Dreifache Krise im Ozean – Teil Eins: Korrosive Meere

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Die Wissenschaftler:innen nennen sie ein ‚tödliches Trio‘. Wenn die Versäuerung, der Sauerstoffverlust und die Überhitzung nicht bald beendet werden, kann ein massives Absterben des Meereslebens nicht mehr aufgehalten werden.


Einführung. Es ist unmöglich, die Bedeutung des Ozeans für das Leben auf der Erde überzubewerten. Es bedeckt 71% der Oberfläche des Planeten, enthält 97% des Oberflächenwassers der Welt und ist zentral für die großen biogeochemischen Zyklen, die die Biosphäre definieren und das Leben ermöglichen. Meerespflanzen erzeugen die Hälfte des atembaren Sauerstoffs der Welt.
Millionen von Tierarten leben im Ozean. Meeresfrüchte sind eine primäre Proteinquelle für drei Milliarden Menschen, und Hunderte von Millionen arbeiten in der Fischereiindustrie.
Der Stoffwechsel der Ozeane – der ständige Fluss und Austausch von Energie und Materie, der seit Hunderten von Millionen Jahren andauert – ist ein lebenswichtiger Teil des Erdsystems. Wie die berühmte Ozeanografin Sylvia Earle schreibt, sind unser Schicksal und das der Ozeane untrennbar miteinander verbunden.


„Unser Leben hängt vom lebendigen Ozean ab – nicht nur von den Felsen und dem Wasser, sondern von stabilen, widerstandsfähigen, vielfältigen lebenden Systemen, die die Welt auf einem für die Menschheit günstigen, stetigen Kurs halten.“[1]


„Der lebendige Ozean treibt die planetarische Chemie an, steuert Klima und Wetter und bildet ansonsten den Grundstein des Lebenserhaltungssystems für alle Kreaturen auf unserem Planeten, vom Tiefseestern bis zum Wüsten-Salbeibusch. … Wenn das Meer krank ist, werden wir es spüren. Wenn es stirbt, sterben wir. Unsere Zukunft und der Zustand der Ozeane sind eins“[2].


Der lebendige Ozean wird nun massiv gestört. Es hat sich schon einmal verändert, aber noch nie – seit ein Asteroid die Dinosaurier getötet hat – so schnell wie heute. Die Veränderungen sind wichtige Elemente des planetarischen Übergangs von den Bedingungen, die seit dem Ende der letzten Eiszeit herrschten, hin zu einer zutiefst anderen Biosphäre – vom Holozän zum Anthropozän.


„Wir betreten ein unbekanntes Territorium der Veränderung des marinen Ökosystems … die Auswirkungen auf den Ozean und damit auf alle Menschen sind enorm“[3].


Die meisten populären Berichte über die Beziehung zwischen dem Ozean und dem Klimawandel konzentrieren sich auf schmelzendes Eis und den Anstieg des Meeresspiegels, und das sind in der Tat kritische Themen. Allein Grönland verliert über 280 Milliarden Tonnen Eis pro Jahr, genug, um messbare Veränderungen in der Stärke der Schwerkraft der Insel zu verursachen. Gegenwärtig wird die Kombination aus globaler Gletscherschmelze und der Ausdehnung des Thermalwassers bis 2100 die Küstengebiete überfluten, in denen heute über 630 Millionen Menschen leben. Weit über eine Milliarde Menschen leben in Gebieten, die von Sturmfluten betroffen sein werden, die durch das wärmere Meerwasser größer und zerstörerischer werden. Rasche Maßnahmen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen wären voll und ganz gerechtfertigt, selbst wenn der Anstieg der Meere die einzige erwartete Folge der globalen Erwärmung wäre.


So verheerend der Anstieg des Meeresspiegels auch sein wird, die langfristigen Schäden für das Erdsystem werden jedoch durch das, was der Biogeochemiker Nicolas Gruber einen „dreifachen Schlag“ der Belastungen für die Ozeane nennt, verursacht durch den wachsenden Riss im Kohlenstoffmetabolismus der Erde, verursacht.


