mini|Schwarzer Raucher an einem Mittelozeanischen Rücken mini|Video: Tiefsee (Quelle: TerraX)
Als Tiefsee bezeichnet man für gewöhnlich die weitgehend bis völlig lichtlosen Bereiche des Meeres, die unterhalb einer Tiefe von mindestens 200 m liegen. Nach dieser Definition erstreckt sich die Tiefsee über rund 88 % der Fläche der Ozeane.
Basis der Nahrungskette in Tiefsee-Biotopen bilden chemolithotroph aktive Bakterien und Archaeen, die in der Umgebung von hydrothermalen Quellen, auch Schwarze Raucher genannt, die Oxidation von Schwefelwasserstoff als Energiequelle nutzen, um organische Verbindungen aus anorganischen Stoffen, unter anderem Kohlenstoffdioxid als Kohlenstoffquelle, aufzubauen. Grüne Schwefelbakterien nutzen anoxygene Photosynthese mit Schwefelwasserstoff oder Schwefel als Reduktionsmittel,J. T. Beatty et al. (2005): An obligately photosynthetic bacterial anaerobe from a deep-sea hydrothermal vent. In: Proc Natl Acad Sci USA 102(26); 9306–9310; PMID 15967984; PDF (Volltextzugriff, engl.). hierbei wird infrarote Wärmestrahlung in Chlorosomen zur Energiequelle für Photosynthese. Ein Beispiel für die (rezente) Endosymbiontentheorie sind Tiefsee-Bartwürmer (Siboglinidae), die kein Verdauungssystem besitzen, sondern ihre Nährstoffe von Bakterien erhalten, mit denen sie in Endosymbiose leben.
Abgesehen von den belebten hydrothermalen Quellen gibt es in der Tiefsee, soweit wir bis heute wissen, keine weitere biologische Primärproduktion.
Daten mini|Karte der weltweiten Tiefseerinnen
Die Temperatur ist gleichbleibend niedrig (−1 °C bis 4 °C). In 10.000 m Tiefe herrscht ein Druck von etwa 1.000 bar. Starke Meeresströmungen sind selten, und jahreszeitliche Fluktuationen beschränken sich auf die Menge des Detritus, der aus den durchlichteten Zonen hierher absinkt und die wichtigste Nahrungsgrundlage der Tiefsee darstellt.
Die in einer Meerestiefe von 1.000 m und mehr liegenden Bereiche der Tiefsee bedecken eine Fläche von etwa 318 Millionen km², was etwa 62 % der gesamten Erdoberfläche darstellt.
In der Tiefsee oder an deren Rändern befinden sich tektonisch bemerkenswerte Zonen:
Mittelozeanischer Rücken – Gebirgssystem des Weltmeers, zuerst im Atlantik entdeckt Tiefseebecken – in allen Teilen des Weltmeers vorhandene großflächige und tiefe Becken Tiefseerinnen – vor allem im Pazifik befindliche so genannte Gräben. Das (nach einer umstrittenen Messung von 1957) 11.034 m tiefe Witjastief 1 und das (nach Messungen von 2010) 10.984 ± 25 m tiefe Challengertief (beide im Marianengraben, Pazifik) gelten als tiefste bekannte Stellen der Weltmeere. Die Rücken und Rinnen wurden erst in den letzten Jahrzehnten durch geophysikalische Methoden untersucht und erwiesen sich als „Nahtstellen der Plattentektonik“. Sie machen sich unter anderem im Erdschwerefeld und in der Verteilung der Erdbeben bemerkbar.
Das Gegenstück der Tiefsee ist die „Flachsee“, insbesondere die den Kontinenten vorgelagerten Schelfgebiete.
Gliederung mini|90px|Die Gliederung des Pelagials Das Weltmeer ist in zwei große Bereiche unterteilt:
Pelagial Das Pelagial ( pelagos ‚Meer‘) ist der Lebensraum des freien Wassers. Das Pelagial ist bei Seen und dem Meer der uferferne Freiwasserbereich oberhalb der Bodenzone (Benthal).
