Säuregehalt im Meer steigt - für Schalentiere ist es ein Wettlauf ums Überleben

Vor rund 150 Jahren fand das britische Forschungsschiff „HMS Challenger“ auf seiner legendären Forschungsfahrt, einen wissenschaftlichen Schatz. Die Forscher an Bord hatten Meerwasser-Proben genommen, um die darin schwimmenden Organismen zu untersuchen. Später lagerten sie Teile ihres Fangs im „Museum of Natural History“ in London ein.

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Versauerung der Ozeane und die Folge für kalkbildende Organismen

Jetzt grub die Mikropaläontologin Lyndsey Fox von der Londoner Kingston University diesen Schatz wieder aus. Sie stieß auf einen Behälter, der einen Teil der damals genommen Proben enthielt. Darin befanden sich sogenannte Foraminiferen, die zu den zahlreichen Plankton-Arten zählen. Die Einzeller bilden ein Gehäuse aus Kalk. Darum ging es der Forscherin. Sie wollte herausfinden, wie sich die Versauerung der Ozeane auf die kalkbildenden Organismen auswirkt, die darin leben. Dazu zählen Korallen, Muscheln, Schnecken und Stachelhäuter, aber auch viele der Kleinstlebewesen im Plankton.

Säuregehalt um 30 Prozent erhöht

Das Maß dafür ist der sogenannte pH-Wert. Er gibt an, wie stark eine Lösung basisch oder sauer ist; der neutrale Wert ist 7 und somit reines Wasser. Je weiter der pH-Wert sinkt, desto saurer wird die Lösung. Im Meer beträgt der pH-Wert in den oberen Schichten derzeit 8,1 – gegenüber 8,25 in der vorindustriellen Zeit. Er ist also um etwa 0,15 Einheiten gesunken. Doch weil die pH-Skala logarithmisch ist, hat sich der Säuregehalt damit um 30 Prozent erhöht. Geht die Versauerung weiter wie bisher, könnte der Wert bis zum Ende des Jahrhunderts 7,8 sein.

Meer wird immer saurer wegen CO2

Dahinter steckt das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2), das der Mensch durch Verbrennung fossiler Kraftstoffe ausstößt: Es wird vom Wasser aufgenommen und darin gelöst. Dabei entsteht Kohlensäure, die das Meer immer saurer macht.

Saures Wasser behindert den Aufbau von Kalkschalen

Dies gefährdet die kalkbildenden Organismen. Denn saures Wasser behindert den Aufbau ihrer Schalen und Skelette.

Mit zunehmender Versauerung sinkt darin infolge bestimmter chemischer Reaktionen die Konzentration von Karbonat-Ionen. Doch genau diese Moleküle sind für den Aufbau von Kalkschalen und -skeletten unabdingbar. Das Kalziumkarbonat (CaCO3) der Schalentiere besteht hauptsächlich aus zwei Sorten, Kalzit und Aragonit. Zudem werden diese Strukturen geschwächt oder sogar gänzlich zerstört, weil saures Wasser den Kalk löst.

Wie weit dieser Prozess die Meeresorganismen bereits heute schädigt, ist noch weitgehend unklar. Erkenntnisse darüber konnten Wissenschaftler erst seit kurzem durch Laborexperimente gewinnen – bis die Kingston-Forscherin Fox ihren Schatz fand. Nun konnte sie herausfinden, wie sich die Gehäuse von Plankton-Spezies mit der Zeit veränderten. Dazu nahm sie zwei Arten von Foraminiferen aus den Challenger-Proben sowie aus einer weiteren Expedition von 2011 aus dem gleichen Meeresgebiet mit einem Präzisions-Tomographen unter die Lupe, der 3D-Bilder erstellt.

Schalen sind um 76 Prozent dünner geworden

Das Ergebnis: Die Schalen der heutigen Einzeller sind im Mittel um bis zu 76 Prozent dünner als die von vor 150 Jahren. Bei manchen Exemplaren ist der Kalk so dünn, dass sich Teile der Gehäuse nicht mehr abbilden ließen. Dies berichtet eine Gruppe um Fox im Fachjournal „Nature Scientific Reports“. „Ich war geschockt, als ich sah, wie dramatisch die Resultate für einige Arten sind“, sagt Fox.

Kalkbildende Organismen stehen vor einem Niedergang

Als Ursache des Rückgangs benennen die Forscher in erster Linie das saure Meerwasser, obwohl auch andere Faktoren wie die Wassertemperatur und der gelöste Sauerstoff eine Rolle spielen.

In ihrer Studie warnen sie vor den Folgen der fortgesetzten Versauerung. „Neue Experimente im Verein mit Computermodellen zeigen, dass sich die Kalkbildung so weit verlangsamen kann, dass sie von der Auflösung des Kalks überholt wird“, schreiben sie. „Deshalb dürften Korallen und andere kalkbildende Organismen im 21. Jahrhundert vor einem großen Niedergang stehen.“ Chemisch gesehen nimmt die Sättigung des Wassers mit Karbonat-Mineralien wie Aragonit oder Kalzit ab, und es setzt eine „Untersättigung“ ein, wodurch sich hier Kalk auflöst.

Weitere Analyse der Plankton-Proben

Zudem seien Foraminiferen „eine der wichtigen Gruppen, die das im Wasser gelöste CO2 auf den Meeresgrund transportieren, und sie fungieren als integrale Komponente der Nahrungskette“, so die Forscher weiter. Jetzt wollen sie aus den Abertausenden im Museum lagernden Gefäßen weitere Plankton-Proben analysieren, um die Datenbasis zu erweitern.

Arktis am stärksten betroffen

Die Studie ist nicht die einzige Hiobsbotschaft aus den Weltmeeren, denn schlechte Nachrichten kommen auch aus der Arktis. Dort sind alle Teile des Nordmeers von der Versauerung betroffen, wenngleich in unterschiedlichem Ausmaß. Sie trifft der Wandel am stärksten, denn kaltes Wasser speichert mehr CO2 als wärmeres. Insgesamt landen bis zu 30 Prozent des vom Menschen emittierten Gases im Meer.

Beaufortsee: Untersättigung bereits 2001 passiert

Laut einer Studie des Arctic Monitoring & Assessment Programme des Arktischen Rats könnte diese Schwelle in der Tschuktschensee bereits 2030 überschritten werden, in der Beringsee ist es voraussichtlich 2065 so weit. Im „National Climate Assessment 2018“ der US-Regierung sagen die Autoren, dass in der Beaufortsee die Untersättigung vermutlich sogar schon 2001 eintrat.

Austernsterben im Nordwesten der USA

Um 2080 fehlt es in den meisten arktischen Gewässern dann an Aragonit. Das versauerte Wasser wird von da an auch benachbarte Meeresgebiete wie den Nordatlantik erreichen. Im hohen Norden sind dadurch die Nahrungsketten bedroht, und in ihrem Gefolge die Fischerei. Einem Bericht des Umweltmagazins „Environment360“ der Yale University zufolge verursachte die Meeresversauerung im pazifischen Nordwesten der USA bereits mehrere Austernsterben.

Wasser vor der US-Westküste versauert doppelt so schnell

Wenig Gutes verheißt überdies eine Beobachtung, die Meeresforscher im Fachjournal „Nature Geoscience“ publizierten. Demnach versauert das Wasser vor der US-Westküste doppelt so schnell wie in den übrigen Ozeanen der Erde.

Die Autoren um die Geochemikerin Emily Osborne von der US-Ozean- und Atmosphärenbehörde NOAA hatten vom Boden des Santa-Barbara-Beckens vor der Küste Südkaliforniens Proben genommen. Das Sediment dort ist weitgehend ungestört. Deshalb konnten die Forscher aus Schichten, die bis ins Jahr 1895 zurückreichen, Foraminiferen extrahieren.

Abnehmender Trend

Wie schon die britische Forscherin Fox bestimmten auch Osborne und ihre Kollegen die Dicke der Gehäuse der Einzeller. Wie sich zeigte, nahm diese im gemessenen Zeitraum um 20 Prozent ab. „Die Abnahme der Schalendicke zeigt einen langfristig abnehmenden Trend“, erklärte Osborne gegenüber US-Medien. „Dies war für die gesamte Probe offensichtlich.“

Bedrohung für Austern- und Muschelzucht

Allerdings war der Trend von einer natürlichen Schwankung des pH-Werts – der sogenannten Pazifischen Dekadischen Oszillation – überlagert, die auch den Säuregrad des Wassers beeinflusst. „Diese natürlichen Veränderungen werden die Auswirkungen der Versauerung in manchen Jahren abschwächen, in anderen aber verstärken“, so Osborne. „Dabei werden die Extreme noch extremer.“ Diese Entwicklung bedroht die Austern- und Muschelzucht entlang der US-Westküste, die auf karbonatreiches Wasser angewiesen sind.

Manche Organismen können sich anpassen

Es gibt aber auch eine gute Nachricht: Nicht alle Meeresorganismen werden unter dem Karbonatmangel leiden. Eine Studie, die im Fachmagazin „Nature Communications: Biology“ erschien, kommt zu dem Schluss, dass manche Arten von der Versauerung nicht beeinträchtigt werden oder sich daran anpassen können. Zu ihnen zählt der antarktische Krill, eine Art der Krebstiere, die in großen Schwärmen im Südlichen Ozean leben. Dort dient er Fischen und Meeressäugern als Nahrung. Daneben wird Krill kommerziell etwa als Tierfutter genutzt.

Möglicherweise können sich auch andere Arten an die veränderte Meeresumwelt anpassen. Es dürfte aber ein Wettlauf mit der Zeit werden, von dem niemand sagen kann, wie er ausgehen wird.

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