„In den kommenden Jahrzehnten und Jahrhunderten werden die biogeochemischen Zyklen und Ökosysteme der Ozeane zunehmend durch mindestens drei unabhängige Faktoren belastet werden. Steigende Temperaturen, Versäuerung und Sauerstoffentzug der Ozeane werden substanzielle Veränderungen in der physikalischen, chemischen und biologischen Umwelt verursachen, die dann die biogeochemischen Zyklen und Ökosysteme der Ozeane auf eine Art und Weise beeinflussen werden, die wir erst am Anfang zu ergründen beginnen. …“


„Erwärmung, Versäuerung und Sauerstoffentzug der Ozeane sind auf der menschlichen Zeitskala praktisch unumkehrbar. Das liegt daran, dass der Hauptgrund für alle drei Stressoren, d.h. der Ausstoß von CO2 in die Atmosphäre, globale Veränderungen hervorrufen wird, die uns noch viele hundert, wenn nicht gar tausend Jahre lang begleiten werden.“[4]


Andere Meeresökolog:innen haben die Erwärmung der Ozeane, die Versäuerung und den Sauerstoffverlust als ein „tödliches Trio“ beschrieben, weil, wenn sie in der Vergangenheit zusammen aufgetreten sind, Massenaussterben von Tier- und Pflanzenleben gefolgt sind[5].


Wir werden die Elemente des tödlichen Trios getrennt betrachten, aber es ist wichtig zu bedenken, dass sie eng miteinander verwandt sind, die gleichen Ursachen haben und sich häufig gegenseitig verstärken.


Erster Teil: KORROSIVE MEERE


„Die Versäuerung der Ozeane … ist eine langsame, aber sich beschleunigende Auswirkung, die alle Ölverschmutzungen, die jemals stattgefunden haben, zusammengenommen überschatten wird“. -Sylvia Earle[6]


Die Versäuerung der Ozeane wurde als der ebenso böse Zwilling der globalen Erwärmung bezeichnet. Beide werden durch den radikalen Anstieg des atmosphärischen CO2 verursacht, und beide untergraben die Lebenserhaltungssysteme der Erde.
Es gibt immer einen ständigen Austausch von Gasmolekülen über die Luft-Meer-Oberfläche, zwischen Atmosphäre und Ozean. CO2 aus der Luft löst sich im Wasser auf; CO2 aus dem Wasser perlt in die Luft. Bis vor kurzem waren die beiden Ströme in etwa ausgeglichen: die Menge an Kohlendioxid in jedem Element hat sich seit Hunderttausenden von Jahren nicht viel verändert. Aber jetzt, wo das CO2 in der Atmosphäre um 50% gestiegen ist, ist der Fluss aus dem Gleichgewicht geraten. Es gelangt mehr Kohlendioxid ins Meer als es das Meer verlässt.


Das sind gute Nachrichten für das Klima. Das Meer hat etwa 25% der anthropogenen CO2-Emissionen und über 90% der zusätzlichen Sonnenwärme absorbiert, die Hälfte davon seit 1997. Hätte es das nicht getan, hätte die globale Erwärmung bereits katastrophale Ausmaße erreicht. Wie Rachel Carson vor Jahren schrieb: „Für den Globus als Ganzes ist der Ozean der große Regulator, der große Stabilisator der Temperaturen…. Ohne den Ozean würde unsere Welt von unvorstellbar harten Temperaturextremen heimgesucht werden“[7].


Aber für diesen Service muss ein Preis bezahlt werden. Das Hinzufügen von CO2 verändert die Chemie des Ozeans. Die Formel ist sehr einfach:


H2O + CO2 → H2CO3 Wasser plus Kohlendioxid ergibt Kohlensäure.
Durch die Zugabe von CO2 wird das Meerwasser säurehaltiger.


