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Die Versauerung der Meere und ihre Folgen

Die Ozeane bedecken ⅔ unseres Planeten – sie sind so riesig, dass sie unverletzlich erscheinen. Aber durch unsere Arbeit wissen wir, dass sie mit vielen Problemen kämpfen, wie zum Beispiel Verschmutzung, Überfischung, Erwärmung oder Überdüngung. Aber es gibt noch einen weiteren Punkt: Ozeanversauerung. Was das ist und was es für die Meere bedeutet, erklären wir euch in diesem Artikel!

Ursache der Ozeanversauerung

Der Ozean hat in den letzten sechs Jahrzehnten etwa ⅓ des anthropogenen Kohlenstoffdioxids aufgenommen. Dieser ist im Vergleich zu vorindustriellen Zeiten um 40% gestiegen, weshalb die Menge der täglichen Aufnahme mittlerweile etwa 24 Millionen Tonnen CO2 entspricht! “Ist doch großartig!” könnten wir nun sagen. Ohne die Meere würde der Klimawandel schließlich noch schneller fortschreiten. Aber so erfreulich dieser Service für das Klima auch sein mag, für die Ozeane ist er besorgniserregend

Die Chemie hinter der Versauerung

Da CO2 in Wasser (H2O) löslich ist, kommt es bei der Aufnahme zu einer chemischen Reaktion. Das CO2 aus der Atmosphäre reagiert mit dem H2O zu Kohlensäure, welche sich in Hydrogencarbonat (HCO3) und (Achtung, wichtig:) Wasserstoffionen (H+) spaltet. Den genauen Verlauf könnt ihr in Abbildung 1 verfolgen.

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Abbildung 1: Chemischer Prozess CO2-Aufnahme

Merken müssen wir uns in diesem Fall nur, dass die Aufnahme von CO2 zu einer Erhöhung der Wasserstoffionen führt. Was hat das nun aber mit einer Versauerung zu tun?

Um herauszufinden, ob eine wässrige Lösung sauer oder basisch ist, wird der pH-Wert gemessen. pH bedeutet “Power of Hydrogen” und ist, wie der Name vermuten lässt, abhängig von Hydrogenionen (= Wasserstoffionen) in der Lösung. Da CO2 einen chemischen Prozess auslöst, der viele Hydrogenionen freisetzt, ändert sich der pH Wert im Wasser – die Meere versauern.

Verlauf der Ozeanversauerung

Verglichen mit vorindustriellen Zeiten ist der pH-Wert von Meereswasser an der Oberfläche um 0,1 Einheiten gesunken – von 8,2 auf 8,1. Das mag im ersten Moment nicht dramatisch klingen, ist aber bereits mit einem Anstieg des Säuregrades von etwa 30% verbunden. Wie in Abbildung 2 erkennbar, rechnen Wissenschaftler*innen bis Ende dieses Jahrhunderts mit einem weiteren Anstieg von 0,3 bis 0,4 Einheiten. Die erwartete Zunahme des Säuregehalts bis zum Jahr 2100 liegt damit bei 170%

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Abbildung 2: pH-Wert Skala von 1 (sehr sauer) bis 14 (sehr alkalisch/basisch) 
Quelle: Heinrich Böll Stiftung

Abbildung 3 zeigt die Schwankungen des ph-Werts der Ozeane über die letzten 25 Millionen Jahre. Es ist also nicht ungewöhnlich, dass der pH-Wert Schwankungen unterliegt. Das Problem liegt vielmehr darin, dass diese sich normalerweise über eine Zeitspanne von Millionen von Jahren strecken und nun durch den enorm hohen Ausstoß an Kohlenstoffdioxid in einer viel rapideren Geschwindigkeit fortschreiten.

Abbildung 3: pH Wert Schwankungen der Ozeane über Millionen von Jahren; Turley et al. (2006): 67 – Turley, C., J. C. Blackford, S. Widdicombe, D. Lowe, P. D. Nightingale, A. P. Rees (2006): Reviewing the Impact of Increased Atmospheric CO2 on Oceanic pH and the Marine Ecosystem, in: Avoiding dangerous climate change 8: 65-70. Cambridge University Press, New York.

Auswirkungen der Ozeanversauerung auf die Unterwasserwelt

Die Versauerung der Meere hat weitreichende Auswirkungen für die Gewässer und deren Lebewesen. Einige sind bereits in vollem Gange. Wie ihr mittlerweile wisst, nimmt die Menge an freien Wasserstoffionen (H+) im Meer durch die Aufnahme von CO2 zu – weshalb der pH-Wert steigt. Wenn ihr euch die erste Abbildung nochmal vor Augen führt, seht ihr, dass die freien Wasserstoffionen (H+) bei der Reaktion mit Karbonat Hydrogenkarbonat (HCO3) bilden können.

