POLARGEBIETE

Lebensraum aus Eis und Schnee

Die beiden kalten Regionen um Nord- und Südpol zeigen topografisch ein völlig unterschiedliches Bild. Die Arktis im Norden wird zum großen Teil von dem im Zentrum vollständig mit Packeis bedeckten Nordpolarmeer eingenommen. Zu ihr gehören auch die nördlichsten Teile der angrenzenden Kontinente Eurasien und Nordamerika und die zahlreichen im Nordpolarmeer liegenden Inseln, unter ihnen Grönland, die größte Insel der Erde. Als südliche Grenze gilt die polare Baumgrenze, die weit über den nördlichen Polarkreis hinausreicht.

Inhalt

Eiskalt: das Klima in Arktis und Antarktis

Antarktis: kein Lebensraum für Pflanzenfresser

Planktonreichtum der Polarmeere

Eiskalt: das Klima in Arktis und Antarktis

An den Polen der Erde mildert monatelang kein wärmender Sonnenstrahl die beißende Kälte; das ewige Eis scheint sich nach allen Richtungen bis zum Horizont auszubreiten. Die beiden Pole der Erde sind daher unwirtliche, lebensfeindliche Orte. Das extreme Klima von Arktis und Antarktis wird von der geografischen Lage bestimmt: Sie liegen auf 66°33’03“ nördlicher und südlicher Breite. Je weiter man sich Richtung Pol nähert, an desto mehr Tagen und Wochen sinkt die Sonne im Sommer nicht unter den Horizont (Mitternachtssonne), doch auch die Zeit der Polarnacht, in der die Sonne überhaupt nicht aufgeht, nimmt zu. An den Polen schließlich herrscht volle sechs Wintermonate lang Finsternis. Zum Ausgleich steht die Sonne in den sechs Sommermonaten stets über dem Horizont.

Die Arktis

Die Arktis beginnt an der polaren Baumgrenze, die etwa dort verläuft, wo die Sommertemperatur im Monatsdurchschnitt unter 10 °C bleibt (10-Grad-Juli-Isotherme). Zum arktischen Klimagürtel gehören die Eisklimate, die im Monatsdurchschnitt stets unter dem Gefrierpunkt bleiben, und die Tundrenklimate. Geografisch umfasst die Arktis den Arktischen Ozean und das Europäische Nordmeer sowie Grönland und die nördlichen Küstenregionen Nordamerikas und Eurasiens, insgesamt eine Fläche von 26 Mio. km², davon 8 Mio. km² Land.

Im Winter lässt die fehlende Sonneneinstrahlung die Temperaturen im arktischen Meer auf –30 bis –50 °C absinken. Die kalte Luft ist trocken und es gibt nur wenig Niederschläge. Auch im Sommer wird kaum der Gefrierpunkt erreicht. Doch es mangelt nicht an Sonnenenergie. Denn der flache Einfallswinkel der Sonnenstrahlung wird durch die Tageslänge ausgeglichen. Deshalb kann man zu dieser Zeit in Sibirien durchaus mit Temperaturen um +30 °C rechnen. Das weiße Polareis der Eisklimate jedoch wirft 60–95 % der Sonnenstrahlung zurück, ohne dass Boden oder Luft erwärmt werden. Niederschläge, die in der Regel als Schnee fallen, sind häufig, aber meist nicht sehr ergiebig.

Antarktis: Kontinent der Extreme

Während der antarktische Kontinent fast völlig innerhalb des Polarkreises liegt, breitet sich das Pack- und Treibeis weit in den Ozean aus. Zwischen 55° und 62° südlicher Breite umfließt die antarktische zirkumpolare Strömung ostwärts den Kontinent. In ihr liegt die antarktische Polarfront-Zone (APFZ, auch antarktische Konvergenz genannt), in der das kalte polare Wasser auf wärmeres Wasser trifft. Definiert man die Antarktis durch die Lage der APFZ, so umfasst sie über 50 Mio. km², also ein Vielfaches des 14 Mio. km² großen Kontinents. Etwa 4 Mio. km² des Meeres sind im Sommer von Packeis bedeckt, im Winter 20 Mio. km².

