Suche
english
5 Die Küsten – ein wertvoller Lebensraum unter Druck

Der Klimawandel und die Küsten

Seite:

Zu warm für den Fischnachwuchs

Meeresorganismen sind an bestimmte Wassertemperaturen angepasst. Ändert sich die Temperatur, kann es zu massiven Artverschiebungen in den marinen Nahrungs­netzen kommen. So kann man bereits seit einigen Jahren beobachten, dass Meeres­organismen aus südlichen, wärmeren Meeresgebieten in kühlere Regionen im Norden vordringen. Bei vielen Arten sind die verschiedenen Lebensstadien unter­schied­lich empfindlich gegenüber der Erwärmung. Der Toleranzbereich junger Entwick­lungs­stadien, insbesondere der Eier und Larven, ist oftmals extrem eng und daher entscheidend für den Einfluss des Klimawandels auf die jeweilige Art. Dies gilt auch für den im Nordostatlantik beheimateten Kabeljau, einen der weltweit wichtigsten Speisefische. Der Kabeljau laicht im Frühling bis zu 5 Millionen Eier pro Fisch bei Wassertemperaturen zwischen 3 und 7 Grad Celsius ab, weil sich die Embryonen in den Fischeiern in diesem Temperaturbereich am besten entwickeln können. Die wichtigsten Laichgebiete im nordöstlichen Atlantik befinden sich in Küstennähe vor Norwegen rund um die Inselgruppe der Lofoten sowie im Skagerrak und im Kattegat zwischen Dänemark, Norwegen und Schweden.
3.11 > Der Kabeljau ist einer der wirtschaftlich bedeutendsten Fische im Nordostatlantik. Durch die Meereserwärmung könnten sich die Wachstumsbedingungen für Kabeljaueier und -larven verschlechtern. Dadurch könnte der große Kabeljau­bestand nördlich von Norwegen erheblich schrumpfen.
Abb. 3.11: Der Kabeljau ist einer der wirtschaftlich bedeutendsten Fische im Nordostatlantik. Durch die Meereserwärmung könnten sich die Wachstumsbedingungen für Kabeljaueier und -larven verschlechtern. Dadurch könnte der große Kabeljau­bestand nördlich von Norwegen erheblich schrumpfen. © Science Photo Library/akg-image
Frühere Experimente haben gezeigt, dass Kabeljau­embryonen empfindlich auf versauerndes Wasser reagieren. Jetzt wurde erstmals untersucht, wie sich eine zu­sätzliche Meereserwärmung auf die Entwicklung des Kabeljaus auswirkt. So wurden befruchtete Kabeljaueier bis zum Schlüpfen der Fischlarven bei verschiedenen Wassertemperaturen und Säuregraden in Aquarien gehalten. Auf diese Weise lassen sich Bedingungen simulieren, wie sie im Laufe dieses Jahrhunderts im Meer auftreten könnten. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits eine Erhöhung der Temperatur um 3 Grad zum Absterben der Eier oder zu mehr Missbildungen der Larven führt. Die Embryonen in den Fischeiern reagieren offenbar vor allem in einer frühen Phase der Entwicklung empfindlich auf zu warmes Wasser. Wie die Experimente verdeutlichen, verschlimmert sich die Situation, wenn zusätzlich das Wasser versauert. Die Zahl der geschädigten oder sterbenden Embryonen erhöht sich um weitere 20 bis 30 Prozent.
