der Tiefsee ist die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) mit von der Partie. Sie erforscht vorrangig Manganknollen, die als Rohstoffquelle heiß begehrt sind. Mitten im Pazifik, zwischen Mexiko und Hawaii hat Deutschland Lizenzen für zwei Manganknollengebiete erworben. Auf 75.000 Quadratkilometern dürfen die Forscher die wertvollen Rohstoffe erkunden und für Untersuchungen abbauen.

Energievorkommen ohne Ende

Brennendes "Eis": Methanhydrat ist leicht entzündlich.

In der Tiefsee wartet aber auch die Energiereserve von morgen: das Gas Methan. In Eis eingefroren als Methanhydrat birgt es mehr Energie als die gesamten Kohlevorkommen der Erde. Die Wirtschaft würde dieses Potenzial gerne nutzen. Doch der vermeintliche Schatz birgt Gefahren für die Umwelt: Das energiereiche Gas wirkt rund zwanzigmal stärker als Kohlendioxid. Zudem wirken die gashaltigen Eiskristalle wie Zement, der die Kontinentalränder stabilisiert. Ein Abbau würde unterseeische Steilhänge ins Rutschen bringen.

Tauchrover, sogenannte Roboats, werden für die Untersuchung des Meeresbodens immer wichtiger.

Im Oktober 2016 vermeldeten Tiefsee-Forscher, sie hätten 500 Methan-Quellen vor der US-Westküste entdeckt. Das Team um Robert Ballard, der durch die Entdeckung des Titanic-Wracks bekannt wurde, hatte den Fund im Sommer vom Forschungsschiff Nautilus aus mithilfe zweier ferngesteuerter Unterwasser-Rover gemacht. Bereits 2014 konnten Forscher anhand von Unterwasser-Rovern entlang der Kontinentalgrenzen der Ostküste 500 solcher Methan-Quellen sichten. Wie viel des austretenden Treibhausgases jedoch in die Atmosphäre gelangt, ist unklar.

Erdbeben setzen Treibhausgas Methan frei

Methan ist eines der stärksten Treibhausgase in der Atmosphäre, viel stärker als Kohlendioxid. Im Sediment größerer Meerestiefen ist das Methan in Form von Methanhydraten gespeichert – einer eisartigen Verbindung. Diese Substanz ist allerdings nur unter hohem Druck und bei niedrigen Temperaturen stabil.

Ein Beben vor Pakistan mit der Stärke 8,1 aus dem Jahre 1945 hat den Meeresboden wohl so destabilisiert, dass große Mengen des Treibhausgases Methan in den Ozean und die Atmosphäre entweichen konnten. Die starken Erdstöße beschädigten eine Sperrschicht aus Methanhydrat und durch die Risse und Spalten konnten seither rund 7,4 Millionen Kubikmeter Methangas aufsteigen, das entspricht etwa der Ladung von zehn großen Gastankern.

Der Meeresboden vor der pakistanischen Küste in 2.861 Meter Tiefe.

Bei der Untersuchung von zwei Sedimentbohrkernen, die 2007 vor der pakistanischen Küste gewonnen worden waren, konnten Forscher belegen, dass bei einem Erdbeben verstärkt Methan-Treibhausgase am Meeresboden freigesetzt werden. Die Auswirkungen wurden in der Klimaforschung nicht berücksichtigt.

Meeresforscher warnen vor Eingriffen

Studie

Um die Folgen von Eingriffen in das Ökosystem Tiefsee geht es in einer Studie, die im Juli 2014 in "Biogeosciences" veröffentlicht wurde. Andrew Thurber von der Oregon State University in Corvallis und seine Kollegen haben 200 wissenschaftliche Studien ausgewertet, um herauszufinden, welche Folgen es haben könnte, wenn wertvolle Rohstoffe aus der Tiefsee geborgen werden. Ihr Ergebnis: Die Meeresforscher warnen vor unbedachtem Handeln, da die Tiefsee für grundlegende Stoffkreisläufe und das Klima auf der Erde mitverantwortlich ist.

Methanfresser

So spielen vor allem die Mikrobengemeinschaften der Tiefsee eine wichtige Rolle für globale Stoffkreisläufe. Methanfressende Bakterien sind zum Beispiel der Grund dafür, dass nur wenig Methanhydrat an die Wasseroberfläche gelangt. Die weitaus größere Menge wird aufgezehrt. Dadurch gelangen nur zwei bis vier Prozent des aus den ozeanischen Quellen entweichenden Methans in die Atmosphäre.

Kohlendioxid

Die Tiefsee speichert und puffert Kohlendioxid. Derzeit sind rund 37.000 Gigatonnen Kohlenstoff in der Tiefsee gespeichert. Und die Tiefsee hat ein Viertel des gesamten Kohlenstoffes aufgenommen, der durch die Aktivitäten der Menschen freigesetzt wurde.

Energie

Immer mehr Erdöl- und Gaslager in der Tiefsee werden erschlossen - der Fortschritt in der Technik macht es möglich. Dass diese Energiegewinnung nicht ohne Gefahr ist, zeigte die Explosion der Ölbohrplattform Deepwater Horizon. Weitere Energiereserven wie die Methanhydratvorkommen und die Wärmeenergie der hydrothermalen Schlote sollen noch erschlossen werden. Doch welche Folgen die Ausbeutung dieser Quellen auf das gesamte Ökosystem Tiefsee haben, sind nicht absehbar.

