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08. April 2014, 15:50 Uhr

Säure-Rätsel

Die gefährliche Wandlung der Ozeane

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Eine unsichtbare Veränderung hat die Meere befallen: Das Treibhausgas CO2 lässt das Wasser saurer werden, Kalkschalen lösen sich auf. Forscher sprechen von einem der größten Umweltprobleme der Welt.

Hamburg - Das Problem ist gewöhnlich unsichtbar. Doch im Herbst 2011 blieben an der Westküste der USA die Netze der Austernfischer plötzlich leer. Was war geschehen? Der pH-Wert, ein Maß für den Säuregehalt, lag erheblich niedriger als sonst, das Meerwasser war saurer geworden. Tiefenwasser war an die Küste geströmt. Das haben die Austern nicht vertragen.

Der Vorfall war nur ein Vorgeschmack auf das, was noch kommt, warnt der Uno-Klimarat in seinem neuen Sachstandsbericht. Weltweit werden die Ozeane saurer.

Ursache ist das Treibhausgas Kohlendioxid CO2, das aus Autos, Fabriken, Heizungen und Kraftwerken in die Luft gelangt. Gut zwanzig Millionen Tonnen CO2 pro Tag nehmen die Ozeane auf.

Im Wasser wandelt sich das Gas zu Säure. Manchen Meerestieren wie Korallen oder Austern und anderen Krustentieren fällt es in saurerem Wasser schwerer, ihre Schalen aufzubauen. Andere Organismen aber scheinen regelrecht aufzublühen. Was geht vor?

Die Warnungen des Uno-Klimarat klingen dramatisch:

"Die Versauerung hat uns Meeresforscher überrascht", sagt Verena Tunnicliffe von der University of Victoria in Kanada. Zunächst hatten die Forscher angenommen, dass die Ozeane eine verstärkte Zunahme des CO2 "wegpuffern", also ausgleichen könnten.

Ein Irrtum. Allmählich erkennen die Wissenschaftler das Ausmaß der Umweltveränderung.

Die Zersetzung

Meereswasser ist basisch, doch seit Beginn der Industrialisierung ist der durchschnittliche pH-Wert von 8,2 auf rund 8,1 gefallen, also deutlich saurer geworden. Würde sich die CO2-Menge in der Luft gegenüber der vorindustriellen Zeit verdoppeln - was bis Ende des Jahrhunderts geschehen könnte - könnte der pH-Wert im Meer auf 7,9 sinken. Eine CO2-Verdreifachung würde den Wert sogar auf gut 7,7 treiben.

Wie problematisch ist die Entwicklung also?

Zahlreichen Organismen fällt es mittlerweile schwerer, ihre Schalen, Skelette oder Gehäuse aufzubauen, heißt es im Uno-Klimareport. (Hier finden Sie eine Auswahl betreffender Studien).

Gleichzeitig bergen manche Experimente Überraschungen: "Die meisten Pflanzen, inklusive Algen, reagieren zunächst positiv auf erhöhte CO2-Menge", heißt es im Uno-Report.

Die heimliche Königin der Meere ist die winzige Kalkalge Emiliania huxleyi. Sie ist so häufig, dass sie ungefähr die Hälfte der Masse aller Kalkorganismen im Ozean ausmacht. Und die Alge scheint sich in saurem Wasser wohl zu fühlen. Analysen haben gezeigt, dass Emiliania huxleyi wesentlich größere Schalen produzierte, nachdem Wasser im Labor mit CO2 angesäuert worden war. Auch Seepocken und viele Algen florieren in saurerem Wasser.

CO2 wirke also nicht nur zersetzend, sondern regelrecht als Energiespender, heißt es im Uno-Klimabericht: Aus CO2 und Sonnenlicht betreiben Pflanzen ihren Stoffwechsel. "CO2 funktioniert wie Treibstoff", sagt Maria Cristina Gambi, Meeresforscherin an der Stazione Zoologica Anton Dohrn in Neapel. Manche Organismen würden deshalb eher profitieren von der Zufuhr des Treibhausgases, resümiert der Uno-Klimarat. Viele Kalkalgen-Schalen seien seit Beginn der Industrialisierung um 40 Prozent gewachsen - und das im Zuge der fortschreitenden Versauerung.

Manche Organismen blühen auf

Vielerorts leben Organismen schon heute in saurerem Milieu: "In vielen Gewässern liegt der pH-Wert von Natur aus so niedrig, wie es weltweit für die Zukunft vorhergesagt wird", sagt Ian Joint von der Marine Biological Association von Großbritannien. Im Ozean in wenigen hundert Metern Tiefe, oder in manchen Seen bespielsweise.

Und am Marianengraben siedeln unmittelbar neben Fontänen aus sauren Gasen üppige Muschelkolonien. Können Organismen in sauren Meeren womöglich doch bestehen? "Allein der ph-Wert scheint keine Barriere für Bakterien und Plankton zu sein", sagt Joint.

"In Regionen mit saurerem Wasser florieren Lebewesen, die an das spezielle Milieu angepasst sind", entgegnet Ulf Riebesell vom Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Die Versauerung würde viele Lebewesen treffen, die das neue Milieu nicht tolerieren könnten.

