Verschmutzung
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WOR 1 Mit den Meeren leben - ein Bericht über den Zustand der Weltmeere | 2010

Überdüngung

Die Überdüngung der Meere

> Flüsse tragen Nährstoffe aus der Landwirtschaft und aus ungeklärten Abwässern in die Ozeane. Vielerorts kommt es dadurch zu Massenvermehrungen von Algen. In manchen Regionen verändern sich ganze Lebensräume. In einigen europäischen Gebieten konnte man die Nährstoffflut eindämmen. Weltweit aber verschlechtert sich die Situation.

Lebensader der Küstenmeere – die Flüsse

Zu den produktivsten Meeresregionen gehören die Küs­tengebiete. Hier werden weltweit die meisten Fische, Mu­scheln und Meeresfrüchte gefangen. Der Grund für diese hohe Produktivität sind Nährstoffe, die durch die Flüsse vom Land ins Meer gespült werden. Dazu zählen vor allem Phosphat- und Stickstoffverbindungen, die Pflanzen für ihr Wachstum benötigen. Auch das Phytoplankton im Meer, zu dem insbesondere mikroskopisch kleine Algen gehören, nutzt diese Substanzen. Dank der großen Nährstoffzufuhr wächst das Phytoplankton in den Küstengebieten ausgezeichnet. Es wird von Zooplankton, Kleinkrebsen oder Fischlarven sowie anderen Lebewesen gefressen und bildet damit die Basis für die Nahrungsnetze im Meer. Die hohe Produktivität macht die Küstengebiete auch für die Aquakultur zunehmend interessant. So hat sich die Produktion von Meerestieren aus Aquakultur zwischen 1970 und 2005 weltweit um das 15-Fache erhöht. Doch nicht allein die Flüsse tragen Nährstoffe in die Küstengewässer. An der Westküste Afrikas zum Beispiel fördern Strömungen nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe an die lichtdurchflutete Meeresoberfläche. Auch in diesen sogenannten Auftriebsgebieten bewirken die Nährstoffe ein starkes Algenwachstum, eine erhöhte Produktivität des gesamten Nahrungsnetzes und letztlich eine Zunahme der Fischereierträge. Ein natürliches Maß an Nährstoffen ist also positiv und lebenswichtig für die Meeresorganismen der Küstengebiete.
4.1 > Durch die Eutrophierung wird das Wachstum von Algen angeregt, die in der Brandung zu Schaum geschlagen werden, wie beispielsweise an der deutschen Nordseeküste.
4.1 > Durch die Eutrophierung wird das Wachstum von Algen angeregt, die in der Brandung zu Schaum geschlagen werden, wie beispielsweise an der deutschen Nordseeküste. © Jochen Tack

