Das schädliche Treibhausgas Kohlendioxid ist auch für die Versauerung von Meeren verantwortlich. Dadurch wird unter anderem die Lebensgrundlage von Seesternen, Seeigeln, Muscheln und Schnecken bedroht.
Klimaretter.info sprach mit Hans-Otto Pörtner, Biologe am Alfred-Wegener-Institut und einer der Autoren des 2014 erscheinenden fünften Sachstandsberichts des Weltklimarats IPCC, über diesen "bösen Zwilling der globalen Erwärmung".

Über die Folgen der Klimaveränderung wird täglich breit diskutiert. Warum ist es wichtig, nun auch zusätzlich über die Versauerung der Ozeane zu diskutieren?

Die Ozeanversauerung wird auch als der böse Zwilling der globalen Erwärmung bezeichnet; beide werden durch Kohlendioxid verursacht. Die Ozeanversauerung hat ihre ganz eigenen Auswirkungen. Während es noch Skeptiker gibt, die Kohlendioxid als Treibhausgas in Frage stellen, ist der Zusammenhang mit der Ozeanversauerung unbestreitbar. Das Kohlendioxid wird in die Oberflächenschichten der Meere eingetragen, säuert diese an und wird über die Strömungen verteilt. Es gelangt so auch in große Tiefen. Die Kohlendioxid-abhängigen Veränderungen des Wassers erfolgen schnell, innerhalb von Jahrzehnten. Die natürlichen Pufferungsprozesse sind dagegen extrem langsam, sie erfolgen auf Zeitskalen von Tausenden von Jahren.

Was ist bisher über die Versauerung der Ozeane bekannt und wo gibt es Nachholbedarf?

Genaueres Wissen haben wir über das schon vorhandene Ausmaß der Versauerung, und auch über das Ausmaß, das wir in den kommenden Jahrzehnten abhängig von den Kohlendioxid-Emissionsszenarien des Intergovernmental panel on Climate Change (IPCC) erwarten. Diese Szenarien geben uns die atmosphärischen Konzentrationen von Kohlendioxid an, die den pH-Wert der Ozeane entsprechend verändern werden. Da Kohlendioxid in kaltem Wasser besonders gut löslich ist, ist dort schon eine stärkere Versauerung feststellbar als in den Tropen. Schwieriger wird es, wenn man die biologischen Reaktionen auf die Veränderungen genau darstellen will.

Lassen sich die Folgen grob skizzieren?

Pauschal und vereinfacht formuliert, rechnen wir damit, dass einfache Tiergruppen wie Seesterne, Seeigel, Muscheln oder Schnecken am stärksten betroffen sein werden – all die Tiere, die in größerem Umfang Kalk in ihren Panzern einlagern. Weniger betroffen sind höher entwickelte Tiere, die zwar ebenfalls und in geringerem Ausmaß Kalkeinlagerung betreiben, aber mobiler sind, wie zum Beispiel Krebstiere oder Fische.

Und was bedeutet das für Schnecken und Muscheln?

Bei Schnecken wird durch die Kalzifizierung ihre Schale dünner. Dieser Defekt kann auch bei Muscheln auftreten, so dass Schalenwachstum und somatisches Wachstum, also das Wachstum des Weichkörpers, nicht mehr so gut aufeinander abgestimmt sind, oder das Tier wächst insgesamt weniger. Es gibt auch einige Beispiele bei Tieren (Schlangensterne, aber auch Sepia, also Tintenfische), die mit einer verstärkten Kalzifizierung reagieren. Sepien zum Beispiel betreiben in den Körperbereichen, in denen die Kalzifizierung abläuft, eine besonders gute pH-Regulation. Dadurch wird dort mehr Karbonat gebildet und die Kalkbildung begünstigt. Es gibt also spezifische Unterschiede zwischen Tierstämmen und -arten.

Dazu muss man berücksichtigen, dass sich nicht nur die Kohlendioxid-Konzentration im Wasser verändert, sondern auch die Temperatur. An den Grenzen ihres Temperaturfensters scheinen Arten empfindlicher auf Kohlendioxid zu reagieren. Kombiniert mit der Erwärmung breiten sich auch Sauerstoffmangelzonen im Meer aus, die wärmeren Oberflächenschichten mischen sich nicht mehr so gut mit tieferen Schichten, die aufgrund fortbestehender Sauerstoffzehrung an Sauerstoff verknappen.