Auch die bedeutendsten Korallen aber, die Steinkorallen der Ordnung Scleractinia, würden die Versauerungskrise wohl überstehen - allerdings ziemlich nackt. Experimente über ein Jahr haben gezeigt, dass sie selbst bei extrem niedrigen pH-Werten von 7,3 leben können.

Zwar lösten sich die Skelette der Koralle auf, ihre Weichteile aber blieben intakt und mit dem Boden verbunden. Und als das Wasser entsäuert worden war, bauten sie ihre Skelette wieder auf. Der Versuch könnte womöglich erklären, warum die Korallen auch schwere Umweltkrisen der Erdgeschichte überleben konnten.

Wie die Meereswelt auf die Versauerung reagieren werde, sei im Einzelnen ungewiss, folgert Sam Dupont von der Universität Göteburg. Selbst verwandte Arten reagierten unterschiedlich auf höheren Säuregehalt. Die Hoffnung also ist, dass die Artenvielfalt erhalten bleibt, sofern neue Organismen in die Nischen stoßen, die andere wegen der Versauerung geräumt haben.

"Manche Lebewesen sind tolerant, aber die sensiblen werden leiden", fürchtet Riebsell. "Wir kennen die Empfindlichkeit der Organismen nicht", ergänzt Maria Cristina Gambi.

Es scheint letztlich eine Frage der Energie: In saurerem Wasser benötigen Lebewesen mehr Energie für den Aufbau ihrer Skelette. "Manche können den Mehraufwand wohl kompensieren, aber sie geraten vermutlich in Nachteil zu anderen Organismen, die mit weniger Energie auskommen."

Das Laborproblem

Das Versauerungsproblem werde erst "seit Kurzem" und "unzulänglich" erforscht, heißt es im Uno-Report; man beginne es erst zu verstehen: Das Manko vieler Beobachtungen sei, dass sie sich auf Laborstudien stützten. Ihre Gültigkeit müsse in Freilandstudien überprüft werden", räumt Ulf Riebesell ein. Die Erkenntnisse stammten vor allem aus "großen Plastikbeuteln", veranschaulicht Scott Doney von der Woods Hole Oceanographic Institution in den USA die Laborsituation.

Oft wurde der pH-Wert einfach gesenkt, meist mit Salzsäure, was die Ergebnisse verfälscht - denn der Düngeeffekt von CO2 zum Beispiel wird dabei unterschlagen.

"Uns fehlen die großen Studien im Meer", sagt Riebesell. Erste Freilandexperimente im Ozean stimmten wenig hoffnungsvoll. Vor Norwegen haben die Forscher Experimente durchgeführt. Die Versauerung hätte den Kalkalgen schwer zugesetzt: "Sie fielen aus dem System, waren nicht mehr konkurrenzfähig."

Das Rätsel der Kreidezeit

Zweifel am Alarmismus säen scheinbar Erkenntnisse über die Epoche der Dinosaurier. Ausgerechnet im Erdzeitalter, als die Erde ein "Super-Treibhaus" war, die Luft also deutlich mehr CO2 enthielt als heute, fühlten sich Kalk-Organismen in den Meeren besonders wohl. Mächtige Kreide-Ablagerungen wie die Klippen von Dover und die Rügener Kreidefelsen bezeugen die Hochzeit der Schalentiere während der warmen Kreidezeit vor mehr als 65 Millionen Jahren. (Hier lesen Sie die Erklärung dafür, warum es gerade in der CO2-Welt so viele Kalkorganismen gab.)

Abgesehen von den Kalkorganismen - welche Auswirkungen hat die Versauerung auf die übrige Lebenswelt? Der Uno-Klimabericht konstatiert zwar mangelhafte Kenntnisse, trotzdem vertreten viele Forscher die sogenannte Nullhypothese, die den Forschungsstand darstellen soll: Demnach dürften die meisten biologischen Prozesse von dem Wandel unberührt bleiben.

Diese These sei schwer zu widerlegen, weil die Meereswelt "hoch anpassungsfähig" sei, sagt Verena Tunnicliffe. "Wir wissen nicht, wie das Ökosystem Ozean auf die Versauerung reagieren wird", betont Christopher Sabine vom Pacific Marine Environmental Laboratory.

Auch Fische und Säugetiere würden von der Versauerung betroffen, meint Timothy Wootton von der University of Chicago. "Nahezu jede chemische Reaktion wird vom pH-Wert beeinflusst, es gibt also vermutlich diverse biologische Effekte", fürchtet er.

"Wir wissen nicht genau, was geschehen wird", resümiert Ulf Riebesell. "Aber sicher ist, der Ozean wird sich verändern, und negative Folgen sind zu erwarten." "Auch in einem versauerten Ozean wird es Leben geben", sagt Verena Tunnicliffe. "Aber zu welchem Preis?"

Die Wissenschaft steht am Anfang bei der Erforschung des vielleicht bedeutendsten Umweltproblems. Es verbirgt sich in einem Meer von Unwissen.

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