Deoxygenierung von Gewässern bedroht die planetaren Grenzen

Die Vorräte an gelöstem Sauerstoff in Gewässern weltweit nehmen rasant ab. Forschende warnen, dass dies zu den grössten Gefahren für das lebenserhaltende System der Erde zählt.

So wie Sauerstoff in der Atmosphäre für Tiere wie uns unverzichtbar ist, benötigen gesunde Ökosysteme in Süss- und Meerwasser gelösten Sauerstoff (DO). Milliarden Menschen sind für Nahrung und Einkommen auf Lebensräume in Meeren und Binnengewässern angewiesen – umso beunruhigender ist, dass deren Sauerstoffgehalt deutlich und schnell sinkt.

Gewässer-Deoxygenierung als planetare Grenze

Ein Forschungsteam schlägt vor, die Deoxygenierung von Gewässern in die Liste der „planetaren Grenzen“ aufzunehmen. Dieses Konzept umfasst in seiner jüngsten Fassung neun Bereiche mit Schwellenwerten „innerhalb derer sich die Menschheit über kommende Generationen hinweg weiterentwickeln und gedeihen kann.“

Zu den bisherigen planetaren Grenzen gehören Klimawandel, Versauerung der Ozeane, Abbau der stratosphärischen Ozonschicht, Eingriffe in die globalen Phosphor- und Stickstoffkreisläufe, Geschwindigkeit des Biodiversitätsverlusts, globale Süsswassernutzung, Veränderungen der Landnutzung, Aerosolbelastung und chemische Verschmutzung.

Das Team um den US-amerikanischen Süsswasserökologen Kevin Rose vom Rensselaer Polytechnic Institute befürchtet, dass in dieser Aufstellung eine der wichtigsten Belastungsgrenzen der Erde fehlt.

„Die beobachtete Deoxygenierung der Süsswasser- und Meeresökosysteme der Erde stellt einen zusätzlichen Prozess an einer planetaren Grenze dar“, schreiben die Autorinnen und Autoren, „der für die Unversehrtheit der ökologischen und sozialen Systeme der Erde entscheidend ist und zugleich fortlaufende Veränderungen anderer Prozesse an planetaren Grenzen reguliert sowie auf sie reagiert.

„Relevante, kritische Sauerstoffschwellen werden in einem Tempo erreicht, das mit jenem anderer Prozesse an planetaren Grenzen vergleichbar ist.“

Warum der Gehalt an gelöstem Sauerstoff sinkt

Die Konzentration von gelöstem Sauerstoff im Wasser kann aus mehreren Gründen zurückgehen. Wärmeres Wasser kann beispielsweise weniger davon speichern. Da Treibhausgasemissionen die Luft- und Wassertemperaturen weiterhin über ihre langfristigen Durchschnittswerte treiben, verlieren Oberflächengewässer zunehmend die Fähigkeit, dieses lebenswichtige Element zu halten.

Auch Wasserlebewesen können gelösten Sauerstoff schneller verbrauchen, als die Produzenten des jeweiligen Ökosystems ihn nachliefern. Algenblüten und starke Bakterienvermehrungen, ausgelöst durch eingetragene organische Stoffe und Nährstoffe aus landwirtschaftlichen und häuslichen Düngemitteln, Abwässern sowie Industrieabfällen, zehren den verfügbaren gelösten Sauerstoff rasch auf.

Im schlimmsten Fall wird Sauerstoff so knapp, dass Mikroben ersticken und sterben – häufig zusammen mit grösseren Arten. Mikroben, die keinen Sauerstoff benötigen, nutzen anschliessend das reichlich vorhandene tote organische Material als Nahrung. Ihre Dichte steigt dadurch so stark, dass sie Licht verringern und die Photosynthese begrenzen. So gerät das gesamte Gewässer in einen sich selbst verstärkenden, erstickenden Kreislauf namens Eutrophierung.

Schichtung verschärft die Sauerstoffarmut

Die Deoxygenierung von Gewässern wird ausserdem durch zunehmende Dichteunterschiede zwischen den Schichten der Wassersäule angetrieben. Ursache dafür ist, dass sich Oberflächenwasser schneller erwärmt als tieferes Wasser und schmelzendes Eis den Salzgehalt an der Meeresoberfläche senkt.

Je klarer diese Schichten voneinander abgegrenzt sind, desto weniger Austausch findet innerhalb der Wassersäule statt – obwohl die vertikale Gliederung des Lebens unter Wasser darauf angewiesen ist. Solche Dichteunterschiede treiben den Transport sauerstoffreichen Oberflächenwassers in die Tiefe an. Fehlt dieser temperaturbedingte Nachschub, kommt die Belüftung in den unteren Bereichen aquatischer Lebensräume zum Stillstand.

Dies alles hat Wasserökosysteme erheblich geschädigt, von denen unsere eigene Art für Nahrung, Wasser, Einkommen und Wohlbefinden abhängig ist.

Die Verfassenden der Studie fordern deshalb gemeinsame weltweite Anstrengungen, um die Deoxygenierung der „blauen“ Teile unseres Planeten zu überwachen und zu erforschen. Zugleich seien politische Massnahmen nötig, um eine schnelle Deoxygenierung und die damit verbundenen Probleme zu verhindern, mit denen wir bereits konfrontiert werden.

„Eine Verringerung der Treibhausgasemissionen, des Nährstoffeintrags und der Einträge von organischem Kohlenstoff – etwa durch unbehandeltes Abwasser – würde die Deoxygenierung verlangsamen oder möglicherweise umkehren“, schreiben sie.

„Die Erweiterung des Rahmens der planetaren Grenzen um die Deoxygenierung als Grenze [wird dazu beitragen], diese Bemühungen zu bündeln.“

Die Arbeit erschien als Perspektivbeitrag in Nature Ecology & Evolution.