Darüber hinaus wird versucht, anhand von Klimamodellen zu ermitteln, inwieweit sich das Verbreitungsgebiet des Kabeljaus durch die künftige Meereserwärmung und -versauerung verändern wird. Hierbei wird insbesondere untersucht, ob in den bekannten Laichgebieten kritische Temperaturen und Säuregrade auftreten werden. Die Resultate der Studie sind alarmierend. Entlang der ­norwegischen Küste werden demnach bis zu 40 Prozent weniger Kabeljaularven aus den Eiern schlüpfen. Dies hätte höchstwahrscheinlich gravierende Folgen für das gesamte Ökosystem und für die Kabeljaufischerei in der Barentssee nördlich von Norwegen. Seit Jahrhunderten sichert dieser Bestand das Auskommen norwegischer und russischer Fischer, die mit dieser Fischerei jedes Jahr etwa 2 Milliarden Euro verdienen. Ein Zusammenbruch der Population wäre daher katastrophal und existenzbedrohend für den Großteil der Bevölkerung in dieser Region.
Das ganze Ausmaß der durch den Klimawandel bedingten Folgen für den Kabel­jau­nachwuchs lässt sich allerdings nur schwer abschätzen. Der Kabeljau legt seine Eier im offenen Wasser ab. Die Eier und die später daraus schlüpfenden Larven werden dann mit der Meeresströmung in Gebiete transportiert, die optimale Beding­ungen für das Heranwachsen der Jungfische bieten. Sollte der Kabeljau künftig im Zuge der Meereserwärmung weiter nach Norden wandern, wird er möglicherweise in anderen Meeresgebieten mit anderen Strömungsbedingungen laichen. Ob diese ideale Bedingungen für die Entwicklung des Nachwuchses bieten werden, ist ungewiss.
3.12 > Links ist eine intakte Kabeljaularve zu sehen, rechts eine geschädigte. Daran wird deutlich, wie zerstörerisch sich Wärme und Versauerung auf junge Lebensstadien aus­wirken können.
Abb. 3.12: Links ist eine intakte Kabeljaularve zu sehen, rechts eine geschädigte. Daran wird deutlich, wie zerstörerisch sich Wärme und Versauerung auf junge Lebensstadien aus­wirken können. © Flemming Dahlke/Alfred-Wegener-Institut
Nicht nur der Kabeljau, sondern auch andere Meereslebewesen werden aktuellen Studien zufolge künftig ­weiter nach Norden wandern beziehungsweise im Süden seltener werden. So wird für die Küstengewässer Großbritanniens mit großen Verlusten bei der Fischerei gerechnet. Hier wurde untersucht, wie sich die Fischerei nach Kabeljau und Wolfsbarsch sowie nach Herzmuscheln, Jakobs­muscheln und Miesmuscheln entwickeln wird. Insgesamt machen diese fünf Arten momentan etwa die Hälfte des gesamten Fischfangs in Großbritannien aus. Grundlage der Analysen waren wiederum die vier RCP-Szenarien des Weltklimarats. Nach dem RCP2.6-Szenario wird für Muschelarten bis zum Ende dieses Jahrhunderts ein Rückgang der Fangmengen um bis zu 30 Prozent, nach dem RCP8.5-Szenario um bis zu 60 Prozent erwartet. Wobei sich die Situation regional in England, Nordirland, Schottland und Wales etwas unterschiedlich darstellt. Für Kabeljau und Wolfsbarsch werden im RCP2.6-Szenario kaum Veränderungen beziehungsweise leichte Einbußen erwartet. Sollte sich aber das RCP8.5-Szenario bewahrheiten, dürfte die Menge an gefangenem Kabeljau und Wolfsbarsch bis zum Jahr 2100 um bis zu 20 Prozent abnehmen. Besonders stark betroffen wäre in diesem Fall England, das am weitesten südlich liegt. In England wird man daher vermutlich auf andere Arten umsteigen müssen, um die Verluste zu kompensieren, beispielsweise Arten aus dem Mittelmeer, die sich im Zuge der Meereserwärmung weiter nach Norden ausbreiten werden.

