Die Ostsee-„Todeszonen“

Die Ostsee-„Todeszonen“

In tiefen Wasserschichten kann kein höheres Leben existieren.

Die Ostsee-„Todeszonen“ 1969–2015: IOW publiziert Langzeitdaten als detailliertes Kartenmaterial

Sauerstoffminimumzonen – tiefe Wasserschichten, in denen durch bakterielle Zersetzungsprozesse so wenig O2 gelöst ist, dass dort kein höheres Leben existieren kann – sind charakteristisch für die Ostsee. Ihre Lebensfeindlichkeit wird durch ebenfalls bakteriell erzeugten giftigen Schwefelwasserstoff verstärkt, weshalb diese Zonen auch „Todeszonen“ genannt werden. Im 100. Band seiner „Meereswissenschaftlichen Berichte“ publiziert das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) nun erstmals über 250 Karten, die auf Daten aus mehr als vier Jahrzehnten basieren, um die Ausdehnung dieser Areale in ihrer räumlichen wie zeitlichen Dynamik zu visualisieren.

Natürliches Wechselspiel in der Ostsee: Todeszonen und Salzwassereinbrüche

Sauerstoffminimumzonen sind natürlicher Bestandteil der Ostsee, bedingt durch ihre Lage als fast völlig abgeschlossenes Binnenmeer und ihre spezielle Topographie: Meerengen sowie ein stark gegliederter Meeresboden mit untermeerischen Schwellen und tiefen Becken lassen nur in geringem Umfang einen Wasseraustausch mit der salzigeren Nordsee zu. Ein großes Einzugsgebiet mit vielen Zuflüssen sorgt zudem dafür, dass große Mengen Süßwassers in die Ostsee gelangen und über die dänische Beltsee in die Nordsee abfließen. Nur bei speziellen Windwetterlagen kommt es zu sogenannten Salzwassereinbrüchen, bei denen große Mengen salzreichen Nordseewassers in die Ostsee hinein strömen. Durch die unterschiedliche Dichte von Salz- und Süßwasser entsteht in weiten Bereichen eine charakteristische stabile Schichtung: Das Oberflächenwasser mit geringem Salzgehalt ist gut belüftet und sauerstoffreich, da es durch den Wind permanent durchmischt wird. Schweres, salzreiches Wasser sammelt sich am Grund der tiefen Becken und wird nicht von den Durchmischungsprozessen im Oberflächenwasser erfasst. Dort lebende Bakterien und andere Mikroorganismen zersetzen herabsinkendes organisches Material und zehren dabei vorhandenen Sauerstoff auf, so dass hier sauerstoffarme oder komplett sauerstofffreie Bedingungen entstehen. Wenn durch weitere bakterielle Prozesse auch noch Schwefelwasserstoff gebildet wird, können in diesen tiefen Wasserschichten im Wesentlichen nur spezialisierte Mikroorganismen überleben, weshalb diese Zonen auch „Todeszonen“ genannt werden.

Einzig die Salzwassereinbrüche aus der Nordsee sorgen in den Tiefen der Ostsee für Sauerstoffzufuhr, denn das einströmende Wasser ist in der Regel sauerstoffgesättigt. Durch seinen hohen Salzgehalt ist es schwer genug, um sich am Meeresgrund einzuschichten. Die tiefen Becken der zentralen Ostsee werden von den Salzwassereinbrüchen jedoch nur erreicht, wenn das Einstromvolumen so groß ist, dass die verschiedenen untermeerischen Schwellen überströmt werden können. Das eigentlich natürliche Phänomen der Sauerstoffminimumzonen wird zunehmend zum Problem, da ausreichend große Einstromereignisse seltener geworden sind: Wurden seit Beginn der Aufzeichnungen 1880 bis in die 1980er-Jahre hinein noch etwa sechs bis sieben solcher Ereignisse pro Jahrzehnt registriert, waren es in den letzten 30 Jahren nur drei, die das Tiefenwasser der zentralen Ostsee erreicht haben. Durch die größeren Pausen halten die Bedingungen akuten Sauerstoffmangels nun länger an und dehnen sich räumlich weiter aus. Eutrophierung und Klimawandel verschärfen das Problem zusätzlich, da hohe Nährstoffkonzentrationen und steigende Wassertemperaturen das Wachstum von Mikroalgen fördern und damit den Biomasseeintrag ins Tiefenwasser und die damit verbundenen sauerstoffzehrenden Prozesse ankurbeln.

Visuelle Aufarbeitung von Langzeitdaten: IOW publiziert erstmals umfangreichen Kartensatz und plant Online- Fortschreibung

Das IOW - ebenso wie sein Vorgängerinstitut – erhebt seit vielen Jahren mehrfach im Jahresverlauf an bis zu 60 verschiedenen Stationen hydrographische und physikalisch-chemische Daten in der Ostsee. Auch die kartografische Aufbereitung von Daten zu Sauerstoffminimum- und Schwefelwasserstoff belasteten Zonen für wissenschaftliche Zwecke hat eine lange Tradition: Seit 1969 werden jährlich entsprechende Karten in der institutseigenen Schriftenreihe „Meereswissenschaftliche Berichte“ publiziert. Um langfristige Veränderungen im Überblick zu verdeutlichen, sind nun erstmals alle verfügbaren Datensätze von 1969 bis 2015 als Karten aufbereitet und gesammelt im 100. Band der Schriftenreihe veröffentlicht worden. Sie erlauben eine visuelle Einschätzung von Einstromereignissen, vom Ausmaß der Sauerstoff zehrenden Prozesse und von der Entwicklung der anoxischen Gebiete sowohl in der jahreszeitlichen Dynamik als auch über längere Zeiträume. Es wurde eine Software-basierte Methode entwickelt, um für eine verbesserte Kartenerstellung Informationen aus drei Datenquellen miteinander zu verknüpfen: hochaufgelöste Daten zur Ostsee-Küstenlinie, zur Unterwassertopographie und zu den Monitoring-Messwerten. Diese Methode stellt einen transparenten und reproduzierbaren Weg dar, um die Verbreitung von hypoxischen und anoxischen Gebieten im bodennahen Wasser der Ostsee grafisch in einer sehr guten zeitlichen und räumlichen Annäherung anzuzeigen. Dadurch sind die Karten eine ideale Basis für wissenschaftliche Arbeiten, die bei ganz unterschiedlichen Fragestellungen auf eine derartige Darstellung dieser Gebiete angewiesen sind.

Der 100. Band der „Meereswissenschaftlichen Berichte“ bietet somit für jedes Jahr drei bis fünf Karten zur Ausdehnung der Sauerstoffmangel- und Schwefelwasserstoff-Zonen plus einer zusätzlichen Karte, die die Veränderungen innerhalb eines Jahres zusammenfasst. Zudem ist vorgesehen, die Kartensammlung, die bereits jetzt komplett online verfügbar ist, als Service für Wissenschaftler und andere Fachleute jährlich mit jeweils aktuellem, zitierfähigem Kartenmaterial zu ergänzen.

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