Ihr Spezialgebiet sind die Auswirkungen auf Meerestiere. Aber es gibt auch Auswirkungen auf Bakterien und Phytoplankton?

Da gibt es einen neuen Befund aus unserem Institut, der gerade auf einer Expedition mit unserem Schiff Polarstern erhoben wurde. Demnach nähert sich der pH-Wert des Wassers dem pH-Optimum von Enzymen an, die bei Bakterien auf der Körperoberfläche sitzen. Dann kommt es zu einer verstärkten Umsetzung von organischem Material. Durch die erhöhte bakterielle Aktivität bekommen wir nochmals erhöhte Kohlendioxid-Anreicherungen. Einige Arten des Phytoplanktons werden dadurch geradezu gedüngt, können also ihr Wachstum steigern. Andere Arten bilden Schalen und bekommen gegebenfalls die oben genannten Probleme.

Unter der Versauerung der Meere leiden auch Korallenriffe. (Foto: K. Staud)

Weshalb forschen Sie insbesondere in der Arktis?

Die Kohlendioxid-Anreicherung ist temperaturabhängig und besonders groß in kaltem Wasser, weil dort die Löslichkeit für Gase besonders groß ist. Man vermutet, dass aufgrund der stärkeren Versauerung die Lebensbedingungen für Kalkbildner in den Polargebieten schon ungünstig sind und noch ungünstiger werden. Dazu kommt, dass Tiere in den Polargebieten aufgrund der niedrigen Temperaturen verringerte Stoffwechselraten haben, dadurch wahrscheinlich auch eine verminderte Säure-Basen-Regulation und damit wiederum eine verringerte Fähigkeit, die Anreicherung von Kohlendioxid in den Körperflüssigkeiten zu kompensieren. Derzeit arbeiten etliche Laboratorien daran, diese Hypothese zu überprüfen.

Nun sagt Ihr Institut, die Ozeane werden nicht sterben, nur die Populationen werden sich verändern.

Wir werden andere Ozeane bekommen, die Artenzusammensetzung wird sich verschieben. Um es vereinfacht darzustellen: Kalkbildner werden im Vergleich zu Nicht-Kalkbildnern vielleicht ins Hintertreffen geraten. Seeigel werden etwa Schwierigkeiten bekommen, Algen abzugrasen und damit die Verbreitung von Algen zu kontrollieren.

Welche Auswirkungen hat das für den Menschen?

Örtlich kann es vor allem beim Zusammenwirken von Erwärmung, Kohlendioxid und Sauerstoffmangel zum Aussterben von Arten kommen, so dass auch die Fischerei die Folgen zu spüren bekommen wird. Außerdem würde auch der Tourismus betroffen sein. Denken Sie an die Korallenriffe, die derzeit unter der Erderwärmung leiden und künftig vermehrt unter Kohlendioxid leiden werden. Erhöhte Kohlendioxid-Werte verstärken die Empfindlichkeit der Korallen gegenüber der Erwärmung und begünstigen ihr Ausbleichen, d.h. die Abgabe der symbiontischen Zooxanthellen. Generell scheint Kohlendioxid die Temperaturfenster, die entscheidend für die geographische Verbreitung vieler Meerestiere sind, zu verengen. Das ist bei Seespinnen und Korallenfischen gezeigt worden, bei arktischen Muscheln und Austern deutet sich auch so etwas an. Es sieht so aus, als würde Kohlendioxid die Empfindlichkeit gegenüber extremen Temperaturen verstärken.

Ende September hat das Alfred-Wegener-Institut einen Kongress zum Thema Versauerung der Ozeane veranstaltet. Welche wesentlichen neuen Erkenntnisse hat der Kongress gebracht?

Die Einsicht hat sich verstärkt, dass die Ozeanversauerung im Zusammenwirken mit anderen Faktoren wie Erwärmung gesehen werden muss; das habe ich ja schon erläutert. Auch ist es wichtig, in physiologischen und molekularbiologischen Untersuchungen die Mechanismen zu identifizieren, die die Empfindlichkeit gegenüber Ozeanversauerung begründen.