Die zirkumpolare Meeresströmung und ein atmosphärischer Polarwirbel sorgen über Antarktika für eine stabile, kalte und trockene Luftmasse. Sie ist ein Grund für die dort herrschenden extrem niedrigen Temperaturen. Ein weiterer liegt in dem bis über 4000 m mächtigen Eisschild begründet. Dessen Oberfläche liegt fast überall auf Hochgebirgsniveau und mit der Höhe sinken natürlich auch die Lufttemperaturen.

Über dem Eis kühlt die Luft ab und strömt die Hänge herab. Meist sind diese »katabatischen Winde« langsam, doch sie können zu turbulenten, beißend kalten Blizzards werden. Katabatische Winde wehen weit ins Meer hinaus und fördern die Bildung von Meereis und ozeanischem Tiefenwasser.

Antarktis: kein Lebensraum für Pflanzenfresser

Im Vergleich zur Tierwelt anderer Lebensräume fällt die antarktische Fauna aus dem Rahmen. Erstens zeichnet sich die Region durch eine extreme Tierarmut aus. Einige Robbenarten, einige Pinguinarten und diverse Seevögel bilden praktisch das gesamte Tierspektrum des antarktischen Kontinents. Ein zweites Merkmal charakterisiert die antarktische Fauna: Es gibt praktisch keine Pflanzenfresser. Keine der Tierarten, die diesen Lebensraum dominieren, ernährt sich von Pflanzen: Die Vegetation ist zu karg. Das Meer hingegen ist erstaunlich fruchtbar. Seine Primärproduktion ist durchaus mit der von Wäldern oder Grasländern vergleichbar. Unter Primärproduktion versteht man in der Ökologie die Produktion von Biomasse, also die gesamte Menge von lebenden Organismen oder auch deren organische Substanz.

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Gletscher am Lemaire-Kanal

Kaum Landpflanzen

Das Festland der Antarktis (Antarktika) bietet kaum Lebensraum für Pflanzen. Der Kontinent ist fast vollständig von einem Eisschild bedeckt, der sich als Schelfeis weit ins Meer hinein fortsetzt. Seine Oberfläche kann Pflanzen weder Nährstoffe noch Halt bieten. Offener Boden, auf dem sich Pflanzen ansiedeln könnten, findet sich nur in wenigen eisfreien Küstengegenden, in den Hochgebirgen und auf Inseln. Doch auch an diesen Stellen erschweren extrem niedrige Temperaturen das Überleben. Die stabile kalte Luftmasse der Antarktis bringt kaum Niederschläge, die zudem größtenteils als Schnee fallen. Daher muss die Vegetation an extreme Trockenheit angepasst sein. Ein weiteres Problem ist die monatelange Dunkelheit, denn Pflanzen erhalten ihre Energie durch Photosynthese aus der Sonnenenergie. So ist das Wachstum für einen großen Teil des Jahres eingeschränkt: Es gibt nur wenige Pflanzenarten; Bäume oder Sträucher fehlen ganz und nur drei Grasarten siedeln an geschützten Stellen.

Die Nahrungskette der Antarktis

Doch auch in der Antarktis gelten dieselben Prinzipien wie in allen anderen Lebensräumen. Demnach müssen Nahrungsketten immer mit Primärproduzenten beginnen, also mit Pflanzen, die unter Einfluss des Sonnenlichts organische Nährstoffe erzeugen. Sie werden von Pflanzenfressern konsumiert, die wiederum Fleischfressern als Nahrung dienen. Da bei jedem dieser Schritte nur ein Teil der Energie weitergegeben wird, stellen Pflanzen und Pflanzenfresser stets einen viel größeren Teil der Biomasse eines Lebensraums als Fleischfresser.