Zu viel des Guten

In vielen dicht besiedelten Regionen der Erde aber gelangen zu viele Nährstoffe in die Küstengewässer. Einen Großteil trägt die intensive Landwirtschaft durch den Einsatz von Kunstdüngern bei, die mit dem Regen in die Flüsse gespült werden. Zwischen 1970 und 2005 hat sich allein die Menge des weltweit eingesetzten Stickstoffdüngers fast verdreifacht. Darüber hinaus werden Stickstoff- und Phosphatverbindungen auch mit ungeklärtem Abwasser und durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen über die Atmosphäre ins Meer eingetragen. Durch die großen Nährstoffmengen in den Küstengewässern werden die Produktion und der Abbau von organischem Material unnatürlich verstärkt. Fachleute nennen diesen Vorgang Eutrophierung. Der Nährstoffeintrag ist so groß, dass sich das Phytoplankton über die Maßen entwickelt. So bilden sich regelrechte Algenblüten. In der Nordsee und im Wattenmeer kommt es von Zeit zu Zeit zu einer Massenvermehrung von Algen, die in der Brandung zu Schaum geschlagen werden. Dabei bilden sich zum Teil meterhohe Haufen, die an Eischnee erinnern. Gefährlich wird es, wenn sich toxische Algen ausbreiten. Diese vergiften nicht nur die Lebewesen im Meer, wie etwa Fische und Muscheln.
4.2 > Die Überdüngung der Meere wird häufig erst durch das massenhafte Auftreten von Grünalgen sichtbar. Im Vorfeld der olympischen Segelwettbewerbe 2008 in Qingdao mussten sie in Handarbeit von der Wasseroberfläche entfernt werden.
4.2 > Die Überdüngung der Meere wird häufig erst durch das massenhafte Auftreten von Grünalgen sichtbar. Im Vorfeld der olympischen Segelwettbewerbe 2008 in Qingdao mussten sie in Handarbeit von der Wasseroberfläche entfernt werden. © AP Photo/Eye Press
4.3 > Wenn die Bedingungen für das Phytoplankton günstig sind, treten in den Meeren immer wieder Algenblüten auf, beispielsweise in der Ostsee. Durch die Massenvermehrung von Cyanobakterien, vormals als Blaualgen bezeichnet, verfärbt sich das Wasser in diesen Gebieten grün. Solche Phänome sind durchaus natürlich, doch gibt es solche Blüten aufgrund der Überdüngung heute ungewöhnlich häufig. © Andre Maslennikov/Still Pictures 4.3 > Wenn die Bedingungen für das Phytoplankton günstig sind, treten in den Meeren immer wieder Algenblüten auf, beispielsweise in der Ostsee. Durch die Massenvermehrung von Cyanobakterien, vormals als Blaualgen bezeichnet, verfärbt sich das Wasser in diesen Gebieten grün. Solche Phänome sind durchaus natürlich, doch gibt es solche Blüten aufgrund der Überdüngung heute ungewöhnlich häufig.
Über den Umweg der Nahrungskette nehmen auch Menschen die Gifte auf. Inzwischen sind zahlreiche Fälle bekannt, bei denen Menschen nach dem Verzehr vergifteter Muscheln gestorben sind. Wissenschaftler konnten nachweisen, dass auch Meeressäuger an Algengiften verenden, die sie mit der Nahrung aufnehmen. Derartige toxische Algenblüten treten beispielsweise entlang der texanischen Küste auf. Sie verfärben das Wasser und werden daher auch als „red tides“ oder „brown tides“ bezeichnet. Doch selbst die Blüten ungiftiger Algen werden zum Problem, sobald die Algen sterben. Die toten Algen sinken ab und werden dabei von Mikroorganismen abgebaut, die den Sauerstoff im Meerwasser verbrauchen. Niedrige Sauerstoffkonzentrationen im Wasser können zum Absterben von Fischen und Schalentieren führen. Nimmt der Sauerstoffgehalt ab, flüchten zunächst die Tiere, die sich aktiv bewegen können, zum Beispiel Fische und Krebse. Im Boden nimmt zugleich die Zahl der Tiere ab, die auf eine gute Versorgung mit Sauerstoff angewiesen sind. Sinkt die Sauerstoffkonzentration noch weiter, verschwinden auch die meisten anderen im Boden lebenden Arten. Zurück bleiben einige wenige Spezies, die auch geringe Sauerstoffkonzentrationen überstehen. Wenn das Bodenwasser schließlich gänzlich sauerstofffrei ist, sterben selbst diese Organismen ab. Die Eutrophierung lässt allerdings nicht nur das Phytoplankton erblühen. Sie wirkt sich auch auf größere Pflanzen aus und verändert oftmals ganze Küstenökosysteme. Ein Beispiel ist die Bildung von Grünalgenmassen im Jahr 2008, als der olympische Segelwettbewerb an der chinesischen Küste bei Qingdao durch einen riesigen Grünalgenteppich behindert wurde. In anderen Fällen führt die Eutrophierung zum Verschwinden von Seegraswiesen (Kapitel 5) oder zur Veränderung der Artenzusammensetzung in bestimmten Lebensräumen. Kurz: Die Eutrophierung ist ein Beispiel dafür, wie sich Veränderungen auf dem Festland auf das Meer auswirken, denn die Ozeane sind über die Flüsse und die Atmosphäre mit der Landmasse verbunden. Um die negativen Effekte der Eutrophierung zu reduzieren, wird versucht, die Einträge von Phosphat- und Stickstoffverbindungen in die Küstengewässer zu verringern.

