Kurz und knapp

Würde die Versauerung der Ozeane etwa bedeuten, dass man sich auflöst, wenn man im Meer schwimment geht? Nein. Da wir keine kalkbildenden Organismen sind, wie etwa eine Muschel, eine Koralle oder ein Seeigel, ist das für uns kein Problem.

Warum müssen wir die Versauerung der Meere dann überhaupt ernst nehmen? Weil sie potenziell zu einem massiven Zusammenbruch der marinen Nahrungsketten führen kann. Werfen wir einen genaueren Blick darauf, was der Begriff bedeutet.

Die pH-Skala, die den Säuregrad und die Alkalität von chemischen Lösungen auf Wasserbasis misst, reicht von 0 (stark sauer) bis 14 (stark alkalisch), wobei pH 7 der neutrale Mittelwert ist. Wichtig ist, dass die Skala logarithmisch ist, was bedeutet, dass ein Sprung um einen Punkt gegen Null eine Verzehnfachung des Säuregehalts bedeutet.

Versauerung bedeutet einfach, dass der pH-Wert von einem beliebigen Punkt auf der pH-Skala gegen Null gesenkt wird. Das ist ähnlich wie bei der Temperatur. Wenn sich der pH-Wert einer Lösung von 9 auf 8 verschiebt, handelt es sich um eine Versauerung, auch wenn der pH-Wert immer noch auf der alkalischen Seite von neutral liegt. Wenn die Temperatur von -40C auf -15C ansteigt, hat sie sich merklich erwärmt, obwohl sie immer noch verdammt kalt ist.

Typisches Meerwasser ist leicht alkalisch und hat einen pH-Wert von etwa 8,1. Regenwasser, das immer gelöstes Kohlendioxid enthält (die alte Bezeichnung dafür war "Kohlensäuregas"), hat einen saureren pH-Wert von etwa 5,6. Wer hat nicht schon einmal spektakuläre Höhlen besichtigt oder Filmaufnahmen davon gesehen! Sie alle wurden durch Kohlensäure ausgehöhlt, die über viele tausend Jahre hinweg festen Kalkstein auflöste.

Kohlensäure ist nicht nur in Regentropfen gelöst vorhanden. Sie entsteht auch durch das Lösen von Kohlendioxid an der Luft-Wasser-Grenzfläche unserer Ozeane. Je mehr Kohlendioxid in der Luft ist, desto mehr gelangt in die Ozeane, wodurch ihr pH-Wert von 8,1 nach unten gedrückt wird. Das große Problem, das sich daraus ergibt, lange bevor wir in die Nähe des neutralen Wertes kommen, ist folgendes:

Viele Meeresorganismen bauen und erhalten ihre schützenden Schalen oder Skelette aus "biogenem" Kalziumkarbonat. Das Wort "biogen" bedeutet "von Lebewesen hergestellt". Diese Lebewesen extrahieren die im Meerwasser gelösten Kalzium- und Karbonat-Ionen und verbinden sie miteinander. Unter normalen Bedingungen ist dieses Kalziumkarbonat in flachen Gewässern stabil. Das liegt daran, dass die gelösten Karbonat-Ionen in so hohen Konzentrationen vorhanden sind, dass man von einer Sättigung des Wassers spricht.

Sinkt jedoch der pH-Wert des Meerwassers auch nur geringfügig, so sinkt die Konzentration der gelösten Karbonat-Ionen. In diesem Fall wird das biogene Kalziumkarbonat löslicher und kann anfangen, sich aufzulösen. Ein Mangel an gelösten Karbonat-Ionen erschwert es diesen Organismen, ihre Schutz- oder Skelettstrukturen zu erhalten. Im schlimmsten Fall ist die Auflösungsrate von Kalziumkarbonat schneller als seine Bildung. In diesem Fall kann es zu einem Massensterben von kalkbildenden Organismen kommen.

Wir sprechen hier von Lebewesen, die die Grundlage für die gesamte marine Nahrungskette bilden. Das reicht vom nahezu mikroskopisch kleinen kalkbildenden Plankton bis hin zu Muscheln, Hummern und Krebsen - also den Meeresfrüchten, die wir essen. Deshalb ist die Versauerung der Meere eine todernste Angelegenheit.

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Weiterführende Informationen

Nicht alles CO2, das durch die industrielle Tätigkeit des Menschen ausgestoßen wird, bleibt in der Atmosphäre. Zwischen 25% und 50% dieser Emissionen, die im Verlauf der Industrialisierung entstanden sind, wurden von den Weltmeeren absorbiert, weshalb die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre nicht noch wesentlich gravierender ist. Aber dieser Nutzen für die Atmosphäre ist mit Kosten verbunden.

Wenn das Wasser der Ozeane CO₂ aufnimmt, wird es saurer. Das bedeutet nicht, dass die Ozeane so sauer werden wie die Säuren, die man in einem Chemielabor findet. Meereslebewesen können jedoch sehr empfindlich auf geringfügige Änderungen des pH-Werts reagieren, und jedes Absinken des pH-Werts bedeutet eine Zunahme des Säuregehalts, selbst in einer alkalischen Umgebung. Schlimmer noch, die pH-Skala ist logarithmisch, d. h. mit jedem einstelligen Rückgang des pH-Wertes steigt der Säuregehalt (definiert als Wasserstoffionenaktivität) um das Zehnfache.