Während des letzten Jahrhunderts ist der pH-Wert des Ozeans von 8,2 auf 8,1 gesunken. Das hört sich nicht nach viel an, aber die pH-Skala ist logarithmisch, also bedeutet ein Abfall von 0,1, dass die Ozeane jetzt etwa 30% saurer sind als früher.[8] Das ist ein globaler Durchschnitt – die oberen etwa 250 Meter sind im Allgemeinen saurer als die Tiefen, und die Versäuerung ist in hohen Breitengraden stärker, weil sich CO2 in kälterem Wasser leichter auflöst.
Die derzeitige Versäuerungsrate ist hundertmal schneller als jede natürliche Veränderung in mindestens 55 Millionen Jahren. Wenn es so weitergeht, wird der Säuregehalt der Ozeane bis zum Ende dieses Jahrhunderts das Dreifache des vorindustriellen Niveaus erreichen.


Auswirkungen


Überraschenderweise, wenn man bedenkt, dass die wissenschaftliche Besorgnis über den CO2-Ausstoß in den 1950er-Jahren begann, wurde der Versäuerung der Ozeane bis vor kurzem wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Sie wurde in einem kurzen Artikel in Nature im September 2003 zum ersten Mal genannt und beschrieben und erstmals in einem Bericht der Royal Society aus dem Jahr 2005 ausführlich erörtert, in dem die Schlussfolgerung gezogen wurde, dass die Versäuerung bald „über den Bereich der gegenwärtigen natürlichen Variabilität hinausgehen und wahrscheinlich ein Niveau erreichen wird, das seit mindestens Hunderttausenden von Jahren und möglicherweise noch viel länger nicht mehr erlebt wurde“[9].


Diese Weckrufe lösten Hunderte von Forschungsprojekten aus, um die Versäuerung genauer zu quantifizieren und ihre Auswirkungen zu bestimmen. Während es immer noch große Lücken in den wissenschaftlichen Erkenntnissen gibt, besteht heute kein Zweifel mehr daran, dass die Versäuerung der Ozeane eine große Bedrohung für die Stabilität des Erdsystems darstellt, eine, die auf ein sechstes Massenaussterben des Lebens auf unserem Planeten zusteuert[10].


Obwohl formal korrekt, ist das Wort „Versäuerung“ irreführend, da die Ozeane eigentlich leicht alkalisch sind, und die jetzt stattfindende Verschiebung macht sie nur etwas weniger alkalisch. Selbst im extremsten Fall würden tausend Liter Meerwasser immer noch weniger Kohlensäure enthalten als ein kleines Glas Cola.


Doch so wie die Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre auf 0,041 Prozent den globalen Klimawandel verursacht, so stellt ein kleiner Anstieg der CO2-Menge im Meerwasser eine große Bedrohung für die Organismen dar, die in diesem Wasser leben. Die Senkung des pH-Werts hat die Lebensräume, auf die Meerespflanzen und -tiere angewiesen sind, bereits erheblich verändert: eine weitere Senkung könnte für viele von ihnen tödlich sein.


Die am häufigsten untersuchten Opfer der Versäuerung der Ozeane sind die Kalkbildner, die vielen Organismen, die das Karbonat aus dem umgebenden Wasser aufnehmen, um ihre Schalen und Skelette zu bauen. Im Meerwasser verbindet sich die Kohlensäure schnell mit dem verfügbaren Karbonat, so dass es für den Schalen- und Skelettbau nicht mehr zur Verfügung steht. Wasser mit weniger als einer bestimmten Karbonatkonzentration wird korrosiv, und vorhandene Schalen und Skelette beginnen sich aufzulösen.


