Aquatische Deoxygenierung gefährdet das Lebenserhaltungssystem der Erde

Die Vorräte an gelöstem Sauerstoff in Gewässern rund um den Globus schwinden rasch. Forschende betrachten dies als eines der gravierendsten Risiken für das lebenserhaltende System der Erde.

Atmosphärischer Sauerstoff ist für Tiere wie uns unverzichtbar; ebenso brauchen gesunde aquatische Ökosysteme – sowohl Süßwasser- als auch Meereslebensräume – gelösten Sauerstoff (DO). Milliarden Menschen sind für Nahrung und Einkommen auf marine und limnische Lebensräume angewiesen. Umso besorgniserregender ist, dass deren Sauerstoffgehalt deutlich und schnell zurückgeht.

Aquatische Deoxygenierung als planetare Grenze

Ein Forschungsteam schlägt vor, die aquatische Deoxygenierung 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 planetaren Grenzen zählen bislang Klimawandel, Ozeanversauerung, Abbau der stratosphärischen Ozonschicht, Eingriffe in die globalen Phosphor- und Stickstoffkreisläufe, die Geschwindigkeit des Biodiversitätsverlusts, die globale Süßwassernutzung, Veränderungen der Landnutzungssysteme, Aerosolbelastung und chemische Verschmutzung.

Das von dem Süßwasserökologen Kevin Rose vom Rensselaer Polytechnic Institute in den USA geleitete Team befürchtet, dass diese Aufstellung eine der wichtigsten Grenzen der Erde außer Acht lässt.

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

„Relevante, kritische Sauerstoffschwellen werden mit Geschwindigkeiten erreicht, die mit jenen anderer Prozesse planetarer Grenzen vergleichbar sind.“

Warum der Sauerstoffgehalt in Gewässern sinkt

Die Konzentration des im Wasser gelösten Sauerstoffs nimmt aus mehreren Gründen ab. Wärmeres Wasser kann beispielsweise weniger gelösten Sauerstoff speichern. Da Treibhausgasemissionen die Luft- und Wassertemperaturen weiterhin über ihre langfristigen Mittelwerte anheben, können Oberflächengewässer dieses lebenswichtige Element immer schlechter halten.

Zudem kann Wasserlebewesen den gelösten Sauerstoff schneller verbrauchen, als die Produzenten eines Ökosystems ihn nachliefern. Algenblüten und starke Bakterienvermehrungen, ausgelöst durch den Eintrag organischer Stoffe und Nährstoffe aus landwirtschaftlichen und häuslichen Düngemitteln, Abwässern sowie Industrieabfällen, verbrauchen den verfügbaren gelösten Sauerstoff rasch.

Im schlimmsten Fall fällt der Sauerstoffgehalt so stark, dass Mikroben ersticken und absterben; häufig reißen sie größere Arten mit in den Tod. Mikrobenpopulationen, die keinen Sauerstoff benötigen, ernähren sich anschließend von dem reichlich vorhandenen abgestorbenen organischen Material. Sie vermehren sich so stark, dass sie das Licht verringern und die Photosynthese begrenzen. Dadurch gerät das gesamte Gewässer in einen sich selbst verstärkenden, erstickenden Kreislauf, der Eutrophierung genannt wird.

Schichtung verschärft die Deoxygenierung

Die aquatische Deoxygenierung 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 des Oberflächenwassers in den Ozeanen senkt.

Je klarer diese Schichten voneinander getrennt sind, desto weniger Austausch findet zwischen ihnen statt – obwohl die vertikalen Schichten des Unterwasserlebens darauf angewiesen sind. Diese Dichteschwankungen treiben den Transport sauerstoffreichen Oberflächenwassers in die Tiefe an. Ohne diese temperaturgetriebene Fracht kommt die Belüftung der unteren Bereiche aquatischer Lebensräume zum Erliegen.

All dies hat aquatische Ökosysteme massiv beeinträchtigt, von denen unsere eigene Art für Nahrung, Wasser, Einkommen und Wohlergehen abhängig ist.

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

„Eine Verringerung der Treibhausgasemissionen, des Nährstoffabflusses und der Einträge organischen Kohlenstoffs – beispielsweise unbehandelter Abwässer – würde die Deoxygenierung verlangsamen oder möglicherweise umkehren“, schreiben sie.

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

Die Studie erschien als Perspektivbeitrag in Nature Ecology & Evolution.