Die Meere weltweit leiden besonders am Klimawandel, auch wenn das für uns nicht auf den ersten Blick zu sehen ist. Ozeane absorbieren einen großen Teil der globalen Erwärmung - buchstäblich: Das Wasser "schluckt" mehr von den höheren Temperaturen als Landmassen, es erwärmt sich stärker. Allerdings verteilt auf eine schier unendliche Menge Wasser.

Eine im Januar 2020 im Fachmagazin Advances in Atmospheric Sciences veröffentlichte Studie kam zu dem Ergebnis, dass die Ozeane im vorausgegangen Jahrzehnt so warm wie nie zuvor waren - mit dem Höchstpunkt im Jahr 2019: Um 0,075 Grad sei die Meerestemperatur in den obersten zwei Kilometern über dem Durchschnitt der Jahre 1981 bis 2010 gelegen, heißt es in dem Fachmagazin. Um die Größenordnung der Ozean-Erwärmung zu veranschaulichen, stellte das Forscherteam eine Rechnung auf, die für Aufsehen sorgte: Die Energiemenge sei vergleichbar mit der Energiemenge, die 3,6 Milliarden Atombombenexplosionen vom Ausmaß Hiroshimas freisetzen würden. Insgesamt enthalten die Weltmeere fast 1,4 Milliarden Kubikkilometer Wasser - es dauert etwas, bis man diese gewaltige Wassermenge erhitzt. Nur an der Oberfläche der Ozeane gemessen, ist die Temperaturerhöhung weitaus größer.

Ozeane - die Wetterküche der Welt

Die Temperatur der Ozeane ist eine gefährliche Stellschraube, denn die Weltmeere bestimmen unter anderem auch unser Wetter und Klima in hohem Maße. Wetterextreme wie Starkregen oder Wirbelstürme können durch die Erwärmung der Meere häufiger auftreten, so die Forscher der Advances in Atmospheric Science-Studie. Insbesondere der Atlantik habe sich stark erwärmt und befeuere damit Hurrikane mit Energie.

Auch die Meeresströme verändern sich durch die Erwärmung. So gelangt inzwischen nach Angaben der Umweltschutzorganisation Greenpeace ganzjährig subtropisches, warmes Wasser in die Arktis und trägt dort zur Gletscherschmelze in Grönland bei. Immer wieder taucht bei Forschern auch die Sorge auf, der Golfstrom, der das Klima Europas wesentlich bestimmt, könnte sich verändern oder gar gestoppt werden.

Immer mehr CO2 in den Meeren

Die Ozeane erwärmen sich aber nicht nur stetig, sie nehmen auch rund ein Drittel des ausgestoßenen Kohlendioxids auf, Jahr für Jahr. Nicht nur in Form von mariner Biomasse, die unter Wasser wächst, sondern auch direkt gelöst im Wasser.

Dadurch, dass die Meere einen hohen Anteil CO2 aufnehmen, haben sie bisher dem Klimawandel entgegen gewirkt. Doch weil die Konzentration an klimaschädlichen Gasen in der Luft in den letzten Jahrzehnten stetig gestiegen ist, drohen auch die Ozeane zu kippen. Die Menge an Kohlendioxid, die ins Meerwasser gerät, ist viel höher, als die Meeresökosysteme verkraften können. In vielen Regionen führt das unter anderem zu einer Versauerung der Wassers.

Phytoplankton als "Kohlenstoffpumpe"

Neben der direkten Auflösung von Kohlenstoff im Meerwasser gibt es noch einen weiteren Weg der Aufnahme: die sogenannte "Kohlenstoffpumpe". Kleinste Meereslebewesen, das Phytoplankton, nehmen im Wasser gelöstes Kohlendioxid in sich auf. Das wird - wie bei den Pflanzen an Land - in kohlenstoffreiche Biomasse umgewandelt. Wenn die Biomasse gefressen wird, wandert auch darin enthaltener Kohlenstoff über das tierische Plankton, kleine und große Fische oder auch über Wale die Nahrungskette entlang. Ein kleiner Teil der Ausscheidungen oder der toten Lebewesen sinkt auf den Meeresgrund und lagert sich dort ab. Dadurch wird der Kohlenstoff im Boden gebunden. Es kann mehrere Jahrtausende oder länger dauern, bevor er wieder ins Wasser gerät.

Fischerei erhöht den Ausstoß an Treibhausgasen

Dieser Mechanismus der CO2-Aufnahme wird empfindlich durch die Fischerei gestört, besonders durch die Grundschleppnetzfischerei, mit der Schollen oder Garnelen gefischt werden. Die zum Teil mit Brettern und Gewichten beschwerten Netze wühlen den Meeresgrund auf und setzen damit auch den Kohlenstoff frei, der vorher im Boden gebunden war. Einer Studie im Wissenschaftsmagazin Nature zufolge werden die aufgewirbelten Erdpartikel von Mikroben zersetzt, unter anderem zu Kohlenstoff, dadurch gerät das Gas wieder ins Wasser zurück, was den CO2-Anteil in den ohnehin schon belasteten Ozeanen noch mehr in die Höhe schraubt.