Wie der Meeresschutzbiologe Callum Roberts schreibt, schwächt ein niedriger pH-Wert bereits jetzt die Korallenriffe, und das Problem wird noch viel schlimmer werden, wenn die CO2-Emissionen nicht bald radikal reduziert werden.
„Die Skelette der Korallen am australischen Great Barrier Reef sind in den letzten fünfundzwanzig Jahren messbar geschwächt und enthalten jetzt 14 Prozent weniger Karbonat als vorher…. Die Versäuerung der Ozeane wurde wegen dieser Skelettschwächung ‚Osteoporose für Riffe‘ genannt. …“


„Wenn sich das Kohlendioxid in der Atmosphäre gegenüber dem heutigen Stand verdoppelt, werden alle Korallenriffe der Welt von einem Zustand der Konstruktion in einen Zustand der Erosion übergehen. Sie werden buchstäblich anfangen zu bröckeln und sich aufzulösen, da die Erosion und Auflösung der Karbonate die Ablagerung übertrifft. Am beunruhigendsten ist, dass dieses Niveau an Kohlendioxid bis zum Jahr 2100 unter einem Niedrig-Emissions-Szenario des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaveränderungen (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change) erreicht wird“[11].


Ungefähr 25% aller Fische sind von Korallenriffen abhängig, um sich zu ernähren und vor Raubtieren zu schützen, also wäre die Veränderung, die Roberts beschreibt, katastrophal für die Artenvielfalt der Meere.
Andere Kalkbildner, die durch die Versäuerung der Ozeane geschwächt werden, sind Austern, Muscheln, Krebse und Seesterne. Besonders besorgniserregend sind winzige Tiere mit Muschelschalen am unteren Ende der Nahrungskette: Wenn ihre Anzahl abnimmt, werden viele Fische und Meeressäuger verhungern. Ganz besonders:


– Einzellige Foraminiferen sind in allen Teilen des Ozeans reichlich vorhanden und werden direkt oder indirekt von einer Vielzahl von Tieren verzehrt. Eine kürzlich durchgeführte Studie verglich die heutigen Foraminiferen mit Proben, die vor 150 Jahren von der berühmten Challenger-Expedition im Pazifik gesammelt wurden. Die Forscher:innen fanden heraus, dass „ausnahmslos alle Exemplare der modernen Foraminiferen messbar dünnere Schalen hatten als ihre historischen Pendants“. Bei einigen Arten von Foraminiferen ist die Schalenstärke heute 76% geringer als in den 1800er Jahren[12].

– Erbsengroße Pteropoden, manchmal auch Seeschmetterlinge genannt, leben hauptsächlich in kaltem Wasser. Ein Artikel in der Zeitschrift Nature Geoscience berichtet, dass lebende Pteropoden, die im Ozean in der Nähe der Antarktis gefangen wurden, „ein hohes Maß an Schalenauflösung“ aufweisen, was zu einer „erhöhten Anfälligkeit gegenüber Jagd und Infektionen“[13] führt. Da Pteropoden die Nahrung für fast jedes größere Meerestier, vom Krill bis zu den Walen, sind, „hätte ihr Verlust enorme Konsequenzen für die polaren Meeresökosysteme“[14].


Die Beeinträchtigung der Schalen- und Skelettbildung ist vielleicht nicht der tödlichste Effekt der Ozeanversäuerung. Die Stoffwechselsysteme aller Organismen funktionieren am besten, wenn der pH-Wert ihrer inneren Flüssigkeiten in einem engen Bereich bleibt. Dies ist besonders problematisch für Meerestiere, einschließlich Fische, deren Blut-pH-Wert dazu neigt, mit dem des umgebenden Wassers übereinzustimmen. Für einige Arten kann schon eine geringe Senkung des pH-Wertes im Blut schwere Gesundheits- und Fortpflanzungsprobleme bis hin zum Tod verursachen.[15] Immer mehr Forschungen deuten darauf hin, dass allein durch die Versäuerung der Ozeane einige Fischarten in diesem Jahrhundert dezimiert werden, was zum Zusammenbruch der großen Fischereien führen wird[16].


