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Sauerstoffmangel im Meer
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Wo das Meer zur Wüste wird

Jürgen Wendler 16.08.2016 0 Kommentare

In der Ostsee ist die Wahrscheinlichkeit, dass weitgehend sauerstofffreie Zonen entstehen, besonders groß. Dies liegt unter anderem, dass nur selten große Mengen an frischem salz- und sauerstoffreichen Nordseewasser in das Meer gelangen. 
In der Ostsee ist die Wahrscheinlichkeit, dass weitgehend sauerstofffreie Zonen entstehen, besonders groß. Dies liegt unter anderem, dass nur selten große Mengen an frischem salz- und sauerstoffreichen Nordseewasser in das Meer gelangen.  (Marina Köglin)

Dass Wasser lebenswichtig ist, lernen schon kleine Kinder – ebenso wie die Tatsache, dass zu den Vorfahren heutiger Landlebewesen Meeresbewohner gehören, die vor Hunderten Millionen Jahren gelebt haben. Wer daraus den Schluss ziehen wollte, dass Meere, die 71 Prozent der Erdoberfläche bedecken, durchweg besonders günstige Lebensbedingungen böten, erläge allerdings einem Irrtum. Im Vergleich zu Landgebieten sind sie äußerst arm an Nährstoffen. Außerdem gibt es große Bereiche – in den Tropen ebenso wie in der Ostsee –, in denen es an Sauerstoff mangelt. Dass sich diese sogenannten Sauerstoffminimumzonen weiter ausbreiten, macht sie zu einem besonders wichtigen Forschungsthema, auch für Bremer Meereswissenschaftler.

Für eine Durchmischung des Wassers sorgen Wind und Wellen nach Expertenangaben nur bis in eine Meerestiefe von ungefähr 200 Metern. Dies ist zugleich der Bereich, in dem Lebewesen große Mengen an Biomasse erzeugen. Das heißt: Algen, Cyanobakterien und Seegras betreiben mithilfe des Sonnenlichts Photosynthese und bauen biologisches Material auf, das von anderen Lebewesen als Nahrung genutzt werden kann. Algen werden von Krebsen und kleinen Fischen gefressen, die dann wiederum größeren Fischen als Nahrung dienen.

Viele Nährstoffe in Küstengebieten

Besonders reichhaltig ist das Angebot an Nährstoffen wie bestimmten Phosphor- und Stickstoffverbindungen in küstennahen Meeresbereichen und in den sogenannten Auftriebsgebieten. Auftriebsgebiete sind Bereiche im Meer, in denen Tiefenwasser das Wasser an der Oberfläche ersetzt. Ein Grund kann sein, dass küstennahes Oberflächenwasser aufgrund der Windverhältnisse aufs offene Meer getrieben wird, sodass von unten Wasser nachströmen kann. Das kalte Wasser aus der Tiefe enthält große Mengen an Nährstoffen, die unter anderem aus den Ablagerungen am Meeresboden stammen. Von ihnen profitieren die Algen, die dann von anderen Lebewesen wie Ruderfußkrebsen oder auch Larven von Fischen gefressen werden. Auch Schwarmfische wie Sardinen oder Anchovis können dank des Nahrungsangebots besonders gut gedeihen. Entsprechend groß ist die wirtschaftliche Bedeutung solcher Bereiche für den Menschen. Wichtige Auftriebsgebiete gibt es vor den Westküsten Afrikas und Südamerikas.

Bakterien verbrauchen Sauerstoff

Wenn Lebewesen gestorben sind, werden ihre Überreste von Bakterien zersetzt. Dabei wird Sauerstoff verbraucht – unter Umständen so viel, dass eine Sauerstoffminimumzone entsteht, ein Bereich, der sich mit einer lebensfeindlichen Wüste vergleichen lässt. Solche Zonen sind zwar nach den Erkenntnissen von Wissenschaftlern grundsätzlich ein natürliches Phänomen, hängen aber auch mit menschlichen Einflüssen zusammen. So tragen Landwirtschaft und Abwässer dazu bei, das Nährstoffangebot in küstennahen Meeresgebieten zu vergrößern. Dies fördert das Algenwachstum und hat am Ende auch zur Folge, dass mehr Überreste von Bakterien zersetzt werden, sprich: Der Sauerstoffverbrauch steigt. Nach Angaben des Bremer Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie wirkt sich auch die globale Erwärmung auf die Sauerstoffminimumzonen aus. Der Umstand, dass wärmeres Wasser weniger Sauerstoff aufnehmen könne, begünstige die Ausbreitung solcher Zonen.

