CO2-Emissionen gelten als wesentlicher Faktor beim menschengemachten Klimawandel. Aber die Unmengen an Gas, die wir in die Atmosphäre pumpen, führen noch zu einem ganz anderen Problem. CO2 gelangt auch ins Meer und reagiert dort zu Kohlensäure. Die Folge: Das Wasser wird sauer. Diese Reaktion führt zu einer ganzen Reihe von Problemen, die nur noch entfernt etwas mit dem Klimawandel zu tun haben.


Foto: Coral Reef at Palmyra Atoll National Wildlife Refuge, U.S. Fish and Wildlife Service Headquarters, Flickr, CC BY-SA 2.0

Die Ozeane sind Kohlenstoffspeicher

Das Maß dafür, wie sauer oder alkalisch eine wässrige Lösung ist, ist der pH-Wert. Maximal sauer ist eine Lösung mit einem pH-Wert von 0, maximal alkalisch mit 14. Reines Wasser kommt auf einen pH-Wert von 7, und die Ozeane hatten vor Beginn der Industrialisierung einen pH-Wert von 8,2. Heute sind es noch 8,1, und vor der Küste von Oregon wurden 2007 sogar 7,75 erreicht.

Die Frage, welche Auswirkungen CO2 in den Meeren haben könnte, kam erst auf, als man überlegte, CO2 unter Wasser zu verkappen. Heute jedoch ist die Ozeanversauerung eines der am schnellsten wachsenden Forschungsfelder in der Geologie. Der Meeresbiologe Ulf Riebesell vom Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel sowie Hans-Otto Pörtner vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven haben dazu seit 2009 den Forschungsverbund „Bioacid“ koordiniert. Dieser läuft diesen Monat aus und hat kürzlich seine Ergebnisse vorgestellt.


Die Ozeane der Erde sind von Natur aus riesige Kohlenstoffspeicher. Sie enthalten etwa 50 Mal mehr davon als die Atmosphäre. Die Kohlenstoffspeicherkapazitäten der Meere sind einer der Gründe, warum die Erwärmung des Weltklimas nicht noch gravierender ist als es sowieso schon der Fall ist. Aktuell liegt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre bei etwa 400 ppm (parts per Million). Forscher haben errechnet, dass der Wert ohne die Weltmeere bei etwa 455 ppm läge. Die Ozeane haben etwa 30 Prozent des bisher von der Menschheit emittierten CO2 aufgenommen.

Übersäuerung stört den Kalk-Kreislauf

Ozeane sind von Natur aus leicht alkalisch. Das liegt vor allem an im Seewasser gelösten Salzen der Kohlensäure – so genannten Carbonaten. Wenn CO2 ins Meerwasser gelangt, bildet das Gas im Wasser Kohlensäure. Diese spaltet Protonen ab, die das Meerwasser sauer machen würden, wenn sie nicht von den Carbonaten größtenteils abgefangen werden würden. In der Sprache der Chemiker bezeichnet man Meerwasser als Pufferlösung. Aus diesem Grund führt die Aufnahme von CO2 nicht automatisch zu einer Übersäuerung der Meere.

Die alkalische Umgebung ist für viele Meeresbewohner ein Segen. So können sie aus dem Carbonat und dem im Wasser enthaltenen Calcium etwa Schalen aus Kalk. Dies können sie aber nicht, wenn zu viele Carbonate von den Protonen der Kohlensäure „weggefangen“ werden. Das Wasser wird so sozusagen zu wenig alkalisch, um für seine Bewohner noch gesund zu sein.

Die Untersuchung der Versauerung der Weltmeere ist ein komplexes Forschungsgebiet. Das liegt vor allem daran, dass das Einbringen großer Mengen CO2 ins Wasser nur einer von mehreren Faktoren ist, mit denen wir Menschen die Meere unter Stress setzen. Zwei weitere dieser Faktoren haben aber direkt mit dem CO2-Pegel zu tun: Zum einen führt die Erderwärmung zu einem mangelhaften Austausch zwischen Oberflächenwasser und tiefer gelegenen Schichten, was einen Sauerstoffmangel zur Folge hat. Zum anderen wird im Zuge der Erderwärmung auch das Wasser in den Meeren selber wärmer, was beispielsweise von Korallen ganz schlecht vertragen wird. Korallenriffe sind auch auf die Bildung von Kalk angewiesen und somit gleich doppelt betroffen.

Hohe CO2-Werte gefährden Meeresbewohner

Da kaltes Meerwasser schneller als warmes versauert, sind besonders die Bewohner der Polarmeere gefährdet. Sollten wir die CO2-Emissionen nicht massiv reduzieren, droht dort bereits Ende des Jahrhunderts die Verhinderung der Kalksättigung. Dann werden die Protonen aus der Kohlensäure-Reaktion im Wasser derart zunehmen, dass sie den existierenden Kalkschalen das Carbonat entziehen, was zur Auflösung führt. Aber auch in wärmeren Meeresgebieten wird der CO2-Ausstoß Ende des Jahrhunderts zu Problemen führen. So konnten Forscher des Bioacid-Verbunds etwa beweisen, dass Korallen in Meereswasser mit vorindustriellem pH-Wert deutlich schneller wachsen als heute im saureren Wasser. Aber auch Mollusken und Krebstiere kommen mit dem niedrigen pH-Wert nur schlecht zurecht. Ein Rückgang dieser Tiere würde sich auf das gesamte Ökosystem im Meer auswirken, da sie eine Nahrungsquelle für Fische und andere Meeresbewohner sind.

Ein pH-Wert rund um 7,7, wie er für 2100 erwartet wird, ist nicht per se lebensfeindlich. Im Zeitalter der Dinosaurier etwa lag der pH-Wert im Meer zwischen 7,4 und 7,8, und dennoch florierten kalkbasierte Lebensformen im Meer. Das lag daran, dass eine langanhaltende Wärmephase für eine erhöhte Gesteinsverwitterung und viele Carbonate im Wasser sorgte. Diese Anpassung dürfte aber zwischen 10.000 und 40.000 Jahre gedauert haben. Wenn sich die CO2-Werte über kurze Zeit stark erhöhen, wird es gefährlich. Auch das gab es bereits: Vor 201 Millionen Jahren führte eine Reihe von Vulkaneruptionen zu CO2-Werten von mehr als 5000 ppm in der Atmosphäre, was das drittschlimmste Massensterben der Erdgeschichte auslöste.

Die Auswirkungen sind schwer absehbar

Wie genau sich die anthropogenen Änderungen des Erdsystems auf die Meere auswirken werden, lässt sich nur schwer voraussagen, da es in der Erdgeschichte an einem vergleichbaren Szenario fehlt. Die Ozeane sind der zusätzlichen CO2-Belastung relativ schutzlos ausgeliefert, was die Hoffnung auf Anpassung erheblich trübt.

Die Hoffnung der Meeresbiologen ruht nun auf der Klimapolitik: „Etwa die Hälfte der tropischen Korallenriffe kann erhalten werden, wenn die Kohlendioxid-Emissionen so begrenzt werden, dass die globalen Temperaturen um nicht mehr als 1,2 Grad Celsius ansteigen“, so heißt es im Bericht des Bioacid-Verbundes. Allerdings hat die Menschheit momentan Schwierigkeiten dabei, die Erwärmung auf 2 Grad zu beschränken.

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