Dies gilt auch in der Antarktis, denn die geringe Zahl von Pflanzen und Pflanzenfressern auf dem Land zeigt nur das halbe Bild – im Meer wimmelt es von Lebewesen. Die Primärproduktion erfolgt durch pflanzliches Plankton (Phytoplankton), vor allem einzellige Kieselalgen (Diatomeen). Größere Tiere könnten sich von solch mikroskopisch kleinen Algen nicht ernähren, doch sie sind die Lebensgrundlage für planktonisch lebende Krebstiere, den Antarktischen Krill (Euphausia superba). Diese bis zu 6 cm langen Tiere sind dann auch für größere Tiere als Nahrung geeignet. Auf Krill spezialisiert haben sich Adelie-Pinguine, Krabbenesserrobben und Bartenwale. Der massenhaft auftretende Krill ist auch die Nahrungsgrundlage kleinerer Fische und Tintenfische, die wiederum von weiteren Robben- und Vogelarten gefressen werden.

Tatsächlich also ist die Antarktis durchaus ein Lebensraum mit Pflanzen und Pflanzenfressern – doch leben diese als Plankton im Meer, während an Land vor allem Großtiere auffallen, die als Fleischfresser nur die kleine Spitze der komplexen Nahrungspyramide der Antarktis bilden.

Planktonreichtum der Polarmeere

Die Polargebiete der Erde sind kalte, lebensfeindliche Regionen. In der Arktis kann zwar die Tundrenvegetation entlang der kontinentalen Küsten eine Vielzahl von Tieren ernähren, aber die weiten Flächen des Meereises bieten ebenso wenig Nahrung wie die Eisschilde Antarktikas oder Grönlands. Das Meer jedoch bietet reichlich Nahrung. Den größten Teil der Biomasse macht das Plankton aus.

Unter Plankton versteht man generell all diejenigen im Meer lebenden Organismen, die sich nur schwach aktiv fortbewegen und deshalb überwiegend passiv mit den Meeresbewegungen treiben. Dazu gehören Pflanzen (Phytoplankton) und Tiere (Zooplankton). Plankton besteht keineswegs nur aus mikroskopisch kleinen Organismen, vielmehr reicht das Spektrum von Viren und Bakterien, die nur Bruchteile von Mikrometern groß sind, bis hin zu metergroßen Algen und Quallen. Eine zentrale Rolle in den Nahrungsketten der Polarmeere kommt garnelenartigen Kleinkrebsen der Ordnung Euphausiacea zu: dem Krill. Erst durch ihn wird die enorme Primärproduktion mikroskopisch kleiner Algen für andere Tiere nutzbar. So werden in der Antarktis jährlich schätzungsweise 500 Mio. t Krill verzehrt.

Energie aus Licht

Wie in allen anderen Lebensräumen stehen in den Ozeanen an der Basis der Nahrungspyramide Organismen, die Photosynthese betreiben, also mithilfe der Energie des Sonnenlichts aus anorganischen Stoffen Zucker (Glucose) und andere organische Stoffe erzeugen können. Während die Lebensräume an Land von großen, mehrzelligen Pflanzen dominiert werden, übernimmt im Meer das Phytoplankton, das vor allem aus kleinen, einzelligen Organismen besteht, diese Rolle.

Das Licht der Sonne kann nur etwa 100 m tief in das Meerwasser eindringen. Nur in dieser sog. photischen Zone ist Photosynthese möglich. Die photische Zone reicht nur selten bis zum Meeresgrund. Benötigt ein Organismus Energie aus der Sonne, muss er deshalb planktonisch leben, also stets nahe genug an der Meeresoberfläche bleiben.

Für eine planktonische Lebensweise ist ein kleiner Körper von Vorteil. Denn kleine Objekte sinken im Wasser viel langsamer als große. Ein großer, differenzierter Körper wird auch nicht benötigt, da alle Nährstoffe im Wasser gelöst sind. Im Unterschied zu Landpflanzen braucht das Phytoplankton also keine Wurzeln, Gefäße und anderen Organe für den Wasser- und Nährstofftransport.