Nur Langzeitstudien können genau bestimmen, wie sich die Versäuerung auf die globalen Fischpopulationen auswirken wird, aber auf Gewissheit zu warten ist gefährlich, denn wenn die Versäuerung einmal eingetreten ist, sitzen wir damit fest. Eine kürzlich durchgeführte Studie bestätigte, dass „wenn der Ozean erst einmal stark von hohem CO2-Gehalt betroffen ist, ist es praktisch unmöglich, diese Veränderungen auf einer Zeitskala von Menschengenerationen rückgängig zu machen“. Selbst wenn irgendein unbekanntes (und wahrscheinlich unmögliches) Geo-Engineering-System das atmosphärische CO2 schnell wieder auf das vorindustrielle Niveau zurückbringt, „würde ein substanzielles Vermächtnis anthropogener CO2-Emissionen in den Ozeanen weit in der Zukunft fortbestehen“[17].


Warnungen ignoriert


Im Jahr 2008 unterzeichneten 155 Wissenschaftler:innen aus 26 Ländern eine Erklärung, die „auf unwiderlegbaren wissenschaftlichen Erkenntnissen beruht“, über „die jüngsten, raschen Veränderungen in der Chemie der Ozeane und ihr Potenzial, innerhalb von Jahrzehnten Meeresorganismen, Nahrungsnetze, die Artenvielfalt und die Fischerei schwer zu beeinträchtigen“.
„Um schwere und weit verbreitete Schäden zu vermeiden, die letztlich alle auf die steigenden Konzentrationen von atmosphärischem Kohlendioxid (CO2) zurückzuführen sind, rufen wir die politischen Entscheidungsträger:innen auf, schnell zu handeln und diese Bedenken in die Pläne zur Stabilisierung des atmosphärischen CO2 auf einem sicheren Niveau einzubeziehen, um nicht nur einen gefährlichen Klimawandel, sondern auch eine gefährliche Versäuerung der Ozeane zu vermeiden. …“


„Die politischen Entscheidungsträger:innen müssen erkennen, dass die Versäuerung der Ozeane kein Randthema ist. Es ist das andere CO2-Problem, mit dem man sich neben dem Klimawandel auseinandersetzen muss. Diese doppelte Bedrohung, die durch unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verursacht wird, einzudämmen, ist die Herausforderung des Jahrhunderts. …”[18]Im Jahr 2009 identifizierten neunundzwanzig führende Wissenschaftler:innen des Erdsystems den Grad der Versäuerung der Ozeane als eine von neun planetaren Grenzen – „nicht verhandelbare planetare Voraussetzungen, die die Menschheit respektieren muss, um das Risiko schädlicher oder sogar katastrophaler Umweltveränderungen auf kontinentaler bis globaler Ebene zu vermeiden“[19].


Im Jahr 2013 drückte das immer vorsichtige Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ihre große Überzeugung aus, dass die Absorption von Kohlendioxid „die Chemie der Ozean-Karbonate in allen Subregionen der Ozeane, insbesondere in den hohen Breiten, grundlegend verändert“.


„Die sich erwärmenden Temperaturen und die sinkenden pH- und Karbonationenkonzentrationen stellen angesichts der direkten und indirekten Auswirkungen dieser Variablen auf physiologische Prozesse (z.B. Skelettbildung, Gasaustausch, Fortpflanzung, Wachstum und neuronale Funktion) und Ökosystemprozesse (z.B. Primärproduktivität, Riffbau und Erosion) Risiken für die Produktivität der Fischerei und Aquakultur und die Sicherheit der regionalen Lebensgrundlagen dar“[20].


Der Sonderbericht des IPCC über den Ozean und die Kryosphäre, der 2019 veröffentlicht wurde, kommt zu dem Schluss, dass „der Ozean als Reaktion auf die anhaltende Kohlenstoffaufnahme der Ozeane weiter versäuert“, dass „es sehr wahrscheinlich ist, dass über 95% des oberflächennahen offenen Ozeans bereits betroffen sind“ und dass „das Überleben einiger wichtiger Ökosysteme (z.B. Korallenriffe) gefährdet ist“[21].