Sinkender pH-Wert: Wenn Ozeane versauern

Schneckenhäuser aus Kalk lösen sich in saurem Wasser auf.

Die Versauerung der Meere durch die Treibhausgasemission hat weitreichende Folgen für ein komplexes Ökosystem. Denn alle Meeresbewohner, die eine Kalkschale bilden, etwa Muscheln, Seesterne, Korallen, Krebse und Seeigel, haben ein Problem: Wenn Kohlendioxid vom Meer aufgenommen wird, reagiert es mit Wasser und wird zu Kohlensäure. Das lässt den pH-Wert des Wassers sinken. Dadurch wird es saurer und greift zum Beispiel die kalkige Schutzhülle von Muscheln an. Damit fallen die Meeresbewohner nicht nur als Schadstofffilter, sondern auch als Futter für andere Lebewesen aus.

Säure-Wert sinkt seit Beginn des Industriezeitalters

Dass der Mensch für die Versauerung der Meere verantwortlich ist, zeigt die Untersuchung eines Bohrkerns aus einem Korallenriff im südlichen Pazifik. Wissenschaftler des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung haben diesen auf chemische Elemente wie Bor und Sauerstoff untersucht. An der Verteilung der Isotope lässt sich der Säure-Wert und die Temperatur des Wassers in der Vergangenheit ablesen. Die Meereswissenschaftler konnten nachweisen, dass unter dem Einfluss der Industrialisierung Ende des 19. Jahrhunderts der pH-Wert deutlich zu sinken begann. Ihre Studie erschien im Juni 2018 in der Zeitschrift Nature Communications.

Auch Sauerstoffwerte sinken

Die starke Erwärmung der Oberflächenschichten führt dazu, dass immer mehr "Todeszonen" mit Sauerstoffmangel in den Ozeanen entstehen, da sich die Wasserschichten nicht mehr vermengen. Solch sauerstoffarme Zonen haben nach Angaben des Weltklimarates vom Herbst 2019 seit den 1970er-Jahren um bis zu acht Prozent zugenommen.

Miesmuscheln verlieren den Halt

Wenn die Meere saurer werden, kämpfen Miesmuscheln mit einem speziellen Problem: Sinkt der pH-Wert des Wassers unter 7,6 - also in Richtung sauer - schwächt dies die klebrigen Haltefäden der Meeresmuscheln. Die ansonsten stabilen Fäden härten im sauren Wasser nicht mehr richtig aus. Als Folge reißen sie und die Muscheln verlieren bei turbulenten Gezeiten ihren Halt auf dem Untergrund. So werden sie leichte Beute für Seesterne, Krabben oder Fische.

Miesmuscheln behaupten sich auch in saurer werdendem Wasser.

Allerdings können sich Miesmuscheln auch in saurer werdendem Meer behaupten: Ein dreijähriges Projekt der Meeresbiologen um Jörn Thomsen vom Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel konnte nachweisen, dass Gemeine Miesmuscheln (Mytilus edulis) über drei Generationen sowie in zwei Lebensräumen die lebensnotwendigen Kalkschalen ausbilden. Einmal in der Kieler Förde in der Ostsee mit zeitweise hohen CO2-Konzentrationen sowie vor Sylt in der Nordsee mit stabileren Verhältnissen.

Die Untersuchungen liefen zwischen 2012 und 2014. Die Ergebnisse wurden im April 2017 im Fachjournal "Science Advances" publiziert. "Auf lange Sicht kann man sagen, dass sie sich offensichtlich den Bedingungen anpassen. Die Kieler (Muscheln) waren relativ tough", so Thomsen. Offensichtlich entwickelten die Kieler Muscheln Mechanismen, um die Schalenbildung zu sichern. Welche genau, ist noch unklar.

Vielfältige Gefahr - Schutz durch Vielfalt

Nicht alle Meereslebewesen sind von der Versauerung im gleichen Maße betroffen. Forscher des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Bremerhaven konnten im August 2013 zeigen, dass vor allem Korallen, Weichtiere, Seeigel und Seesterne leiden. Fische dagegen können sinkende pH-Werte in ihrem Blut wieder ausgleichen. Korallen sind besonders empfindlich und bilden bei saurem Wasser ihr Kalkskelett nicht richtig aus. Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung sagte im September 2012 voraus, dass über zwei Drittel der tropischen Korallenriffe im Jahr 2030 zerstört sein könnten. Der Grund: die Versauerung und zu warmes Meerwasser. Ein Temperaturanstieg von zwei Grad kann für Korallen tödlich sein, weil sie dann Einzeller, mit denen sie in Symbiose leben, abstoßen und letztlich verhungern.

Weniger Plankton, weniger Nahrung für die Meerestiere

Wenn die Meere weiter versauern, ist auch das pflanzliche Plankton gefährdet. Wissenschaftler haben beobachtet, dass die winzigen Algen umso weniger Eisen aufnehmen können, je niedriger der pH-Wert des Wassers ist. Den Mineralstoff brauchen sie jedoch für ein gesundes Wachstum. Viele Arten von Phytoplankton bilden außerdem Kalkskelette aus und sind damit doppelt betroffen.

