Rätsel der unterseeischen Feenringe gelöst

Mystische Ringe: Auch am Meeresgrund gibt es „Feenringe“ – große, kreisförmige Kahlstellen in Seegraswiesen beispielsweise vor Dänemark, Korsika oder Mallorca. Wie diese rätselhaften Gebilde entstehen, haben Forschende nun herausgefunden. Demnach geht die Ring- oder Kreisform der Kahlstellen auf eine dynamische Wechselwirkung von Seegrasdichte, Bakterien im Sediment und deren Produktion von giftigem Schwefelwasserstoff zurück.

Die Natur ist voller „mystischer“ Vegetationsmuster, die aufgrund ihres rätselhaften Charakters im Volksmund den Namen Feenringe erhalten haben. Solche kreisrunden, kahlen Flecken finden sich beispielsweise im trockenen Gras der Namib-Wüste oder in Australien. Ihre Ursache ist bis heute umstritten, wahrscheinlich entstehen sie aber durch die Aktivitäten von Termiten und durch Wechselwirkungen der Pflanzen mit Boden und Wasser.

Seltsame Löcher in Seegraswiesen

Doch dieses Phänomen ist nicht auf die Landvegetation beschränkt: Auch am Grund des Meeres gibt es Feenringe mit bis zu zehn Meter Durchmesser, beispielsweise in Seegraswiesen vor Dänemark, Korsika oder Mallorca. Vor allem in den Buchten von Pollença und Alcúdia erstrecken sich die löchrigen Neptungras-Wiesen kilometerweit. Die Ursache dieser marinen Feenringe blieb jedoch lange unklar.

Forschende um Daniel Ruiz-Reynés von der Katholischen Universität Löwen in Belgien haben nun herausgefunden, wie diese balearischen Feenringe entstanden sind. Anstoß dafür gaben frühere Studien zu Unterwasser-Feenringen im dänischen Kattegat, bei denen Forscher Hinweise auf erhöhte Konzentrationen von pflanzentoxischem Schwefelwasserstoff im Meeresgrund gefunden hatten. Sie vermuteten, dass dieses Sulfid durch Bakterien im Porenwasser des Sediments gebildet wird und dann das Seegras abtötet.

Interaktion von Seegras, Bakterien und Untergrund

Doch warum entstehen die Sulfide nur an bestimmten Stellen der Seegraswiesen – und warum hinterlässt das Absterben der Pflanzen diese ringförmigen Muster? Um das zu ergründen, entwickelten Ruiz-Reynés und sein Team ein mathematisches Modell, das die Wechselwirkung von Bakterien, der chemischen Zusammensetzung des Porenwassers im Sediment und des Pflanzenwachstums rekonstruiert.

Das Modell enthüllte, dass die Feenringe durch einen sich selbst verstärkenden Prozess entstehen: Dort, wo Seegras besonders dicht wächst, reichert sich organisches Material im Untergrund an. Dies wiederum dient Bakterien als Nahrung, die schwefelhaltige Sulfatverbindungen abbauen und dabei Schwefelwasserstoff (H₂S) produzieren. Dieses Sulfid wird von den Wurzeln der benachbarten Pflanzen aufgenommen, hemmt ihr Wachstum und kann sie im Extremfall absterben lassen.

Dynamische Wechselwirkung erzeugt die Ringe

Der Clou dabei: Je dichter die Seegraswiese an einer Stelle ist, desto mehr „Futter“ liefert dies den Bakterien im Untergrund für ihre Schwefelwasserstoff-Produktion. Dadurch bilden sich die kahlen Stellen meist dort, wo das Seegras zuvor sehr dicht stand. Hinzu kommt jedoch ein dynamischer Effekt – ein Phänomen, das die Wissenschaftler als Anregungspuls beschreiben. Dabei führt die nach außen abnehmenden Sulfidbelastung in diesen Kreisen zu einem Effekt, der an ihrem Rand das Seegras vorübergehend dichter sprießen lässt.

„Zwar ist der Endzustand immer ein im Zentrum kahler Grund – unabhängig davon, wie dicht das Seegras dort am Anfang stand“, erklären Ruiz-Reynés und sein Team. „Aber wenn die anfängliche Vegetation dicht genug war, erzeugt das System erst einen Schub des Vegetationswachstums, bevor das Ganze in kahler Erde endet.“ Dadurch stirbt das Seegras von der Mitte her sukzessive ab, während am Rand oft noch ein dichter Ring stehen bleibt.

Meeresverschmutzung begünstigt kahle Stellen

Soweit das Ergebnis der Modellierung. Ob dieses auch der Realität entspricht, ermittelten die Wissenschaftler mithilfe von Luftaufnahmen der mallorquinischen Küste von 1973 bis heute und durch Sulfid-Messungen im Sediment einiger Seegraswiesen. Tatsächlich ließen sich in den kahlen Stellen giftige Sulfide wie Schwefelwasserstoff nachweisen. Die Satellitenaufnahmen zeigten zudem, dass die Seegraswiesen vor Mallorca im Laufe der vergangenen 50 Jahre immer löchriger geworden sind.

Normalerweise sollten diese toten Zonen allerdings nicht ewig bestehen, da sich der Schwefelwasserstoff mit der Zeit abbaut und die Kreise wieder bewohnbar werden, erklären Ruiz-Reynés und sein Team. Doch das ist vor Mallorca nicht der Fall. Denn steigende Temperaturen und übermäßige Sulfidproduktion als Folge externer, organischer Einträge erhöhen die Seegrassterblichkeit zusätzlich, so die Wissenschaftler. Das mache die Feenringe zu Vorboten eines großflächigen Seegrassterbens.

Für die Zukunft heißt das: „Neuartige Fernerkundungsinstrumente können in Verbindung mit künstlicher Intelligenz Ringstrukturen automatisch aufspüren und verfolgen und so auf vom Zusammenbruch bedrohte Seegraswiesen hinweisen“, schreiben Ruiz-Reynés und seine Kollegen. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; doi: 10.1073/pnas.2216024120) 

Quelle: Proceedings of the National Academy of Sciences