Versalzende Flussdeltas

Die durch den anthropogenen Treibhauseffekt verursachte Erderwärmung kann sich auch indirekt auf Fischgemeinschaften in Küstengewässern auswirken. Das verdeut­licht die Situation im Sine-Saloum-Delta an der Küste des westafrikanischen Staates Senegal. Der Senegal liegt im Übergangsbereich zwischen der trockenen Sahelzone im Norden und der feuchten Zone des Tropenwaldgürtels weiter südlich. Da die Regenmenge in der Sahelzone seit den 1960er-Jahren deutlich abgenommen hat, fließt heute von Landseite aus nur noch sehr wenig Süßwasser in das Delta ab. Das hat dazu geführt, dass das Salzwasser aus dem Atlantik sehr tief in das Delta eingedrungen ist. Im Oberlauf der Zuflüsse kann der Salzgehalt des Wassers durch Verdunstung sogar bis auf das 3-Fache der Meerwasserkonzentration steigen. Dadurch sind jene Fisch­arten aus dem Delta verschwunden, die nur bei relativ niedrigem Salzgehalt leben können. Dazu zählen unter anderem die als Speisefische sehr beliebten Tilapien. Stattdessen dominieren heute in weiten Teilen des Deltas kleinere heringsartige Fische wie der Bonga, der einen deutlich geringeren Marktwert als der Tilapia erzielt. Insgesamt nehmen die Fischereierträge daher ab. Allgemein findet man im Sine-Saloum-Delta weniger Fischarten als in vergleichbaren west­afri­kanischen Deltas, die weiter südlich im feuchten Tropengürtel liegen und noch starke Flusswassereinträge aufweisen.

Plötzliche Massenvermehrung nach einem halben Jahrhundert

Die Zusammensetzung von Lebensgemeinschaften in Küstenmeeren kann sich im Zuge der Meereserwärmung nicht allein durch Verschiebungen verändern, sondern auch durch Einschleppung – wenn Organismen oder Larven im Ballastwasser von Schiffen oder als Bewuchs auf Schiffsrümpfen unbeabsichtigt von einem Meeresgebiet in ein anderes transportiert werden. Auch durch Aquaristen, die Organismen aussetzen, können ortsfremde Arten in neue Gebiete gelangen. Diese Einschleppung neuer Tierarten (Neozoen) und Pflanzenarten (Neophyten) wird auch als Bioinvasion bezeichnet.
Manche eingeschleppte Organismen können sich in der neuen Heimat etablieren und vermehren. Finden sie sehr günstige Bedingungen vor, können sie sogar einheimische Arten verdrängen und den Lebensraum dadurch verändern. Inzwischen gibt es Belege dafür, dass auch die Meereserwärmung zu einer solchen Veränderung beiträgt, wie das Beispiel der Austrominius modestus zeigt. Diese australische Seepockenart wurde in den 1940er-Jahren vermutlich mit Kriegsschiffen oder Flugbooten aus Australien in die britischen Gewässer eingeschleppt und verbreitete sich von dort in der ganzen Nordsee. Auf der deutschen Insel Sylt wurde sie erstmals 1955 nachgewiesen. Sie konnte sich dort vermehren, kam aber über viele Jahrzehnte nur in sehr geringer Zahl vor. Die auf Sylt heimischen Seepockenarten Semibalanus balanoides und Balanus crenatus dominierten. Dieses Verhältnis kehrte sich 2007 um, als es erstmals zu einer Massenvermehrung der Australischen Seepocke kam.
3.13 > Die Australische Seepocke Austrominius modestus findet heute dank des zunehmend milden Klimas in der Nordsee ideale Lebens­be­dingungen. Auf der Insel Sylt hat sie die einheim­ische Art Semibalanus balanoides fast verdrängt.
Abb. 3.13: Die Australische Seepocke <em>Austrominius modestus </em>findet heute dank des zunehmend milden Klimas in der Nordsee ideale Lebensbedingungen. Auf der Insel Sylt hat sie die einheimische Art <em>Semibalanus balanoides</em> fast verdrängt. © Frank Hecker/Alamy Stock Foto
Seepocken besiedeln im Gebiet um Sylt vorzugsweise Muschelbänke. 2007 waren die Muscheln erstmals überwiegend von jungen Australischen Seepocken überwachsen. Die Bewuchsdichte betrug 70 000 Individuen pro Quadratmeter. Im Vergleich dazu waren es 1997 gerade einmal 70 Individuen pro Quadratmeter gewesen. Grund für die plötzliche Massenvermehrung ist vermutlich das sich ändernde Klima in den vergangenen Jahren. Seit geraumer Zeit gibt es generell einen Trend zu wärmeren Sommern und milderen Wintern. So ist beispielsweise die durchschnittliche Lufttemperatur zwischen April und August auf Sylt heute gut 2 Grad höher als 1950. Die ­Australische Seepocke findet Jahrzehnte nach ihrer Einschleppung jetzt offenbar ideale Bedingungen, um sich massiv zu vermehren.
Für die Muscheln ist der starke Bewuchs ihrer Schalen mit der Australischen Seepocke unproblematisch. Das Beispiel zeigt aber, wie schnell eine Massen­ver­mehrung invasiver Arten sich vollziehen kann. Sofern die invasiven Arten einheimische Arten verdrängen oder sich sogar ­räuberisch ernähren, kann ein Öko­sys­tem schnell stark geschädigt werden.
Die Ozeanversauerung