Versauerung läßt Kalk schwinden

Diese Art von Kalkalgen untersuchten Forscher auf der ganzen Welt und konnten so die Kalkbildung in den vergangenen 40.000 Jahren dokumentieren. Das Ergebnis der Studie vom Sommer 2011, an der auch das Bremerhavener Alfred-Wegener-Institut beteiligt war, zeigt, dass mit zunehmender Versauerung der Meere eine Verschiebung hin zu Arten mit schwächeren Schalen zu erkennen ist.

Früher waren die Schalen der Kalkalgen dicker (links). Heute werden sie immer dünner.

Nur in einer stark versauerten Meeresregion von Chile beobachteten sie das Gegenteil: Hier gibt es Kalkalgen mit extrem starken Schalen - wahrscheinlich eine Anpassung an die veränderten Meeresbedigungen. Doch das scheint eine Ausnahme zu sein. Wenn erstmal das Plankton Schaden nimmt, das die winzigen Krillkrebse zum Überleben brauchen, die wiederum die Nahrungsgrundlage für Wale und Fische bilden, dann könnte die Unterwasserwelt bald ziemlich leer und verwaist sein.

Schon eine Erwärmung der Ozeane um zwei Grad könnte zur Folge haben, das fast alle Warmwasser-Korallen verschwinden, mahnte der Weltklimarat in seinem Sonderbericht 2019.

Trotzdem profitieren einige Arten

Die Seepocke gedeiht im sauren Wasser - sie kann sich dort besser vermehren.

Es gibt nur wenige Meeresbewohner, denen die zunehmende Kohlensäure im Wasser nichts ausmacht: Die Seepocke profitiert sogar davon, sie vermehrt sich bei sinkendem pH-Wert. Und auch für so manche Muschel hat das saure Wasser einen Vorteil. Ist zu viel Kohlensäure im Wasser, wandern die Krebse ab, die sich normalerweise am Innenleben der Muscheln laben würden. Damit hat die Muschel ein Problem weniger: Wenn ihr Hauptfeind verschwindet, steigt die Chance, dass sie sich an die veränderten Lebensbedingungen anpassen kann.

Fische flüchten in kältere Regionen

Viele Fischarten wie etwa der Kabeljau wandern in kältere Gefilde ab, weil sie mit den wärmeren Temperaturen nicht zurecht kommen und ihnen weniger Sauerstoff zur Verfügung steht. Dies ist ein weltweites Phänomen: Der Sauerstoffgehalt in den Weltmeeren hat seit 1960 im Schnitt um mehr als zwei Prozent abgenommen, so das Ergebnis einer Studie des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung aus dem Jahr 2017. Doch nicht alle Meeresbewohner können abwandern, warnt Professor Wolfgang Kießling vom Museum für Naturkunde in Berlin. Ein Ausweichen in kühlere Meerestiefen sei für die meisten Meeresbewohner keine Option. In tieferen Bereichen fehlten Sonnenlicht und pflanzliche Nahrung. Ohne Anpassung könne es deshalb zu einem erhöhten Artensterben in den Meeren kommen.

Lebensräume um zehn Breitengrade verschoben

Anfang September 2016 stellten rund 80 Forscher aus zwölf Ländern ihre bisherigen Erkenntnisse auf dem Kongress der Weltnaturschutzunion (IUCN) vor. Im Zuge der Ozeanerwärmung haben sich die marinen Lebensräume von den Polen bis zu den Tropen bereits verändert. Plankton, Quallen, Schildkröten und Seevögel seien schon zehn Breitengrade in Richtung der kühleren Pole gewandert. In tropischen Regionen sei ein Rückgang der Fischbestände zu erwarten. Bleibe der Ausstoß von Treibhausgasen unverändert, könnten die Fangerträge in Südostasien bis 2050 um 10 bis 30 Prozent unter dem Mittel von 1970 bis 2000 liegen. Laut der Forscher gibt es Anzeichen, dass im wärmeren Wasser mehr Pflanzen und Tiere erkranken. Auch für den Menschen gefährliche Erreger könnten sich dadurch schneller ausbreiten.

Clownfische finden keine Heimat

Bald heimatlos: der Clownfisch

Manche Tierarten kommen bereits jetzt völlig durcheinander: Clownfisch-Larven verlieren zum Beispiel ihren Geruchssinn, den brauchen sie aber dringend, um ihre Heimat zu finden. Andere Arten denken aufgrund der höheren Temperatur, es wäre schon Zeit zur Eiablage. Ein Trugschluss, denn entweder ist noch nicht genügend Nahrung vorhanden oder es tummeln sich noch zu viele Fressfeinde in der Nähe.

Steigende Wassertemperaturen haben noch einen weiteren Effekt: Das Wasser dehnt sich aus. Der drohende Anstieg der Meerespegel durch das Abschmelzen der Polkappen und Grönlandgletscher wird so noch verstärkt.