Welche weitreichenden Folgen solche Veränderungen für die Stoffkreisläufe auf der Erde haben, lässt eine kürzlich im Fachjournal „Nature“ veröffentlichte Studie einer internationalen Forschergruppe erahnen. Zu den Autoren gehört mit Laura Bristow eine Mitarbeiterin des Bremer Max-Planck-Instituts. Die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass in Sauerstoffminimumzonen nicht nur der Sauerstoff, sondern auch der lebenswichtige Stickstoff verbraucht wird, und zwar von neu entdeckten, als SAR 11 bezeichneten Bakterien, die in den Meeren weit verbreitet sind. Stickstoff ist ein unentbehrlicher Baustein von Zellen. Er ist in Eiweißstoffen und im Erbgutträger DNA (Desoxyribonukleinsäure) enthalten. In Sauerstoffminimumzonen wandeln die Bakterien Nitrate um, deren Moleküle aus einem Stickstoff- und drei Sauerstoffatomen aufgebaut sind. Am Ende der Umwandlungsvorgänge entstehen Moleküle aus zwei Stickstoffatomen sowie aus einem Sauerstoff- und zwei Stickstoffatomen. Letztere werden als Distickstoffoxid oder Lachgas bezeichnet und gehören zu den Treibhausgasen. Weil die Moleküle aus dem Meer in die Atmosphäre gelangen können, haben die Vorgänge in den Sauerstoffminimumzonen nach Darstellung der internationalen Forschergruppe zugleich einen Einfluss auf das Klima.

Dass es in den Tropen an den östlichen Rändern der Ozeane ausgedehnte Sauerstoffminimumzonen gibt, ist schon länger bekannt. Wie sich herausgestellt hat, beschränkt sich dieses Phänomen allerdings nicht auf küstennahe Gebiete.

Große Wirbel

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, der Universität Bremen und der Dalhousie University in Kanada haben im vergangenen Jahr im Fachjournal „Biogeosciences“ von Zonen mit wenig Sauerstoff berichtet, die sich Hunderte Kilometer von der afrikanischen Küste entfernt im Atlantik befinden und sich über eine Fläche erstrecken, die halb so groß ist wie Schleswig-Holstein. Diese Bereiche befinden sich nach ihren Angaben dicht unter der Meeresoberfläche innerhalb großer Wirbel. Wie die Forscher erklärten, bilden sich die Wirbel aufgrund wechselnder Strömungsverhältnisse vor der westafrikanischen Küste und wandern dann nach Westen. Dass sie reich an Nährstoffen seien, fördere das Wachstum kleiner Organismen. In die Tiefe sinkende abgestorbene Teilchen würden von Bakterien zersetzt, die dabei Sauerstoff verbrauchten. Die Folge sei die extrem niedrige Sauerstoffkonzentration auf dem offenen Meer.

In der Ostsee sind Sauerstoffminimumzonen ein charakteristisches Phänomen, wie das Leibniz-Institut für Ostseeforschung in Warnemünde betont. Dies hänge mit der Randlage des Meeres, mit der Gestalt des Meeresbodens und der Tatsache zusammen, dass nur vergleichsweise wenig salzreiches Wasser aus der Nordsee in die Ostsee gelange. Von Bakterien erzeugter giftiger Schwefelwasserstoff trage dazu bei, dass Sauerstoffminimumzonen zu lebensfeindlichen „Todeszonen“ würden. Mitarbeiter des Warnemünder Instituts haben Messdaten aus den Jahren 1969 bis 2015 aufbereitet; entstanden ist eine ganze Reihe von Karten. In der institutseigenen Schriftenreihe „Meereswissenschaftliche Berichte“ haben die Experten ihre Arbeit kürzlich veröffentlicht. Im Internet ist sie unter der Adresse www.io-warnemuende.de/msr-2016-0100-de.html zu finden.

