Wenn die Meere sauer werden

Wie ein Turm erhebt sich das Castello Arago­nese aus dem Tyrrhenischen Meer. Die Festung wurde auf einem kleinen Eiland vor Ischia errichtet und ist von der Hauptinsel aus über eine schmale Steinbrücke zu erreichen. Touris­ten, die hierherkommen, sind neugierig auf das Leben in früheren Zeiten. Sie steigen zu dem Schloss hinauf, in dem mittelalterliche Folterinstrumente ausgestellt sind. Die Wissenschaft­ler, die hier anreisen, interessieren sich dagegen für das Leben in der Zukunft.

Ätzende Gase

Eine Laune der Geologie ermöglicht es ihnen, rund um die kleine Felseninsel schon heute einen Blick auf die Ozeane im Jahr 2050 und später zu werfen. Denn hier perlt Kohlendioxid (CO2) aus unterirdischen Quellen des Meeresbodens. Das Gas löst sich im Wasser und reagiert zu Kohlensäure. Was unsere Sprudelgetränke so erfrischend macht, ist für viele Meerestiere einfach ätzend: «Einen hohen CO2-Gehalt verträgt fast kein Lebewesen», sagt der Meeresbiologe Jason Hall-Spencer von der Uni­versität Plymouth in Großbritannien. Im Meer vor Ischia geschieht von Natur aus in kleinem Maßstab, was die industrielle Welt in den Ozeanen der Welt angestoßen hat: Das Wasser nimmt immer mehr von dem Kohlendioxid auf, das aus unseren Schornsteinen und Auspuffrohren kommt. Die See wird sauer.

Schon seit acht Jahren erforscht Hall-Spencer das Meer rund um Ischia. Er protokolliert die chemischen Eigenschaften des Wassers und be­obachtet Fische, Korallen und Schnecken, die hier leben. Und dass sich manche Arten buch­stäblich aufzulösen beginnen. An einem kalten Wintertag gehe ich mit ihm und Maria Cristina Buia, einer italienischen Zoologin, zum Tau­chen. Wir wollen uns die Auswirkungen der Versauerung ansehen. Etwa 45 Meter vom Strand entfernt werfen wir Anker und lassen uns ins Wasser fallen. Als sich das Meer um uns herum wieder beruhigt hat, sehen wir Kohlendioxidblasen, die wie Perlen aus Quecksilber vom Meeresboden aufsteigen.

Veränderung von Fauna und Flora

Buia hat ein Messer dabei und schabt ein paar Napfschnecken von den Felsen. Die Tiere haben sich auf ihrer Suche nach Nahrung zu weit vor­gewagt. Das Wasser hier ist für sie zu sauer und ätzend. Ihre Gehäuse sind papierdünn, fast transparent. Wir schwimmen weiter. Unter uns wiegt sich Seegras, seine Blätter leuchten nackt und grün herauf. Auch das ist ein Indiz für die Versauerung, denn normalerweise sind die Halme dicht mit anderen Lebewesen besiedelt. Auch Seeigel, sonst an Felsküsten allgegenwärtig, sind nicht zu sehen. Dafür treiben ganze Schwärme nahezu durchsichtiger Quallen vor­über. Hall-Spencer gibt uns Warnzeichen: «Vor­sicht, die brennen!»

Quallen, Seegras und Algen – viel mehr Leben gibt es nicht, wo das CO2 am dichtesten aus dem Meeresboden quillt. Eine Zone im Um­kreis von ein paar hundert Metern ist tödlich für viele Arten. Der Säuregehalt des Wassers ist hier – je nach Strömungslage – zeitweise so hoch, wie er es beim heutigen Trend im Jahr 2100 in den Ozeanen weltweit sein könnte. «Welche Folgen das hat», sagt Hall-Spencer, als wir wieder im Boot sitzen, «können Sie so ähn­lich in einem stark verschmutzten Hafenbecken sehen: Dort überleben nur ein paar sehr wider­standsfähige Arten. Und so wird es überall wer­den, wenn der CO2-Gehalt weiter ansteigt.» Seit Beginn der Industriellen Revolution vor rund 150 Jahren haben die Menschen so viel fossile Brennstoffe – Kohle, Öl, Erdgas – verfeuert und so viele Wälder abgeholzt, dass mehr als 500 Milliarden Tonnen Kohlendioxid freigesetzt wurden. Seit es den Menschen gibt, ist die Koh­lendioxidkonzentration in der Erdatmosphäre niemals höher gewesen als heute.

Über die Folgen für das globale Klima wird seit längerem diskutiert: Erwärmung, Extremwetter, Ausbreitung der Wüsten. Weniger bekannt ist der Einfluss des CO2 auf die Ozeane.

Das Meer als CO2 Speicher

Luft und Wasser tauschen ständig Gas miteinander aus. Ein Teil aller Verbindungen, die in die Atmosphäre freigesetzt werden, gelangt letztlich also auch ins Meer. Nahe der Oberfläche sorgt der Wind für eine schnelle Durch­mischung, im Laufe der Jahrhunderte verteilen die Meeresströmungen alle Stoffe auch in grö­ßerer Tiefe. Vor rund 20 Jahren machte sich ein internationales Wissenschaftlerteam daran, mehr als 77000 Meerwasserproben aus unter­schiedlichen Tiefen rund um die Welt zu analy­sieren. Die Arbeit dauert beinahe 15 Jahre. Er­gebnis: Die Ozeane haben ein Drittel des CO2 aufgenommen, das durch die Aktivität der Men­schen während der vergangenen zwei Jahrhun­derte freigesetzt wurde. Stunde um Stunde ab­sorbieren sie ungefähr eine Million Tonnen.

Für das Leben an Land ist dieser Prozess ein Segen; jede Tonne CO2, die der Ozean aus der Atmosphäre beseitigt, trägt nicht mehr zur glo­balen Erwärmung bei. Ganz anders sieht die Sache für das Leben im Meer aus. Die Biologin Jane Lubchenco, Leiterin der amerikanischen Forschungsbehörde NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), nennt die Versauerung der Ozeane «den nicht minder bösen Zwilling der globalen Erwärmung».

Die pH-Skala, mit der man den Säuregehalt als Konzentration der Wasserstoff-Ionen misst, reicht von 0 bis 14. An ihrem unteren Ende ste­hen starke Säuren wie die Salzsäure. Am oberen Ende starke Basen wie die Natronlauge. Reines, destilliertes Wasser hat einen pH-Wert von 7 – es ist neutral. Meerwasser ist leicht basisch und hat an der Oberfläche einen pH-Wert von 7,9 bis 8,2. Durch die CO2-Emissionen ist dieser Wert im Durchschnitt bisher um ungefähr 0,1 gesunken. Die pH-Skala ist logarithmisch, das heißt, schon kleine Veränderungen der Zahlen stehen für große Wirkungen. Ein Rückgang von 0,1 bedeutet, dass das Wasser um 30 Prozent saurer geworden ist. Wenn sich die Entwicklung fortsetzt, könnte der pH-Wert bis 2100 auf durchschnittlich 7,8 sinken. Dann wäre das Wasser um 150 Prozent saurer als im Jahr 1800.

Die bisherige Versauerung lässt sich vermut­lich nicht rückgängig machen. Theoretisch wäre es zwar möglich, dem Meer Chemikalien zuzusetzen und damit dem Effekt des zusätzlichen CO2 entgegenzuwirken. Aber in der Praxis würde man dafür ungeheure Mengen brauchen. Zwei Tonnen Kalk wären notwendig, um eine einzige Tonne Kohlendioxid zu neutralisieren – und die Welt stößt heute jedes Jahr 30 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus. Selbst ohne weiteren CO2-Eintrag würde es Zehntausende Jahre dauern, bis die chemische Zu­sammensetzung der Ozeane wieder so ist, wie sie in vorindustrieller Zeit war.

Die Folgen der Versauerung

Die Versauerung hat vielfältige Folgen. Da sie manche Mikroorganismen im Meer begünstigt, verändert sie die verfügbaren Mengen wichtiger Nährstoffe wie Eisen und Stickstoff. Durch die neue chemische Zusammensetzung leitet das Meerwasser den Schall besser, so dass es im Ozean lauter wird. Darunter, so fürchten einige Wissenschaftler, leiden vor allem Tiere wie Wale, die sich akustisch orientieren. Bei man­chen Tieren beeinträchtigt die Versauerung die Fortpflanzung, und bei anderen, den Kalkbild­nern – Muscheln, Schnecken, Krebsen und Korallen –, hemmt es die Entwicklung von Ge­häusen, Schalen und Panzern.

Im Jahr 2008 verkündeten mehr als 150 füh­rende Wissenschaftler in einer gemeinsamen Erklärung, sie seien «zutiefst besorgt wegen der rapiden Veränderung in der chemischen Zusammensetzung der Ozeane». Diese könne in­nerhalb weniger Jahrzehnte «schwerwiegende Auswirkungen auf die Lebewesen, Nahrungs­netze, Fischbestände und die biologische Vielfalt im Meer haben». Am meisten scheinen die Korallenriffe in tropischen Gewässern gefährdet. Aber da sich Kohlendioxid in kaltem Wasser besser löst, dürfte sich die Auswirkung zuerst in der Nähe der Pole zeigen. Nachgewiesen ist bereits, dass die Gehäuse von schwimmenden Flügelschnecken (Pteropoden) in saurem Meer­wasser langsamer wachsen. Diese Schnecken sind eine wichtige Nahrungsquelle für Fische, Wale und Vögel in Arktis und Antarktis.

Es stimmt zwar, dass sich Lebewesen prinzipiell an veränderte Umweltbedingungen anpassen können. Aber das braucht Zeit, und die Befunde aus dem Meer vor Neapel sind nicht ermutigend. Dort gelangt seit mindestens tau­send Jahren CO2 ins Meerwasser. Dennoch fehlt in den Zonen, in denen der pH-Wert zeitweise sogar deutlich saurer ist als der durchschnittlich schon niedrige Wert von 7,8, fast ein Drittel der Arten, die man in der weiteren Umgebung fin­det. «Sie hatten viele Generationen Zeit, um sich an die sauren Bedingungen anzupassen», sagt Hall-Spencer. «Aber sie sind nicht da.» In der Evolution sind tausend Jahre nur ein Augen­blick. Derzeit verändern sich die Umweltbedin­gungen schneller, als sich die Arten anpassen können.

Die Auswirkungen aus Korallenriffe

Auf der gegenüberliegenden Seite des Glo­bus, vor der Ostküste Australiens, liegt One Tree Island, eine Insel, ähnlich winzig wie der Felsen vor Ischia, auf dem das Castello Aragonese steht. Tatsächlich stehen mehrere hundert Bäume auf den Armen des wie ein Bumerang geformten Atolls. Hier unterhält die Universität Sydney eine Forschungsstation. Bei meinem Eintreffen versammelt sich die gesamte Bevölkerung des Eilands, elf Menschen.

One Tree Island gehört zum Great Barrier Reef, dem größten Riffsystem der Welt, das sich von Norden nach Süden über mehr als 2250 Kilometer erstreckt. Die Insel besteht aus Korallenbruch, die Stücke sind murmel- bis bas­ketballgroß. Nirgendwo ist Erde oder Sand sichtbar. Es scheint, als würden die Bäume un­mittelbar aus dem Geröll emporwachsen.

«Rund 25 Prozent aller Arten in den Ozeanen verbringen zumindest einen Teil ihres Lebens in Korallenriffen», erzählt mir Ken Caldeira, ein Experte für Ozeanversauerung. «Die kalkbilden­den Korallentierchen sind die Baumeister dieses Ökosystems. Und eines ist klar: Wenn sie weg sind, stirbt das ganze Riff.»

Steigende Wassertemperaturen lassen schon seit Jahren immer wieder Korallen absterben, die sogenannte Korallenbleiche hinterlässt weiße, tote Kalkskelette. Abwässer aus der Landwirt­schaft düngen stickstoffliebende Algen, die Fischerei entzieht dem Meer Arten, die solche Algen abweiden. Die Folge ist, dass die Algen die Riffe überwuchern. Geschwächte Korallen wer­den anfällig für Infektionen. Nun kommt die Versauerung als weitere Bedrohung hinzu. Sie greift das Fundament der Korallen an, das stein­harte Skelett, das Millionen und Abermillionen von Korallentierchen, die Polypen, über viele Jahrtausende hinweg aufgebaut haben.

Die Korallenpolypen bilden auf einem Riff die äußere, dünne Schicht aus lebendem Gewebe. Die einzelnen Wesen dieser Kolonien sehen aus wie winzige Blumen. Mit feinen Tentakeln fan­gen sie einen Teil ihrer Nahrung ein. Den größ­ten Teil ihrer Nährstoffe beziehen sie allerdings von bunten Algen, die in ihrem Inneren leben. Wärmestress veranlasst die Polypen, ihre Algen auszustoßen. Das ist die Ursache einer Korallen­bleiche. Jeder einzelne Polyp umgibt sich mit einem schützenden, becherförmigen Außenskelett aus Kalziumkarbonat, kurz Kalk. Die Ge­samtheit der Polypenhäuschen bildet das Riff, wobei immer die nächste Generation auf den Kalkhäuschen der Vorgänger aufbaut.

Zur Herstellung von Kalk brauchen die Koral­len zwei Zutaten: Kalzium-Ionen und Karbonat-Ionen. Beide sind im Wasser enthalten. Säuren allerdings reagieren mit Karbonat-Ionen zu Hydrogenkarbonat, einem Stoff, der Korallen und anderen Kalkbildnern den Bau ihrer Gehäuse und Schalen deutlich schwerer macht. Wenn die Konzentration von CO2 in der Atmosphäre steigt und ein Teil des Kohlendioxids ins Meerwasser übergeht, werden am Ende einer längeren Reak­tionskette die biologisch wichtigen Karbonat-Ionen knapp. Die Korallen wachsen langsamer.

Draußen im Ozean jedoch werden die Riffe ständig von anderen großen und kleinen Lebe­wesen abgefressen. Als ich einmal vor One Tree Island schnorchelte, konnte ich hören, wie die Papageifische mit ihren harten Hornlippen am Kalk nagten. «Ein Riff ist wie eine Stadt», sagt Ove Hoegh-Guldberg. Der frühere Leiter der Forschungsstation auf One Tree Island ist heute Chef des Global Change Institute an der Universität von Queensland. «Es wird ständig neu gebaut und abgebaut. Wenn man aber we­niger Material für den Aufbau liefert, kippt das Gleichgewicht in Richtung der Zerstörung.»

In den vergangenen 30 Jahren ist die Kalkbildung an einer Stelle des Riffs schon um 40 Prozent zurückgegangen, wie vergleichende Messungen gezeigt haben. Der Vorgang ist nicht einzigartig: An einer anderen Stelle des Great Barrier Reef hat sich das Wachstum von Stein­korallen aus der Familie der Poritidae zwischen 1990 und 2005 um 14 Prozent vermindert. Schließlich leidet durch die Versauerung der Ozeane die Fähigkeit der Korallen, neue Kolo­nien zu gründen. Die meiste Zeit klonen Koral­len sich zwar selbst, das heißt, eine Kolonie besteht aus genetisch identischen Individuen. Aber einmal im Jahr, im Sommer, vollziehen sie einen „Massenlaich“, eine Art synchronisierten Gruppensex. Dazu bringt jeder Polyp einen klei­nen rosa Sack hervor, der sowohl Ei- als auch Samenzellen enthält. In einer einzigen Nacht geben alle Polypen diese Beutel ins Wasser ab. Dann schwimmen so viele Säckchen herum, dass sich die Wellen rosa färben.

Düstere Aussichten

Die Biologin Selina Ward von der Universität von Queensland erforscht die Fortpflanzung der Korallen auf Heron Island, einer Insel rund 16 Kilometer westlich von One Tree Island. Ich treffe sie wenige Stunden vor dem diesjährigen Ablaichen. Sie beaufsichtigt ein Dutzend Aqua­rien mit trächtigen Korallen – wie eine Geburts­helferin, die auf der Entbindungsstation Visite macht. Sobald die Polypen ihre rosa Säckchen freigeben, will Ward sie einsammeln und unter­schiedlich saurem Wasser aussetzen. Sie hat schon Hinweise darauf gefunden, dass ein nied­riger pH-Wert die Befruchtung der Eier und die Entwicklung der Larven stört. Außerdem er­schwert er die Ansiedlung der jungen Korallen an einer festen Oberfläche, womit der Aufbau einer neuen Kolonie beginnt. «Und wenn nur einer dieser Schritte nicht klappt, kommen nicht ausreichend neue Korallen nach, um den natür­lichen Verlust auszugleichen», sagt Ward.

Dabei sind die Riffe, die von den Korallen in Form gehalten werden, für unglaublich viele Meerestiere überlebenswichtig. Wieviele Arten es genau sind, die sich auf den Riffen oder in ihrer Nähe aufhalten, weiß niemand, aber Mee­resbiologen schätzen ihre Anzahl auf ein bis neun Millionen. Dazu gehören natürlich die bunten Fische und die großen Schildkröten, derentwegen die Tauchtouristen kommen, aber auch Krebse und Seescheiden, Anemonen und Muscheln, Seegurken und Würmer, Tintenfische und Schnecken. Die Liste ließe sich fortsetzen. Und nicht zuletzt sind die Riffe Ausgangspunkt einer Nahrungspyramide, an deren Spitze der Mensch steht – und dessen Fischnetze deswegen künftig leer bleiben könnten.

Das System zerfällt, wenn die Riffe nicht mehr schnell genug wachsen, um die Erosion wettzumachen. Wenn die Emissionen weiter anstei­gen, könnte sich die CO2-Konzentration in der Atmosphäre bis 2050 im Vergleich zur vorindustriellen Zeit verdoppelt haben. Dann wird das Meerwasser so sauer, dass der Abbau der Korallenriffe unvermeidbar ist. «Wenn wir weitermachen wie bisher, wird die Sache bis zur Mitte des Jahrhunderts ziemlich düster aussehen», sagt Caldeira. Er überlegt kurz und fährt fort: «Falsch: Es sieht schon jetzt düster aus.»

(NG, Heft 04 / 2011, Seite(n) 92)