Trotz überwältigender wissenschaftlicher Beweise, dass die Versäuerung eine große Bedrohung für das größte Ökosystem der Welt darstellt, schweigen die Regierungen der reichsten Länder der Welt. Das Wort Ozeane tauchte nur einmal in ihrem Pariser Abkommen auf und die Versäuerung wurde überhaupt nicht erwähnt. Es bleibt abzuwarten, ob die nächste UN-Klimakonferenz, die auf Dezember 2021 verschoben wurde, angemessen reagieren wird – wenn sie überhaupt reagiert.


Deutsche Übersetzung eines Artikels erschienen bei Climate&Capitalismhier geht es zum zweiten Teil


Quellen und Anmerkungen

[1] Sylvia A. Earle, The World Is Blue: How Our Fate and the Oceans Are One (Washington, DC: National Geographic, 2010), 20.

[2] Sylvia A. Earle, Sea Change: A Message of the Oceans (New York: Ballantine Books, 1995), xii.

[3] Jelle Bijma et al., “Summary of ‘Climate Change and the Oceans.’”

[4] Nicolas Gruber, “Warming Up, Turning Sour, Losing Breath: Ocean Biogeochemistry Under Global Change,” Philosophical Transactions of the Royal Society A, May 2011, 1980, 1992.

[5] Jelle D. Bijma et al., “Climate Change and the Oceans — What Does the Future Hold?” Marine Pollution Bulletin Sept., 2013.

[6] Interviewed in John Collins Rudolf, “Q. and A.: For Oceans, Another Big Headache.” New York Times, May 5,  2010. 

[7] Rachel L. Carson, The Sea Around Us (New York: Oxford University Press, 2018 [1950]), 163-4.

[8] Genauer gesagt gibt es 30% mehr Wasserstoff-(H+)-Ionen.

[9] Ken Caldeira and Michael E. Wickett, “Anthropogenic Carbon and Ocean pH,” Nature, Sept. 25, 2003, 365; Royal Society, Ocean Acidification Due to Increasing Atmospheric Carbon Dioxide (London: Royal Society, 2005), 39.

[10] Einige argumentieren, dass eine Massenausrottung bereits begonnen hat.

[11] Callum Roberts, The Ocean of Life: The Fate of Man and the Sea (New York: Penguin, 2013), 108,110.

[12] Lyndsey Fox et al., “Quantifying the Effect of Anthropogenic Climate Change on Calcifying Plankton,” Scientific Reports, January 31, 2020.

[13] N. Bednaršek et al., “Extensive Dissolution of Live Pteropods in the Southern Ocean,” Nature Geoscience, (December 2012) 881, 883.

[14] Matthias Hofmann and Hans Joachim Schellnhuber, “Ocean Acidification: A Millennial Challenge,” Energy & Environmental Science (September 2010), 1888-89

[15] Dies gilt auch für den Menschen. Unser normaler Blut-pH-Wert liegt bei 7,4: ein Abfall um 0,2 kann tödlich sein.

[16] Martin C. Hänsel et al., “Ocean Warming and Acidification May Drag down the Commercial Arctic Cod Fishery by 2100,” PLOS ONE, April 22, 2020.

[17] Sabine Mathesius et al., “Long-term Response of Oceans to CO2 Removal from the Atmosphere,” Nature Climate Change, December 03, 2015, 1107-14.

[18] “Monaco Declaration,” proceedings of Second International Symposium on the Ocean in a High-CO2 World (Unesco, 2008).

[19] Johan Rockström et al., “Planetary Boundaries: Exploring the Safe Operating Space for Humanity,” Ecology and Society 14, no. 2 (2009)

[20] Ove Hoegh-Guldberg et al., “The Ocean,” in Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. (Cambridge University Press, 2014), 1658.

[21] IPCC, Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate (2019), 59, 66.

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