Bergbau

Pläne für die Gewinnung von Metallen und Mineralien in der Tiefsee gibt es schon, etwa wenn es um den Abbau von Manganknollen im Pazifik geht. Allerdings sind diese Metalle und Mineralien über Jahrtausende entstanden. Viele Prozesse im tiefen Wasser laufen nochmals viel langsamer ab als an Land. Einmal abgebaut, werden sie sich in ewiger Zeit nicht mehr erneuern.

Wie Lebewesen in der Tiefsee überleben

Heiße und kalte Quellen

Ohne sie könnten viele Lebewesen in der Tiefsee nicht überleben: heiße und kalte Quellen. Heiße Quellen, die sogenannten "Schwarzen Raucher", entstehen, wenn glühendes Magma aus dem Erdinneren auf Meereswasser trifft. Aus heißen Quellen tritt bis zu 400 Grad heißes Wasser aus, das eine große Anzahl an Mineralstoffen und Schwermetallen enthält.

Auch kalte Quellen stoßen Methan und Schwefelwasserstoff aus, der Temperatur-Unterschied zu "Rauchern" beträgt jedoch fast 400 Grad. "Klare Raucher" gehören zu den heißen Quellen. Ihre Farbe ist anders als die von "Schwarzen Rauchern", weil die Farbe eines "Rauchers" abhängig ist von der Temperatur, den Stoffen, die aus dem Erdinneren gespült werden und dem Wasserdruck.

Mit einem neuartigen Echolot konnten Wissenschaftler nachweisen, dass es auf dem Meeresboden wahrscheinlich zehnmal mehr heiße Quellen gibt, als sie bisher angenommen hatten. Das neue Gerät misst vierhundertmal genauer als bisherige Echolote - und arbeitet weitaus schneller als Unterwasserroboter, die sich mühsam im Dunklen Quadratmeter für Quadratmeter vorarbeiten müssen, um heiße Quellen zu finden. Diese Entdeckung liefert eine mögliche Erklärung, wie sich Tiefseebewohner ausbreiten könnten: Kurze Distanzen und viele Quellen ermöglichen es Lebewesen in der Tiefsee, sich von Quelle zu Quelle vorzuarbeiten, bis sie sich an einer großen Quelle niederlassen. Sogar Arten, die sich langsam bewegen, können so neue Lebensräume erobern.

Würmer

Würmer, Muscheln und Krebse können an den Quellen existieren, weil sie in Gemeinschaft mit Bakterien leben, in einer sogenannten "Symbiose". Die Bakterien brauchen zum Leben kein Sonnenlicht. Sie nutzen Schwefelwasserstoff und Methan aus dem Erdinneren als Energiequelle. Diese Energie stellen sie ihrem tierischen Partner zur Verfügung - und erhalten dafür Schutz. Dieser Prozess wird Chemosynthese genannt und macht höhere Lebewesen unabhängig von Sonnenlicht.

Wie Forschungen des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie zeigen, sind symbiotische Röhrenwürmer in höchst unterschiedlichen Lebensräumen zu finden: Sie wurden nicht nur an "Kalten Quellen" vor der ägyptischen Küste entdeckt, sondern auch nördlich von Sizilien und in einer Tiefe von nur 400 Metern. Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass die bei Sizilien gefundenen Röhrenwürmer mehr als 300 Jahre alt sind - und damit zu den ältesten Tieren der Erde gehören. Sie sind Überlebenskünstler, die in Lebensräumen überleben können, die so unterschiedlich sind wie die Sahara und der Himalaja.

Muscheln

Wie viele andere Arten leben auch Muscheln in der Tiefsee in Symbiose mit Bakterien. An einer der entdeckten heißen Quellen sind sie die dominanteste Tiergruppe und Grundlage der dortigen Nahrungskette. Forscher untersuchen, wie ihnen das gelingt. Das Ergebnis überrascht: Die Muschel hat einen Bakterienpartner, der Wasserstoff in Energie umwandeln kann. Das wurde bisher noch nie beobachtet!

Ein Laserscanning-Mikroskop macht die Sensation sichtbar: In den Kiemen der Muscheln leben große Mengen verschiedener Bakterien-Arten. Während die einen Schwefelwasserstoff und Methan verarbeiten, setzen die anderen, kleineren Bakterien-Arten Wasserstoff um. Dank dieser energiereichen Reaktion entsteht schneller und häufiger Zucker als bei der klassischen Chemosynthese. Die kleineren wasserstoffverarbeitenden Bakterien sind ihren Methan verarbeitenden Artgenossen überlegen. Sie produzieren weitaus mehr Energie für die Muscheln.

Die Forscher stehen erstaunt vor einem "wasserstoffbetriebenen Tier". Dabei war vor ein paar Jahrzehnten noch nicht einmal bekannt, dass höheres Leben ohne Sonnenlicht existieren kann. 1977 wurden dann Tiere entdeckt, die Schwefelwasserstoff und Methan mithilfe von Bakterien nutzen können.

  • Wenn es Nacht wird im Ozean - Wesen der Tiefe: am 26. Juni 2018 um 20.15 Uhr in ARD-alpha.
  • Entdeckungsreise in die Tiefsee - Forschung am Limit: am 7. Februar 2018 um 15.00 und 21.45 Uhr in Planet Wissen, ARD-alpha.

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