Das Phytoplankton

Genau genommen ist der Begriff »Phytoplankton« (pflanzliches Plankton) irreführend. Zwar machen Grünalgen einen Teil des Phytoplanktons aus, doch die wichtigsten Gruppen gehören nicht etwa dem Reich der Pflanzen (Phytae) an, sondern sind Einzeller (Protisten). In den kalten polaren und subpolaren Meeren sind Diatomeen (Kieselalgen) die wichtigsten Primärproduzenten. Diese Einzeller haben ein Skelett aus Kieselsäure. Es besteht aus zwei deckelartigen, runden Halbschalen, von denen eine ein wenig größer ist als die andere. Sie passen wie die beiden Hälften einer Bonbondose ineinander und umschließen das Plasma. Um nicht aus der photischen Zone in lichtlose Tiefen abzusinken, enthalten Diatomeen einige mit Öl gefüllte Vakuolen (Hohlräume in Zellen), die ihnen Auftrieb geben. So können sie ihr spezifisches Gewicht dem umgebenden Meerwasser anpassen und »in der Schwebe« bleiben.

Einen weiteren wichtigen Anteil des Phytoplanktons stellen die Dinoflagellaten. Diese Einzeller haben eine Geißel zur Fortbewegung. Mit ihrer Hilfe können sie auf- und absteigen und in der photischen Zone bleiben. Ging man lange Zeit davon aus, dass Diatomeen und Dinoflagellaten den größten Teil der marinen Primärproduktion ausmachen, lassen moderne Forschungsmethoden erkennen, dass auch viel kleinere Organismen (etwa Blaugrünalgen) einen großen Beitrag liefern, doch ist ihre genaue Rolle gerade in den Polargebieten noch nicht geklärt.

Hohe Produktivität der Polarmeere

Das Wachstum des Phytoplanktons wird von der Verfügbarkeit von Licht und von anorganischen Nährstoffen bestimmt. Stickstoffund phosphorhaltige Verbindungen benötigt das Phytoplankton ebenso wie Eisen oder andere Spurenelemente; Kieselalgen brauchen zum Aufbau ihres Skeletts zudem ausreichend Kieselsäure.

In den meisten Meeresgebieten begrenzt die Verfügbarkeit dieser Nährstoffe das Wachstum des Planktons. In der photischen Zone ist der Nährstoffgehalt daher bald aufgebraucht. Der Nährstoffreichtum des tieferen Wassers bleibt jedoch für das Phytoplankton unzugänglich, denn die meisten Meere haben eine stabile Temperaturschichtung mit warmem Oberflächenwasser, das über den kälteren Schichten liegt und eine Umwälzung des Wassers verhindert.

In den Polarmeeren ist das anders. Da das Wasser an der Oberfläche vergleichsweise kalt bleibt, findet ein stärkerer Austausch mit dem tieferen, nährstoffreichen Wasser statt. In der Antarktis gibt es außerdem ein System von Meeresströmungen, die rund um den Kontinent nährstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche steigen lassen. Auch in vielen Küstengebieten der Arktis bringt aufsteigendes Tiefenwasser stets neue Nährstoffe. Deshalb sind die Polarmeere so erstaunlich produktiv. Das Phytoplankton im antarktischen Meer produziert im Jahr etwa 100 g Kohlenstoff/m². Das ist ähnlich viel Biomasse wie in den Grasländern, Wäldern oder den Meeren in gemäßigten Breiten entsteht, während in den tropischen Ozeanen nur ein Fünftel bis die Hälfte dieses Wertes erreicht wird. Steigen im Zuge der globalen Erwärmung die Temperaturen der Polarmeere weiter an, werden die Planktonmengen aufgrund des sinkenden O₂-Ge-haltes des Wassers abnehmen – mit fatalen Folgen für die Nahrungskette.