Der pH-Wert des Oberflächenmeerwassers war in der jüngeren geologischen Vergangenheit relativ stabil und schwankte zwischen kalten Eiszeiten (pH-Wert 8,3) und wärmeren Zwischeneiszeiten (pH-Wert 8,2). Doch seit der industriellen Revolution ist der durchschnittliche pH-Wert des Meerwassers auf einen Wert von weniger als 8,06 gesunken, was einer Zunahme des Säuregehalts um etwa 30 % entspricht (Abb. 1). Dies ist eine schnellere Veränderung als jede andere in den letzten 50 Millionen Jahren (Rhein et al., 2013, verfügbar beim IPCC hier).

Abb. 1: Rückgang des pH-Werts des Ozeans, gemessen an der Aloha-Station im Pazifik vor Hawaii, und der jährliche, weltweit gemessene mittlere pH-Wert des Oberflächen-Meerwassers
Quelle: European Environment Agency (Copernicus Marine Service).

Da diese Versauerung untrennbar mit den CO₂-Emissionen verbunden ist, wird sie sich im 21. Jahrhundert bei einem Business-as-usual-Szenario voraussichtlich noch weiter beschleunigen, was katastrophale Auswirkungen auf die Meeresökosysteme haben könnte (Bindoff et al. 2019 (PDF vom IPCC)). Diese Trends sind auf globaler Ebene immer deutlicher zu erkennen.

Laut dem Sechsten Sachstandsbericht des IPCC (AR6) gibt es "seit den 1980er Jahren eine sehr wahrscheinliche Abnahme des pH-Wertes in der Oberflächenschicht der Ozeane von 0,016 bis 0,020 pro Jahrzehnt in den Subtropen und 0,002 bis 0,026 pro Jahrzehnt in den subpolaren und polaren Zonen. Die Versauerung hat sich in tiefere Schichten des Ozeans ausgebreitet und übersteigt im nördlichen Nordatlantik und im Südlichen Ozean eine Tiefe von 2000m (Abb. 2).

Abb. 2: Ausbreitung der Ozeanversauerung von der Oberfläche in die Tiefe seit Beginn der Industrialisierung. (a) Karte mit den drei Schnittlinien, die zur Erstellung der in (b) gezeigten Querschnitte verwendet wurden. Sie zeigen die Vertikalschnitte der Veränderungen des pH-Werts zwischen 1800 und 2002 aufgrund anthropogener CO₂-Emissionen; je dunkler die Farben, desto stärker die Veränderung. Die Konturlinien entsprechen den derzeitigen Werten im Jahr 2002. Die Grafik ist dem IPCC AR6 entnommen. (Lauvset et al. 2020).

Solche Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Ozeane werden, wenn man sie zulässt, für viele Tausende von Jahren unumkehrbar sein. Die biologischen Auswirkungen könnten noch viel länger andauern.

Woher wissen wir das? Durch  geologische Aufzeichnungen. Wenn es in der Vergangenheit zu Massenaussterben kam, dann meist in Verbindung mit unvorstellbar heftigen Phasen von Vulkanismus, in einem Ausmaß, das die Menschheit noch nie erlebt hat. Und was sehen wir als Folge solcher Ereignisse? Die fossilen Aufzeichnungen weisen eine geringere biologische Vielfalt auf, und es gibt so genannte "Rifflücken", Zeiträume von mehreren Millionen Jahren, in denen Korallenriffe - große, äußerst vielfältige Kolonien von Korallen und unzähligen anderen Arten - praktisch nicht vorhanden waren.

Der Grund für das Auftreten von Rifflücken in solchen Phasen ist, dass es, wenn das Oberflächenwasser saurer wird, für Korallen, Muscheln und andere kalkbildende Organismen immer schwieriger wird, die für ihr Überleben notwendigen harten Kalziumkarbonatskelette oder -schalen zu bilden und zu erhalten. Wenn es richtig schlimm wird, löst sich das Kalziumkarbonat so schnell auf, wie es sich ablagern kann - das bedeutet das Todesurteil für diese Lebewesen.

Abb. 3: Einige der Lebensformen, die durch die Versauerung des oberflächennahen Meereswassers einem tödlichen Risiko ausgesetzt sind.

Korallenriffe beherbergen mehr als 25% aller im Meer vorkommenden Arten, so dass klar wird, warum diese so wichtig sind. Einige kalkbildende Organismen, wie die winzigen Pteropoden (Abb. 3), bilden die Grundlage vieler mariner Nahrungsketten: Werden sie aus dem System entfernt, brechen diese Nahrungsketten zusammen. Viele Bevölkerungsgruppen auf der ganzen Welt, zu denen Millionen von Menschen gehören, befinden sich an der Spitze solcher Nahrungsketten und sind auf Meeresfrüchte als Teil einer gesunden Ernährung angewiesen. Jetzt sollte das Problem klar sein. Während wir in seliger Unkenntnis weiterschlafen, schleicht sich die Versauerung der Meere wie ein Dieb bei Nacht an uns heran.

Deutsche Übersetzung von Silke Schäfer, Björn Engler und Bärbel Winkler