Im Meer gliedert sich das Pelagial, der morphologischen Einteilung des Gewässerbodens gemäß, in fünf Zonen:
Das Epipelagial sind die obersten 200 Meter der Wassersäule des freien Wassers (Pelagial) im Meer. Diese durchlichtete ((eu)photische) Tiefenzone ist durch eine positive Bioproduktivität (trophogene Zone, d. h. positive Stoff- und Energiebilanz, stärkster Aufbau von Biomasse) und den höchsten Artenreichtum innerhalb des Ökosystems gekennzeichnet. Im Epipelagial gibt es ausreichend Licht für höhere Pflanzen und photoautotrophe Kleinstlebewesen, um Photosynthese zu betreiben. Neben Plankton lebt hier auch das aktiv schwimmende Nekton, also Fische, Krebse und Kopffüßer. Nach unten wird das Epipelagial durch das Mesopelagial begrenzt. Das Mesopelagial ist der Bereich zwischen ca. 200 Metern bis etwa 1.000 Metern Meerestiefe; ab hier beginnt die eigentliche Tiefsee. In diese Tiefe dringt noch ein geringer Anteil blauen Lichts vor. Der Druck beträgt in 1.000 Metern Tiefe etwa 100 bar (entspricht 100 Kilogramm pro Quadratzentimeter). Pflanzenbewuchs ist wegen des Lichtmangels nicht vorhanden, Plankton in nur geringer Menge. Auch die Temperatur sinkt in der Tiefenzone von 500 m bis 1500 m plötzlich von 5 °C auf knapp über 0 °C.Autorenkollektiv: Tierparadiese unserer Erde. Wissenmedia Verlag. Gütersloh/München 2008, ISBN 978-3-577-07705-7, S. 40. Im Mesopelagial leben beispielsweise die Tiefsee-Beilfische. Das Bathypelagial reicht von 1.000 bis 4.000 Metern Tiefe. Der Druck beträgt in 4.000 Metern Tiefe etwa 400 bar. Es ist kein Sonnenlicht mehr vorhanden, nur Fische und Bakterien erzeugen Licht in Form von Biolumineszenz. Unter den in dieser Tiefe lebenden Tiefseefischen finden sich auch die Tiefsee-Anglerfische. Das Abyssopelagial (4.000–6.000 m) ist die Tiefenzone von 4.000 bis 6.000 Metern Tiefe. Hier ist die Temperatur nahe am Gefrierpunkt. Im Abyssopelagial lebt z. B. der Tiefseekrebs. Das Hadopelagial (6.000–11.000 m) ist die tiefste Zone im Meer und reicht von 6.000 bis zu 11.000 Metern Tiefe, dem tiefsten Punkt im Ozean. Die Temperatur liegt wie im Abyssopelagial nahe am Gefrierpunkt. Dennoch gibt es hier Lebewesen, z. B. den Borstenwurm.
Nach Ansicht einiger Meeresbiologen lassen sich Abyssopelagial, Bathypelagial und pelagisches Hadal (auch Hadopelagial, Hadalpelagial, hadopelagische Zone) aufgrund ihrer ähnlichen hydrologischen und biologischen Eigenschaften nicht abgrenzen, darum werden sie zu einer Zone der Tiefsee zusammengefasst.
Das Pelagial lässt sich ähnlich wie das Benthal (analog Litoral und Profundal) in zwei produktionsbiologische Zonen einteilen. In eine trophogene Zone (Nährschicht, d. h., es wird mehr Sauerstoff und Biomasse erzeugt als verbraucht) In eine tropholytische Zone (Zehrschicht, d. h., es wird weniger Sauerstoff und Biomasse erzeugt als verbraucht). Die Grenze zwischen den beiden Zonen wird als Kompensationsebene bezeichnet (die durch Photosynthese aufgebaute Biomasse wird durch Respirationsprozesse wieder abgebaut, die biogene Nettoproduktion ist ungefähr gleich null). Die für die Photosynthese verfügbare Restlichtmenge ist so gering, dass von den Pflanzen (Produzenten) nur wenig Biomasse aufgebaut werden kann. Diese wird, ebenso wie der erzeugte Sauerstoff durch Respiration von ihnen gleich wieder vollständig verbraucht. In den größeren (also tropholytischen) Wassertiefen muss darum aller für die Organismen zum Leben notwendige Sauerstoff und alle Nährstoffe durch Stofftransport aus der trophogenen Schicht kommen oder die Bewohner steigen auf (vertikale Wanderung) und holen sich aktiv die benötigten Stoffe. Die tatsächliche Lage der trophogenen Schicht und damit auch der Kompensationsebene ist von der aktuellen Photosyntheseleistung abhängig, die wiederum von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. So wird die Lichtdurchlässigkeit des Wassers von den lokalen Gegebenheiten (Wassertrübung, Planktondichte) bestimmt, die Photosyntheseleistung schwankt in höheren Breiten direkt mit dem Verlauf der Jahreszeiten.
Benthal Das Benthal () ist der Bereich des Meeresbodens; auch dieser ist in horizontale Zonen unterteilt: das Bathyal (gr. bathys ‚Tiefe‘) ist der Bereich des Kontinentalabhangs, wo der Meeresboden sich vom flachen Bereich des Kontinentalschelfs bis zur Tiefseeebene absenkt und reicht von 200 m bis 2.000/3.000 m Tiefe. die abyssische Region ( ‚Abgrund‘) ist der Bereich der Tiefseebecken mit 2.000/3.000 m bis 6.000 m Tiefe. die Hadalzone (gr. hades ‚Unterwelt‘), welche die Tiefseegräben umfasst, die von 6.000 m bis in etwa 10.000 m Tiefe reichen.
In der Tiefsee bestehen 90 Prozent der bodennahen Biomasse aus Seegurken.Westheide, Rieger: Spezielle Zoologie. ISBN 3-437-20515-3, S. 827.