Sommerliche Planktonblüte

Viel stärker als in anderen Meeren zeigt das polare Plankton einen ausgeprägten Jahreszyklus. In den langen Polarnächten gibt es kein Licht für die Photosynthese. Deshalb ist im Winter die Anzahl der Zellen sehr gering. Im Frühjahr steigt die Sonne über den Horizont, die Tage werden länger. Gleichzeitig schmilzt der Schnee auf dem Eis, Licht dringt durchs Eis ins Wasser. Es bilden sich Flächen mit offenem Wasser. Für das Phytoplankton im Meer werden also die Wachstumsbedingungen immer besser. Da auch an Nährstoffen kein Mangel herrscht, steigt im Sommer die Biomasse auf Werte, die weit über denen anderer Meere liegen. Dank dieser sommerlichen Phytoplanktonblüte nimmt – mit etwas Verspätung – auch das tierische Plankton (Zooplankton), das sich vom Phytoplankton ernährt, stark an Masse zu.

Das Zooplankton

Das Zooplankton besteht aus einer großen Vielfalt von Arten. Fast alle Tierstämme sind vertreten, auch Larven von Fischen und sesshaften Organismen. Überragende Bedeutung kommt jedoch den Krebstieren zu, besonders den Ruderfußkrebsen und dem Krill. Die wenige Millimeter großen Ruderfußkrebse (Copepoden) machen in allen Weltmeeren den größten Anteil des Zooplanktons aus. Am Kopf haben sie sehr lange Antennen, die wie Fallschirme das Absinken in die Tiefe verlangsamen. Das zweite Antennenpaar, die übrigen Kopfanhänge und die Beine sind fächerförmig umgeformt und dienen der Nahrungsaufnahme. Mit ihnen erzeugen Copepoden eine Strömung, die in der Nähe befindliche Algen und andere Organismen zur Mundregion transportiert. Dort werden durch ein besonders geformtes Paar Mundwerkzeuge (dem zweiten Maxillenpaar) die Zellen aus dem Wasser gesiebt und in den Mund befördert. Die meisten Copepoden ernähren sich von Phytoplankton, manche Arten fressen auch kleinere Tiere.

Der Krill

Von besonderer Bedeutung für die Nahrungsnetze der Polargebiete ist der Krill. Diese garnelenartigen Kleinkrebse der Ordnung Euphausiacea bilden riesige, planktonisch lebende Schwärme. Die einzelnen Tiere werden vermutlich bis zu sechs Jahre alt und erreichen eine Größe von 6 cm bei einem Gewicht von 2 g. Der Antarktische Krill gehört zur Art Euphausia superba. Der Körper der Kleinkrebse ist transparent, doch schimmert der Magen grünlich durch, ein Zeichen, dass sich der Antarktische Krill vorwiegend vom Phytoplankton ernährt. Neben dem im Wasser treibenden Plankton kann Euphausia superba auch Organismen abweiden, die in der Eisschicht an der Unterseite des Packeises leben. Vermutlich im Zuge des Rückgangs des Meereises, der Kinderstube der Kleinkrebse, durch die Erderwärmung wird ein Bestandsrückgang der bislang größten Krillvorkommen im Bereich der Antarktischen Halbinsel beobachtet.

Kompliziertes Nahrungsnetz

Lange Zeit ging man davon aus, dass das planktonische Nahrungsnetz relativ einfach ist: Phytoplankton erzeugt Nahrung aus Sonnenlicht und Zooplankton ernährt sich vom Phytoplankton. Neuere Forschungen zeichnen jedoch ein komplexeres Bild. Winzige Blaugrünalgen tragen in größerem Maß zur Primärproduktion bei, als man annahm. Auch Bakterien, die sich von Überresten toter Zellen oder den Ausscheidungen anderer Organismen ernähren, spielen eine Rolle.