Kohlendioxid verändert den pH-Wert des Wassers

Während die durch den Menschen verursachte Erderwärmung schon seit mehreren Jahrzehnten in der Wissenschaft und Öffentlichkeit diskutiert wurde, blieb die Ozean­versauerung lange unbeachtet. Erst vor einem Jahrzehnt wiesen erste Forscher darauf hin, dass sich mit der Zunahme an CO2 in der Atmosphäre die Chemie des Meerwassers massiv verändern wird.
Chemiker bestimmen den Säuregrad einer Flüssigkeit anhand des pH-Wertes. Je kleiner der Wert ist, desto saurer ist die Flüssigkeit. Der pH-Wert reicht von 0 (sehr sauer) bis 14 (sehr alkalisch). Der Wert 7 wird als neutral bezeichnet und markiert den Übergang von sauer zu alkalisch. Seit der industriellen Revolution Mitte des
18. Jahrhunderts ist der pH-Wert der Ozeane von durchschnittlich 8,2 auf 8,1 gesunken. Mit Werten um 8 ist das Meerwasser streng genommen eine schwache Lauge und keine Säure. Da sich der pH-Wert durch die Aufnahme von CO2 in die Ozeane aber in Richtung Säure verschiebt, spricht man dennoch von einer Versauerung des Wassers. Bis zum Jahr 2100 könnte der pH-Wert von derzeit 8,1 um weitere 0,3 bis 0,4 Einheiten abnehmen. Das klingt vernachlässigbar klein, doch ist die pH-Wert-Skala logarithmisch. Sie ist sozusagen mathematisch gestaucht. Tatsächlich würde das Meer dann 2- bis 2,5-mal so sauer sein wie im Jahr 1860. Besonders von der Versauerung betroffen sind die kalten arktischen und antarktischen Gewässer. Weil sich CO2 besonders in kaltem Wasser löst, versauern diese Meeres­regionen stärker als wärmere Regionen.
Für die Hochsee und küstenferne Gebiete lässt sich recht gut vorhersagen, wie sich die bereits heute nachweisbare Versauerung künftig fortsetzen wird, da dort im Hinblick auf die Chemie des Wassers recht konstante Bedingungen herrschen. Wie sich das CO2 auf die Küstengewässer auswirken wird, ist hingegen schwieriger zu bestimmen. Die Chemie des Wassers in Küstennähe wird stark durch Substanzen bestimmt, die von Landseite aus in das Küstenmeer eingetragen werden, vor allem Karbonat­Anionen und Hydrogenkarbonat-Ionen, die die Grundsubstanz vieler Mineralien sind. Durch Verwitterung von Gesteinen werden sie mit dem Regen über die Flüsse in die Küstengewässer gespült. Sie sind auch Hauptbestandteil von Kalk, den man zum Beispiel für die Entsäuerung von Böden einsetzt. Gelangen viele Karbonat-Anionen und Hydrogenkarbonat-Ionen in die Küstengewässer, kann die Versauerung damit abgepuffert werden. Als Maß für dieses Puffervermögen benutzt man den Begriff der Alkalinität.