Wie die Nordsee, so ist auch die wesentlich jüngere Ostsee ein Nebenmeer des Atlantischen Ozeans. Während sich die Geschichte der Nordsee über viele Millionen Jahre zurückverfolgen lässt, ist die Ostsee erst nach der letzten Kaltzeit entstanden, die vor etwa 11 700 Jahren zu Ende ging. Während der Kaltzeit lag Skandinavien unter einer kilometerdicken Eisdecke. Gletscher drangen bis in den Nordosten Deutschlands vor und schleppten dabei unter anderem große Felsbrocken mit, sogenannte Findlinge. Als der skandinavische Eisschild abschmolz, entwickelte sich zunächst vor dem Eis aus dem Schmelzwasser ein See. Nach und nach entstand die Ostsee in ihrer heutigen Gestalt.

Salzarme Ostsee

Mit einer Fläche von etwa 413 000 Quadratkilometern ist die Ostsee nur unwesentlich größer als Deutschland. Im Mittel ist sie rund 52 Meter tief, an der tiefsten Stelle, in der Nähe von Gotland, 459 Meter. Von der Nordsee und anderen Meeren unterscheidet sie sich aber nicht nur wegen ihrer vergleichsweise geringen Größe und Tiefe. Frisches salz- und sauerstoffreiches Wasser gelangt ausschließlich über die Nordsee in die Ostsee, und zwar durch den Großen und Kleinen Belt sowie den Øresund, die Meerenge zwischen der dänischen Insel Seeland und dem südschwedischen Schonen. Das Wasser muss flache Schwellen überwinden, um in die Ostsee zu gelangen. Weil es schwerer ist als das Süßwasser, strömt es am Meeresboden entlang in Richtung Osten und füllt nach und nach die tiefen Becken.

Das aus Flüssen gekommene leichte Süßwasser bleibt an der Oberfläche und überlagert das schwere Salzwasser in größeren Tiefen. Diese Schichtung ist vergleichsweise stabil, das heißt: Es gibt kaum einen Austausch. Die Folge ist, dass der Sauerstoff im Tiefenwasser nach und nach abgebaut wird, sodass Sauerstoffminimumzonen entstehen. Während die Nordsee einen Salzgehalt von etwa 3,5 Prozent hat, liegt dieser in der Ostsee deutlich niedriger, nämlich zwischen rund 1,9 Prozent im Westen, also im Bereich der Verbindung zur Nordsee, und 0,3 Prozent im Osten vor Finnland.

Kaum frisches Wasser

Wie das Leibniz-Institut für Ostseeforschung erklärt, strömt salzreiches Wasser aus der Nordsee nur bei bestimmten Wetterlagen beziehungsweise Windverhältnissen in die Ostsee. Nur diese sogenannten Salzwassereinbrüche sorgten dafür, dass die tieferen Bereiche des Meeres mit frischem Sauerstoff versorgt würden. In der Regel sei das neu hinzugekommene Wasser mit Sauerstoff gesättigt. Voraussetzung dafür, dass frisches salz- und sauerstoffreiches Wasser bis in die tiefen Becken der zentralen Ostsee gelange, sei allerdings, dass die aus der Nordsee kommenden Wassermengen groß genug seien. Dies sei jedoch immer seltener der Fall.

Den Expertenangaben zufolge sind vom Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1880 bis in die 1980er-Jahre etwa sechs bis sieben große Salzwassereinbrüche pro Jahrzehnt verzeichnet worden, bei denen ausreichend Wasser die zentrale Ostsee erreichte. Seither seien es aber nur noch etwa drei Ereignisse dieser Art pro Jahrzehnt gewesen. Deshalb gebe es längere Phasen, in denen in manchen Bereichen des Meeres akuter Sauerstoffmangel herrsche. Verschärft werde das Problem durch höhere Wassertemperaturen und große Mengen an ins Meer gelangten Nährstoffen. Diese förderten das Algenwachstum und damit letztlich auch die Vorgänge, bei denen in der Tiefe Sauerstoff verbraucht werde.


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Leserkommentare
werderfan am 23.10.2019 21:15
Ich versuche das mal kurz für die Demokratiefreunde zu erläutern:
1. Der Umweltausschuss des Beirats Blumenthal tagt am nächsten Montag ...
IhrenNamen am 23.10.2019 21:02
Ich bin mal sehr gespannt wie sich das auf die Spendensumme auswirkt.
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