Weiterhin gibt es für die Auswirkungen auf der Ökosystemebene noch viel Forschungsbedarf, um zu belastungsfähigen Aussagen darüber zu kommen, was sich langfristig entwickelt. In diesem Zusammenhang sind vulkanische Kohlendioxid-Quellen zu nennen wie zum Beispiel im Mittelmeer, an denen sich ablesen lässt, wie sich die Artenzusammensetzung bei Ansäuerung verändern kann - in ähnlicher Form, wie wir das in einigen Jahrzehnten auf breiter Front in den Ozeanen erwarten würden. Dort kann man zum Beispiel die Verschiebung von Kalkbildnern, die zurückgedrängt werden, hin zu Algenmatten, die überhand nehmen, deutlich beobachten.

Viele der bisherigen Untersuchungen wurden und werden aus naheliegenden Gründen auf relativ kurzen Zeitskalen durchgeführt. Wir wissen daher noch nicht, ob und wie sich bei Arten die Resistenz gegenüber diesen Faktoren über Generationen hinweg verbessern kann.

In der Diskussion ist, dass eine Versauerung um 0,2  pH-Einheiten ungefährlich für die Ozeane sein soll – wie sicher ist dieser Grenzwert?

Dieser Grenzwert ist eine Abschätzung des Wissenschaftlichen Beirats der Bundesregierung für Globale Umweltveränderungen. Für ihr Gutachten "Die Zukunft der Meere" hat der Bund 2006 diverse Expertisen in Auftrag gegeben - eine davon habe ich angefertigt -, die das Wissen der damaligen Zeit zusammengetragen haben. Und dann hat man diese Leitplanke von 0,2 pH als eine gefühlte Leitplanke festgelegt, die allerdings nicht auf harten Daten beruht: Bisher war man davon ausgegangen, dass ein atmosphärischer Kohlendioxid-Gehalt von 450 ppm eingehalten werden müsste, um Auswirkungen in Grenzen zu halten. Wenn wir dementsprechend in der Ansäuerung nicht weitergehen als um 0,2 pH-Einheiten, dann würden sich auch die Auswirkungen in den Meeren noch in Grenzen halten. Wie unscharf dieser Grenzwert aber ist, sieht man an der aktuellen Diskussion über die Auswirkungen auf Korallenriffe. Hier ist seit neuestem ein Grenzwert von 350 ppm in der Diskussion, ein Wert der achtziger Jahre vor dem Einsetzen der großflächigen Korallenbleiche – diesen Wert zu erreichen scheint angesichts der weltweit steigenden Emissionen und der heute schon vorliegenden 390 ppm fast unmöglich.

Das Sterben der Korallenriffe ist aber kein neues Phänomen.

Vor 1980 hat man die Bleiche der Korallenriffe nicht in dieser Weise gesehen, was nicht heißt, dass es sie nicht gegeben hat - aber eben höchstens vereinzelt und nicht auf breiter Front wie heute. Inzwischen können sich die Korallenriffe zwischen den Extremereignissen nicht mehr genügend erholen, um alle Flächen wiederzubesiedeln. Die Kalzifizierungsraten kommen nicht mehr mit, um die Erosionsraten auszugleichen. Es gibt heute schon Bereiche, die großflächig ausgebleicht und damit abgestorben sind.

Wie geht es mit Ihren Forschungen weiter?

Mit unseren Projekten in der Arktis und der Nordsee vergleichen wir derzeit auch Populationen derselben Art in verschiedenen Klimazonen. Die Seespinne etwa kommt um Helgoland vor und entlang der Küste bis nach Spitzbergen in die Arktis hinauf. Wir untersuchen verschiedene Lebensstadien, um zu sehen, welche die empfindlichsten sind, und versuchen, die Mechanismen zu identifizieren, die auf das Kohlendioxid reagieren. Dann schauen wir uns auf der genetischen Ebene an, was sich verändert und ob sich dabei die Resistenz gegenüber Kohlendioxid erhöht. Das wird man dann auf längere Sicht auch über Generationen hinweg machen müssen. Sie merken, unsere Forschung ist langfristig angelegt, weil es darum geht, ein komplexes Bild zu erarbeiten und zu langfristig tragenden Aussagen zu kommen.

Interview: Martin Reeh