Alkalinität
Der Säuregrad (pH-Wert) einer Flüssigkeit wie zum Beispiel Meerwasser lässt sich verändern, indem man ihr Alkalinität zuführt, etwa durch Flüssigkeiten mit hoher Alkalinität. Diese puffert die Säure ab. Man spricht daher vom Säurebindungsvermögen. Der Grad der Alkalinität und damit das Säurebindungsvermögen wird durch den Gehalt an Karbonat-Anionen und Hydrogenkarbonat­Ionen bestimmt, die alkalisch wirken und damit Gegenspieler der Säure sind. Karbonat-Anionen und Hydrogenkarbonat­Ionen haben eine hohe Affinität zu Wasser­stoff-Ionen, die Flüssigkeiten sauer machen. Indem sie einen Teil der Wasserstoff-Ionen gewissermaßen wegfangen, puffern sie die Säure ab.

Komplexe Wechselwirkungen zwischen Land und Küstenmeer

Diese Wechselwirkung zwischen Land und Küstenmeer wurde intensiv für die Ostsee untersucht, einem Binnenmeer, das von Land umgeben ist und nur einen schmalen Zugang zur Nordsee und damit zum Nordostatlantik besitzt. Eine Analyse für die vergangenen 20 Jahre ergab, dass der Eintrag von Karbonaten von Landseite aus je nach Jahreszeit und Ostseegebiet die Zunahme an CO2 und die Versauerung zu einem Teil oder ganz kompensiert – je nach Alkalinität im Wasser.
Die Alkalinität des Wassers wiederum ist von vielen verschiedenen Faktoren abhängig, beispielsweise den Niederschlägen an Land. Regnet es heftiger, verwittern die Gesteine stärker, sodass mehr Alkalinität ausgewaschen wird und in die Flüsse gelangt. Auch aufgrund der Kalkung von Ackerböden in den landwirtschaftlich genutzten Gebieten rund um die Ostsee gelangt Alkalinität mit dem Regenwasser in die Flüsse und somit ins Meer.
Für Nordwesteuropa gehen die meisten Klimastudien davon aus, dass mit dem Klimawandel die Stärke der Niederschläge zunehmen wird, da mit der Erwärmung der Atmosphäre die Verdunstung über dem Meer zunimmt. Die in Nordwesteuropa vorherrschenden Winde werden damit mehr Feuchtigkeit vom Nordatlantik herantragen. Verstärken sich die Niederschläge, wird auch mehr Wasser von Land ins Meer abfließen und entsprechend mehr Alkalinität ins Meer gelangen. So könnte die Versauerung im Bereich der Ostsee aufgrund der geografischen Lage und der starken Zuflüsse von Land auch künftig zu einem Teil oder ganz abgepuffert werden. Natürlich wird mit der Zunahme der Niederschläge auch mehr Alkalinität in den Nordostatlantik gelangen. Im kleinen Binnenmeer Ostsee aber wird der Einfluss viel schneller deutlich als im offenen Meer mit seinen beträchtlich größeren Wassermengen.

Zusatzinfo Wie stark versauern die Küstengewässer?

Der Versauerung widerstehen?