Organismen wie Muscheln, Schalentiere oder auch Korallen nutzen Calciumkarbonat, um ihre Schale bzw. ihr Skelett zu bauen und aufrechtzuerhalten. Grundvoraussetzung für die Bildung von Calciumkarbonat sind Calcium (Ca2+) und Karbonat (CO32-). Letzteres wird durch die erhöhte Freisetzung an Wasserstoffionen (H+) mit diesen zu Hydrogenkarbonat (HCO3) gebunden, wodurch weniger zur Bindung mit Calcium-Ionen zur Verfügung steht. Im schlimmsten Fall lösen sich die Schalen und Skelette aufgrund der Untersättigung an Karbonat-Ionen auf. 

Zusammenfassend: 

  1. Eine Zunahme von CO2 = Zunahme von freien H+-Ionen
    → Bindung vieler freier H+-Ionen mit Karbonat (CO32-) zu Hydrogenkarbonat (HCO3).
  2. Zunahme von freien H+-Ionen = Abnahme von Karbonat
    → Karbonat brauchen Organismen wie Muscheln, Schalentiere oder auch Korallen, um (zusammen mit Calcium) ihre Schale bzw. ihr Skelett zu bauen und aufrechtzuerhalten. 
  3. Abnahme von Karbonat = Abnahme von Muscheln, Schalentieren und Korallen
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Abbildung 4: Auflösung einer Pteropod Schale; Quelle: NOAA, PMEL Carbon Program

Abbildung 4 zeigt die Schale eines Pteropods (auch Meeresschmetterling genannt), die Meerwasser ausgesetzt wurde, welches an die prognostizierten Temperatur- und Sättigungslevel des Jahres 2100 angepasst wurde. Es dauerte nur 45 Tage, bis sie fast vollkommen aufgelöst war.

Weitere Folgen

Muscheln, Schalentieren und Korallen sind nicht nur im ausgewachsenen Zustand vom Karbonatmangel betroffen. Besonders im Larvenstadium ist ihre Entwicklung gestört, ihr Wachstum ist eingeschränkt und die Populationsgrößen werden kleiner. Insgesamt kommt es zu einer kleineren Überlebensrate. Dadurch steht auch Fischen weniger Beute zur Verfügung. Während ausgewachsene Tiere in der Regel sehr tolerant gegenüber dem abnehmenden pH-Wert sind, sind auch hier besonders die Larven der Tiere sensibel. Bei jungen Clownfischen wirkt sich die Versauerung beispielsweise auf den Geruchssinn aus, wodurch es ihnen schwerer fällt, Feinde frühzeitig zu erkennen. Zusätzlich verlieren die Tiere durch die Abnahme von Korallenriffen ihr natürliches Habitat. Da die Biodiversität insbesondere von Korallen aufrechterhalten wird, die aufgrund der Versauerung bis Ende des Jahrhunderts kaum noch existieren werden, ist es sehr wahrscheinlich, dass es große Veränderungen geben wird. Ihr Verlust wird nicht nur den Lebensraum von vielen weiteren Meerestieren stark verändern, sondern auch für den Küstenschutz, Tourismussektor und Fischereien zu spüren sein. Wie die genauen Entwicklungen aussehen werden, ist aktuell noch unklar. Da es jedoch Organismen wie bspw. Algen bzw. Seegräser gibt, die vom CO2-Überschuss aufgrund ihrer Photosynthese profitieren, könnten diese in Zukunft die Unterwasserwelt dominieren. Wie sich dies oder auch die Veränderung in der Nahrungskette wiederum auf das Leben von einzelnen Fischarten oder Meeressäugetieren auswirken wird, ist bislang nicht erforscht.

Letztlich hat die Veränderung des pH-Wertes auch Einfluss auf die akustischen Eigenschaften der Meere. Wale, die sich beispielsweise durch ihren Gesang über mehrere Kilometer verständigen können, werden dadurch bereits beeinflusst (mehr dazu auch in unserem Blogpost über Unterwasserlärm). Die genauen Zusammenhänge sind sehr komplex und noch nicht vollständig erforscht.

Auswirkungen der Ozeanversauerung auf die Menschheit

Die Versauerung der Ozeane wird nicht nur in den Meeren selbst zu spüren sein. Da der Ozean für den Menschen mehrere Funktionen bereitstellt, wird auch die Menschheit die Folgen zu spüren bekommen.

  • Der Ozean als Nahrungsquelle
    Fischereien werden durch den Rückgang vieler Populationen mit weniger Fang rechnen müssen. Das wird nicht nur für Menschen Veränderungen bringen, die im Fischfang selbst tätig sind. Davon werden alle Menschen betroffen sein, die mit Fisch arbeiten wie bspw. in der Produktions- und Lieferkette, Restaurants oder auch im Bereich des Angelequipments. Darüber hinaus werden insbesondere ärmere Länder oder separierte Inseln, die von Fisch als Hauptnahrungs- oder Proteinquelle abhängig sind, leiden.

  • Der Ozean als Klima-Regulator
    Der Ozean übernimmt als CO2-Senke eine große Rolle in der Regulation des Klimas. Doch je mehr CO2 der Ozean aufnimmt und je saurer der Ozean wird, desto geringer wird seine Aufnahmekapazität. Wenn die CO2 Emissionen weiter so kontinuierlich ansteigen werden wie erwartet, dann wird die Fähigkeit der Ozeane dieses aufzunehmen etwa ab dem Jahr 2050, spätestens jedoch um 2075, stagnieren. Folglich würde der Klimawandel noch schneller fortschreiten und Maßnahmen, die darauf abzielen CO2 zu verringern, müssten deutlich angezogen werden.

  • Der Ozean als Urlaubsort
    Letztlich stellt der Ozean kulturelle Dienstleistungen zur Verfügung, in dem er uns Raum zur Erholung für Körper und Seele bietet. Doch durch den Temperaturanstieg und die zunehmende Versauerung können sich Cyanobakterien, auch bekannt als Blaualgen, hervorragend vermehren. Da sie Giftstoffe enthalten und sich zur Blütezeit teppichartig auf der Wasseroberfläche ausbreiten, ist das Baden bei ihrem Auftreten untersagt. Für den Tourismus wird dies auf Dauer fatale Auswirkungen haben.

Lösungsansätze

Da sich die Forschungen bislang mehr mit den Auswirkungen von Ozeanversauerung und weniger mit möglichen Lösungsansätze beschäftigt haben, gibt es hierzu eine sehr übersichtliche Literaturauswahl. Insgesamt sind drei Lösungsstrategien bekannt, die teilweise miteinander einhergehen: Verringern, reparieren, beschützen.

Das Verringern bezieht sich auf eine Limitierung der CO2-Konzentration. Diese kann entweder durch eine Reduktion des CO2-Ausstoßes oder durch das Entfernen von CO2-Emissionen aus der Atmosphäre erreicht werden. Andere Maßnahmen gegen die Zerstörung von Korallenriffen wie beispielsweise die Nutzung alkalischer Mittel oder die „Anwendung von Seegras“ können der Reparatur dienen, beschränken sich allerdings auf eine lokale Einsatzmöglichkeit. Außerdem gibt es verschiedene Ansätze von Schutzstrategien, die insbesondere darauf ausgelegt sind, die Resilienz zu stärken. Das kann beispielsweise in Form von nachhaltiger Fischerei oder Müllreduzierung im Küstenraum sein. Mehr zu diesen Lösungsansätzen findet ihr hier.

Fazit

Alles in allem wird die Versauerung der Ozeane wohl nicht ohne Grund auch als “böser Zwilling” des Klimawandels bezeichnet. Die Ausmaße sind in beiden Fällen global und so weitreichend, dass sie unser zukünftiges Leben stark beeinflussen werden. Da CO2-Emissionen in beiden Fällen maßgeblich zum Voranschreiten des Problems beitragen, könnte mit einer akuten und drastischen Reduktion des CO2 Ausstoßes beiden entgegengewirkt und schlimmste Befürchtungen zumindest abgefedert werden. Die gute Nachricht ist, dass es theoretisch genug Möglichkeiten gibt, weniger zu emittieren. Wie eine Studie vor kurzem veröffentlicht hat, steckt beispielsweise direkt in der Fischerei großes Potenzial CO2 einzusparen. Beim Fischen mit Grundschleppnetzen wird innerhalb eines Jahres eine Gigatonne an Kohlenstoff freigesetzt, wodurch nicht weniger zum CO2 Ausstoß beigetragen wird als durch Flugreisen. Über weniger Netze in den Meeren und weniger CO2 in der Luft würden nicht nur die Natur und die Tiere sondern auch wir uns sehr freuen!

Falls ihr mehr wissen wollt, lest euch doch gerne selbst in das Thema ein. Das Scannen unseres QR-Codes führt euch ganz einfach zu unseren Quellen:

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Verfasst von Neele aus Team Bracenet
Titelfoto von yang wewe auf Unsplash

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