Eine Trendumkehr ist möglich

Flüsse ins Meer entwickelt hat, lässt sich gut am Beispiel der Nordsee und des Rheins zeigen, da für beide ausführliche Daten vorliegen. Erste Beobachtungen stammen aus der Mitte des 19. Jahrhunderts. Über Jahrzehnte wurden an der deutsch-niederländischen Grenze Wasserproben aus dem Rhein entnommen und analysiert. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts verzeichneten die Forscher in der Nähe des Grenzortes Lobith einen starken Anstieg der Phosphat- und Nitratkonzentrationen. Seit Mitte der 1980er Jahre gehen die Konzentrationen dank geeigneter Maßnahmen wieder kontinuierlich zurück. Ursachen für den Anstieg waren die wachsenden Einträge aus der Landwirtschaft und der Industrie sowie die Einleitung ungeklärter kommunaler Abwässer. Eine bedeutende Phosphatquelle waren Waschmittel, in denen Phosphate zur Entkalkung des Waschwassers eingesetzt wurden. Ein Verbot dieser Waschmittel führte dann bereits in den 1970er Jahren zur Abnahme der Phosphatkonzentration im Wasser des Rheins. Ab den 1980er Jahren sank dann auch die Stickstoffkonzentration im Flusswasser. Das ist zum einen auf verbesserte Düngungsmethoden in der Landwirtschaft zurückzuführen, durch die weniger Nährstoffe aus den Äckern ausgespült werden. Ein zweiter Grund ist die bessere Klärung von industriellen und kommunalen Abwässern. 1987 schließlich einigten sich die Umweltminister der Nordseeanrainerstaaten auf das Ziel, die durch die Flüsse transportierten Phosphat- und Stickstoffmengen zu halbieren. Für die Phosphate wurde dieses Ziel schnell erreicht. Für die Stickstoffverbindungen benötigte man 25 Jahre. Allerdings trägt der Rhein trotz schrumpfender Phosphat- und Stickstoffkonzentrationen im Flusswasser noch immer große Nährstoffmengen in die Nordsee, denn er fließt durch ein agrartechnisch hochentwickeltes und intensiv genutztes Gebiet. Die Nitratfrachten sind daher noch immer höher als in vorindustrieller Zeit vor 150 Jahren. Ähnlich ist die Situation in anderen europäischen Flussgebieten und in den USA.
4.4 > Zur Eutrophierung der Küstengewässer tragen vor allem Nitrate (Stickstoffverbindungen) und Phosphate bei, die durch die großen Flüsse ins Meer gespült werden. Ab der Mitte des vergangenen Jahrhunderts nahm beispielsweise im Rhein in der Nähe des Grenz­ortes Lobith die Konzentration der Nährstoffe enorm zu. Ursachen waren die intensive Nutzung von Kunstdüngern in der Landwirtschaft und die schlechte Klärung von Abwässern. Durch Gegenmaßnahmen wie das Verbot phosphathaltiger Waschmittel und bessere Düngungstechnik konnten die Einträge seit den 1980er Jahren erheblich reduziert werden. In vielen anderen Küstenregionen der Welt hingegen nehmen die Nährstoffkonzentrationen weiter zu.
4.4 > Zur Eutrophierung der Küstengewässer tragen vor allem Nitrate (Stickstoffverbindungen) und Phosphate bei, die durch die großen Flüsse ins Meer gespült werden. Ab der Mitte des vergangenen Jahrhunderts nahm beispielsweise im Rhein in der Nähe des Grenz­ortes Lobith die Konzentration der Nährstoffe enorm zu. Ursachen waren die intensive Nutzung von Kunstdüngern in der Landwirtschaft und die schlechte Klärung von Abwässern. Durch Gegenmaßnahmen wie das Verbot phosphathaltiger Waschmittel und bessere Düngungstechnik konnten die Einträge seit den 1980er Jahren erheblich reduziert werden. In vielen anderen Küstenregionen der Welt hingegen nehmen die Nährstoffkonzentrationen weiter zu. © maribus (nach van Bennekom und Wetsteijn, 1990; www.waterbase.nl)
Für einige Teile Europas haben also politische Entscheidungen zu einer Trendumkehr und einer Abnahme der Nährstoffeinträge ins Meer geführt. Weltweit aber zeichnet sich eine ganz andere Tendenz ab. Modellrechnungen haben ergeben, dass der Einsatz von Düngemitteln aufgrund des Bevölkerungswachstums und der Intensivierung der Landwirtschaft in vielen Regionen zunimmt. Entsprechend steigen in vielen Küstengebieten die Phosphat- und Stickstoffmengen, die über die Flüsse ins Meer eingetragen werden. Vor allem in Südostasien spülen die Flüsse mehr und mehr Nährstoffe ins Meer. Fachleute gehen davon aus, dass diese Mengen weiter ansteigen.