Am Meeresboden gibt es einige Ökosysteme, die anorganische Stoffe für ihre Energiegewinnung (Chemosynthese, Chemolithotrophie) verwenden. Ausgangspunkt sind chemoautotrophe Bakterien, die in Symbiose mit Bartwürmern und Muscheln leben, von denen sich wiederum andere Tiere ernähren können. Diese Ökosysteme entstehen dort, wo Wasser aus dem Boden tritt, welches beispielsweise mit Methan und Schwefelwasserstoff angereichert ist. Diese Orte finden sich sowohl im Bereich der Mittelozeanischen Rücken als auch der Subduktionszonen und Kontinentalhänge.
Im Gebiet der Rücken finden sich heiße Quellen, wo bis zu 400 °C heißes Wasser austritt, und warme Quellen, wo das heiße Wasser bereits tiefer im Boden abzukühlen beginnt und nach dem Austritt aus dem Boden nur noch wenig wärmer als das umgebende kalte Meerwasser ist. Die warmen Thermalquellen können ebenfalls durch einen exothermen chemischen Prozess entstehen, der Serpentinisierung, bei dem Peridotit unter Aufnahme von großen Mengen Meerwasser zu Serpentinit umgewandelt wird, wobei zusätzlich Methan (CH4), Schwefelwasserstoff (H2S) und Wasserstoffgas (H2) erzeugt werden kann.Gretchen Früh-Green: The Lost City 2005 Expedition auf NOAA Ocean Explorer, abgerufen am 29. Juni 2017. Dieser Mechanismus ist nicht an die mittelozeanischen Rücken gebunden, so dass man derartige Thermalquellen beispielsweise in der Spreizungszone eines Backarc-BeckensNew Hydrothermal Vents Discovered As „South Pacific Odyssey“ Research Begins auf sciencedaily.com vom 29. September 2004, abgerufen am 29. Juni 2017. beobachten kann. Erstmals wurde eine derartige Quelle im Jahr 2000 entdeckt (Lost City).Hydrogen And Methane Sustain Unusual Life At Sea Floor’s ‘Lost City’ auf sciencedaily.com vom 13. Juli 2001, abgerufen am 29. Juni 2017. Das erhitzte Wasser erzeugt sogenannte Schwarze und Weiße Raucher, im Mittel 20 m bis 25 m hohe Schlote, die aus ausgefällten Mineralien bestehen.
An Subduktionszonen und Kontinentalhängen finden sich kalte Quellen (siehe Methanquelle oder Cold Seep), wobei das aus dem Boden austretende Wasser nicht erwärmt ist. Das sich an einer kalten Quelle findende Ökosystem beruht zwar ebenfalls auf der Symbiose mit chemoautotrophen Bakterien, doch da diese sowohl in mehreren tausend Meter Tiefe als auch am Rande der Tiefsee an den Kontinentalhängen in einigen hundert Metern Tiefe vorkommen, kann das vorzufindende Artenspektrum umfangreicher sein. Das Gebiet der kalten Quellen zeichnet sich dadurch aus, dass sich Calciumcarbonat in Krusten abscheidet und dass Methanhydrate gefunden werden können.J. Greinert, W. Weinrebe, P. Gimpel, J. Brockhoff: Detailed Bathymetric Mapping and Site Scan Surveys in the Investigation of Cold Fluid Vent Sites and Associated Gas Hydrate Occurrencies. In: The Hydrographic Journal. 106, 2002.
Forschungsgeschichte Die Geschichte der Tiefseeforschung ist relativ jung, da die in der Tiefsee herrschenden extremen Bedingungen enorme technische Anforderungen an den Menschen stellen.
1521: Ferdinand Magellan lässt ein 700 m langes Seil von seinem Schiff hinab ins Meer, um die Ozeane auszuloten. Da es den Boden nicht erreicht, schlussfolgert er, dass das Meer unendlich tief sei. 1818: Erstmals wird in der Tiefsee Leben nachgewiesen. Der englische Forscher Sir John Ross lässt mittels einer Art Greifvorrichtung Wurm- und Quallenarten aus 2000 m Tiefe an Bord holen. 1844: Obwohl John Ross Lebewesen nachgewiesen hat, widerspricht Edward Forbes ihm, da er feststellt, dass die Anzahl der Lebewesen mit der Tiefe abnimmt. Deshalb könne es ab 600 m Tiefe kein Leben geben (Abyssus-Theorie).Alan Jamieson: The hadal zone – life in the deepest oceans. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2015, ISBN 978-1-107-01674-3, S. 1, @google books. 1850: Michael Sars findet vor den Lofoten in einer Tiefe von 800 m eine reiche Tierwelt vor und widerlegt damit die Abyssus-Theorie.Ludwig Darmstaedter (Hrsg.): Handbuch zur Geschichte der Naturwissenschaften und der Technik. Springer, Berlin 1908, S. 521.