Der extreme El Niño 2015/2016 hat die Phytoplankton-Dynamik im São Marcos Estuarine Complex (SMEC) an der brasilianischen Äquatorialküste nachhaltig verändert: Zellzahlen stiegen, Biomasse und Größenfraktionen sanken, die Artenzusammensetzung verschob sich zu kleineren, weniger effizienten Algen. Eine vollständige Erholung blieb aus. Zu diesem Ergebnis kommt eine Langzeitstudie (2011–2020) brasilianischer Forscher, die am 20. November 2025 in „Science of the Total Environment“ (Elsevier) erscheint. Erstmals kombinieren die Autoren multivariate Ökologie-Analysen mit erklärbarem Maschinenlernen (XAI) und identifizieren Wassertemperatur, gelösten anorganischen Stickstoff (DIN) und Niederschlag als dominante, nicht-lineare Treiber.
Das SMEC, ein makrotidales Ästuar mit bis zu 7 Meter Tidenhub, ist ökologisch und wirtschaftlich zentral für Nordost-Brasilien – Heim für den zweitgrößten lateinamerikanischen Hafenkomplex. ENSO-Schwankungen beeinflussen hier Starkregen, Flussfrachten und Salzgehalt. Während El Niño-Phasen sinken Niederschlag (bis ?649 mm Abweichung) und Abfluss, Salinität steigt, Nährstoffe und Schwebstoffe nehmen ab. La Niña bringt gegenteilige Effekte.
Kernbefunde der Studie:
- Dichte vs. Biomasse: Nach dem Extrem-El Niño 2015/2016 (MEI > 1,95) stieg die Phytoplankton-Dichte, Chlorophyll-a und Biomasse sanken jedoch – Entkopplung durch Dominanz kleinerer Zellen.
- Artenwandel: 321 Taxa identifiziert; Bacillariophyta blieben dominant, verloren aber Diversität. Dinoflagellaten und Mikrophytoplankton nahmen ab.
- ?-Diversität: Signifikante Turnover-Zäsur um 2015/2016; keine Rückkehr zu Vor-El-Niño-Zustand bis 2020.
- Modelle: Random Forest und XGBoost übertrafen lineare Regression (MLR). SHAP-Analyse (XAI) zeigt:
- Wassertemperatur (positiv bei >28 °C, negativ bei Extremwerten),
- DIN (nicht-linear, Schwellen bei >15 ?M),
- Niederschlag (negativ bei Trockenheit).
- Szenario-Prognosen (2021–2050): Dichte sinkt unter La Niña-ähnlichen Bedingungen, steigt bei El Niño – verstärkt durch Klimawandel.
„Saisonale Muster prägen die Umwelt, interannuelle ENSO-Signale jedoch die Gemeinschaften“, fasst Erstautorin Ana Karoline Duarte dos Santos Sá (UFMA) zusammen. Die Verschiebung zu kleineren Arten könnte die Nahrungsnetze belasten: weniger Biomasse für Zooplankton, Fischlarven und kommerzielle Arten.
Die Studie nutzt Daten des Phykologie-Labors (LabFic/UFMA) und integriert hydroklimatische Variablen (MEI, Niederschlag, Abfluss) mit biologischen Parametern. Erklärbare KI (SHAP) macht „Black-Box“-Modelle interpretierbar und liefert mechanistische Einsichten – ein Meilenstein für das Monitoring tropischer Ästuare.
Die Autoren fordern ENSO-extreme in das adaptive Management einzubeziehen: angepasste Überwachung, Schutz sensibler Arten, Reduktion anthropogener Nährstoffeinträge. „Klimawandel verstärkt ENSO-Effekte – tropische Ästuare wie das SMEC sind Frühwarnsysteme“, warnt Koautor Marco Valério Jansen Cutrim.
DOI: 10.1016/j.scitotenv.2025.180837