Zusatzinfo Der Mississippi und die Todeszone im Golf von Mexiko

Ein weltweites Problem

Seit den 1960er Jahren treten die Effekte der Eutrophierung deutlich zutage. Forscher entdeckten immer häufiger Algenblüten, sauerstoffarme Zonen in den Küsten­regionen oder Veränderungen der Küstenökosysteme. Inzwischen hat man in vielen Studien die Ursachen der Eutrophierung genauer analysiert. Als sicher gilt, dass es tatsächlich einen direkten Zusammenhang zwischen den Umweltveränderungen und den Nährstoffeinträgen gibt. Wie die Phosphate und Stickstoffe zusammenwirken, darüber waren sich die Forscher aber lange uneins. So nahmen manche Experten an, dass für das Algenwachstum das „Minimumgesetz“ gilt, das der Agrarwissenschaftler Carl Sprengel 1828 formulierte. So benötigt eine Pflanze mehrere Nährstoffe, um zu gedeihen. Fehlt ein Nährstoff, kann sie nicht wachsen. Demnach ist das Wachstum der Pflanzen also immer nur durch den einen Stoff limitiert, der gerade nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung steht. Entsprechend dachte man, dass es ausreichend wäre, nur einen Nährstoff aus dem Abwasser und den Flüssen zu entfernen, um das Algenwachstum zu stoppen, also Phosphat oder Stickstoff. Damit hätte man erhebliche Kosten für die Wasseraufbereitung sparen können. Diese Annahme ist jedoch zu simpel, denn immer mehr Experimente und Beobachtungen weisen darauf hin, dass oft mehrere Faktoren zugleich das Pflanzenwachstum limitieren. Experten nennen dieses Phänomen Co-Limitierung. Die Eutrophierung lässt sich demnach nur erfolgreich bekämpfen, wenn Phosphat und Stickstoff zugleich reduziert werden. Das ist jedoch nicht einfach, vor allem, weil sich die Stickstoffe, die in der Landwirtschaft freigesetzt werden, nicht einfach eindämmen lassen. Das Gleiche gilt für Stickstoffe, die aus der Verbrennung von Erdgas, Erdöl oder Kohle stammen und über die Atmosphäre eingetragen werden. Daher dürften Eutrophierungen der Küstengewässer auch künftig auftreten.
Ein Beispiel für stark eutrophierte Gebiete ist die Deutsche Bucht. Vor allem während der 1980er Jahre sank dort die Sauerstoffkonzentration in den tieferen Wasserschich-ten bedenklich. Im Wattenmeer wiederum beobachtete man eine Zunahme der Primärproduktion, des Algenwachstums. Das Seegras verschwand, eine Pflanze, die in der Nordsee und im Wattenmeer einzigartige Lebensräume bildet. Es wurde von wuchernden Grünalgen verdrängt, die sich massenhaft vermehrten. Weltweit sind vor allem Gewässer mit geringem Wasseraustausch von der Eutrophierung betroffen, weil die Nährstoffe kaum fortgetragen werden. Dazu gehören die Bucht von Tokio, der Long-Island-Sound in den USA, die Ostsee oder auch einige Fjorde in Norwegen. Auch im Mittelmeer wurden an verschiedenen Stellen wie der nordöstlichen Adria oder der Bucht von Athen Eutrophierungserscheinungen und eine Zunahme des Phytoplanktons beobachtet. Ein Spezialfall ist der Golf von Mexiko, wo der Mississippi so viele Nährstoffe einträgt, dass entlang der Küste ein ausgedehntes sauerstoffarmes Gebiet entstanden ist.

Ist eine Besserung in Sicht?

Durch gezielte Maßnahmen, wie zum Beispiel die Wasserrahmenrichtlinie aus dem Jahre 2000 oder die
Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie
, die 2008 in Kraft trat, versucht die Europäische Union die Wasserqualität der europäischen Küstengewässer zu verbessern. Wichtige Parameter zur Bewertung der Gewässergüte sind eine ausreichende Sauerstoffkonzentration, geringe Nährstoffmengen sowie das Vorhandensein bestimmter Algenarten und Bodenlebewesen. Wo immer das möglich ist, sollen die ehemals eutrophierten Gewässer in den natürlichen Zustand oder zumindest in einen nur gering beeinflussten Zustand zurückversetzt werden. Zur Überwachung dieser Maßnahmen soll darüber hinaus ein verbessertes Monitoring, eine Langzeitbeobachtung, durchgeführt werden, um Veränderungen und deren Ursachen identifizieren zu können. Aufgrund des Wachstums der Weltbevölkerung wird die Eutrophierung noch über Jahrzehnte ein Problem sein. Eine weltweite Reduzierung der in die Küstengewässer eingetragenen Nährstoffmengen ist nicht in Sicht. Das Dilemma: Für die Menschheit ist die Landwirtschaft und die Produktion von Getreide lebenswichtig. Mit ihr aber gelangen Unmengen von Düngemitteln in die Flüsse und das Meer. Es gilt daher, mithilfe von meist kostenspieligen Reduktionsmaßnahmen eine Balance zwischen dem Nährstoffeintrag aus der Landwirtschaft und den negativen Auswirkungen auf die Küstenökosysteme zu finden.
Besonders problematisch ist, dass sich eutrophierte Küsten­ökosysteme nicht gänzlich in ihren Ursprungszustand zurückversetzen lassen. Die Eutrophierung ist nicht komplett reversibel! So zeigen Studien an mehreren europäischen Küstensystemen, dass eine längere Eutrophierungsperiode nachhaltige Änderungen im Ökosystem bewirkt, die sich nicht einfach durch eine Verringerung der Nährstoffeinträge rückgängig machen lassen. Das Beispiel Wattenmeer aber macht deutlich, dass geeignete Maßnahmen zu einer Abnahme der Nährstoffmengen und zu einer Verbesserung der Meeresumwelt führen können. Im nördlichen Wattenmeer zum Beispiel gibt es Anzeichen dafür, dass sich mit der Abnahme der Nährstoffmengen und der Algenblüten die Seegrasbestände erholt und wieder vergrößert haben. Textende