In den vergangenen Jahren wurde vielfach untersucht, wie Meeresorganismen auf die Versauerung reagieren. Bekannt wurden beispielsweise Bilder von Kalkalgen, sogenannten Coccolithophoriden, bei denen sich die Kalkpanzer mit sinkendem pH-Wert langsam auflösten. Grundlage waren Laborexperimente, die übereinstimmend den Schluss nahelegten, dass viele Organismen mit der zunehmenden Versauerung zugrunde gehen und Arten aussterben könnten. Inzwischen liegen allerdings differenziertere Ergebnisse vor, die zeigen, dass das nicht zwangsläufig der Fall sein muss. So zeigt sich beispielsweise, dass sich bestimmte Gruppen von Organismen offenbar an die Versauerung anpassen können. So haben Experimente für die Coccolithophoriden-Art Emi­liania huxleyi ergeben, dass nach etwa 500 Generationen eine gewisse Resistenz entsteht und die Kalkbildung auch in saurerem Meerwasser wieder besser funktioniert. Da sich Emiliania schnell reproduziert, ist die 500. Generation nach etwa einem halben Jahr erreicht. Welche Stoffwechselveränderungen dieser Anpassung an die Versauerung zugrunde liegen, versucht man derzeit herauszufinden.
In diesem Zusammenhang sind auch Freilandexperimente vor der schwedischen Ostseeküste interessant, in denen untersucht wurde, wie pflanzliches Plankton – Grundlage der Nahrungsnetze im Meer – auf eine Versauerung reagiert. Über sechs Monate wurde dort Ostseewasser mit CO2 begast, sodass sich im Wasser ein CO2-Gehalt einstellte, der etwa dem Wert entsprach, der sich bei einer Verdoppelung des heutigen CO2-Gehalts der Atmosphäre ergeben würde. Erstaunlicherweise konnten im Vergleich zu unbegastem Meerwasser nur geringe Veränderungen der Plank­ton­gemeinschaft zu bestimmten Zeitpunkten ihrer Entwicklung festgestellt werden. Auf einige Organismengruppen der Planktongemeinschaft wirkte sich die CO2-Erhöhung leicht negativ, auf andere leicht förderlich aus. Die Forscher nehmen an, dass viele der Organismen wegen der natürlichen Schwankungen des pH-Wertes in der Ostsee je nach Alkalinität geringere pH-Werte tolerieren können.
Metastudien, in denen die Ergebnisse von mehreren Hundert Publikationen zur Ozeanversauerung analysiert und zusammengefasst wurden, zeigen, dass es aber nach wie vor Organismen in anderen Küstengebieten gibt, die durchaus auf die Versauerung reagieren – insbesondere in Meeresgebieten, in denen die chemischen Bedingungen im Wasser nahezu konstant sind. Neben vielen Gebieten der Hochsee sind dies vor allem Küstengewässer in heißen und trockenen Regionen, in denen keine Flüsse ins Meer münden. Betroffen sind vor allem jene Meeresorganismen, die Kalkschalen oder Skelette bilden. Es zeigt sich, dass die Kalkbildung in versauertem Wasser bei Korallen, Muscheln und Schnecken je nach untersuchter Tiergruppe um 22 bis 39 Prozent abnimmt. Auch beim Wachstum ergeben sich Veränderungen. Nimmt man alle kalkbildenden Meeresorganismen zusammen, dann zeigt sich, dass sie durchschnittlich um bis zu 17 Prozent kleiner als ihre Artgenossen sind, die in Wasser mit üblichem pH-Wert leben.

Geringere Artenvielfalt im Korallenriff

Wie sich eine zunehmende Versauerung in Korallenriffen im Osten Papua-Neuguineas auswirkt, zeigen Studien australischer Forscher. In diesen Gebieten steigt CO2 aus vulkanischen Schloten aus dem Meeresboden auf, sodass es zu einer Art natürlicher Versauerung des Meerwassers kommt. Hier haben sich Korallengemeinschaften entwickelt, die mit dem erhöhten CO2-Gehalt des Wassers und einem relativ niedrigen pH-Wert zurechtkommen. Das Gebiet ist damit gewissermaßen ein Freilandlabor, das die weltweite Ozeanversauerung exemplarisch vorwegnimmt. Je näher die Korallen den CO2-Quellen sind, desto saurer ist das Wasser, sodass man hier je nach Entfernung von den Quellen Bedingungen findet, wie sie in 20, 50 oder 100 Jahren weltweit im Meer herrschen könnten. Statt fein verästelter Steinkorallen, die besonders empfindlich auf die Versauerung reagieren, findet man hier vor allem die robusten und dicklichen Porites-Korallen, die äußerlich einem Blumenkohl ähneln. Insgesamt ist die Artenvielfalt in diesen Riffbereichen deutlich geringer als in Gebieten mit normalem pH-Wert. Bei einem pH-Wert von 7,7, der im Jahr 2100 tatsächlich erreicht sein könnte, sind die Lebensbedingungen so ungünstig, dass selbst die Porites-Korallen nicht mehr wachsen können. >
Seite: