Inwieweit gefährdet die Eutrophierung
das Binnenmeer Ostsee?

Am 10.12.2020 hat mein Geographie/Biologie-Profil im Fach Biologie den Auftrag bekommen, zu einem Ökosystem der eigenen Wahl selbstständig ein Portfolio, in dem eine, in einer Forscherfrage ausgedrückte Problemstellung beantwortet wird, zu erstellen.

Wahl des Ökosystems
Ich kam zunächst mithilfe des Internets zu der wichtigen Erkenntnis, dass sich Ökosysteme in zwei Kategorien einteilen lassen:

Terrestrische Ökosysteme 
Zu den terrestrischen (lat. terra = Erde) Ökosystemen zählen sämtliche, die sich auf dem Land befinden und nicht primär aus Wasser bestehen. Dazu zählen die Ökosysteme Wald (in den Formen Laubwald, Mischwald, Nadelwald, Regenwald und weitere) und Wüste (Halbwüste, Wüste, Salzwüste, Steppe). Ein Beispiel für ein terrestrisches Ökosystem ist auf Bild 1 zu sehen.

Aquatische Ökosysteme
Die aquatischen (lat. aqua = Wasser) Ökosysteme können differenziert werden zwischen limnischen- und marinen Ökosystemen. Zu den limnischen gehören Süßwasserseen, Flüsse und Bäche, zu den marinen alle Ozeane und salzhaltigen Meere. Das Wesentliche Unterscheidungsmerkmal liegt hier in der Salinität der Gewässer. Ein Beispiel für ein aquatisches Ökosystem ist auf Bild 2 zu sehen.

Für mich stand gleich nach Erlangen dieser Erkenntnis fest, dass ich ein aquatisches Ökosystem behandeln möchte. Gründe hierfür sind, dass ich die dort vorhandenen anthropogenen Effekten und Tier- und Pflanzenwelt interessanter finde. Ebenfalls war unter anderem die Tatsache - die ich im Geographieunterricht lernte - , dass Wasser Ursprungs allen Lebens ist, sehr anziehend.
Jedoch musste ich mich unter den aquatischen Ökosystemen für ein bestimmtes Ökosystem entscheiden. Meine Wahl fiel auf die nahe Ostsee (als Binnenmeer), da ich des Öfteren dort zur Urlaub war und ich – wie ich zu dem Zeitpunkt annahm – relativ viel Vorwissen besaß.

Nun, wo mein Ökosystem feststand, musste ich eine Forscherfrage, die eine Problemstellung enthält, finden.

Die Forscherfrage
Zunächst betrachtete ich näher den Begriff des Ökosystems. Hierfür schlug ich den Begriff im Glossar meines Biologiebuches nach und fand folgende Definition:

Ich nutze zusätzlich mein im Unterricht erworbenes Hintergrundwissen, weitere Buchseiten und das Internet, sodass ich ebenfalls drei wesentliche Eigenschaften festhalten konnte:

Ökosysteme sind offen
Ökosysteme gehen nahtlos in andere Ökosysteme über.
Lebewesen können zwischen den Ökosystemen wechseln und interagieren.
Es besteht ein Energiefluss zwischen den Ökosystemen.

Ökosysteme sind dynamisch
Ökosysteme können sich durch Einflüsse von Innen und Außen verändern.

Ökosysteme sind komplex
Biotische und abiotische Faktoren stehen in permanenter Wechselwirkung zueinander und sorgen für ein komplexes Geflecht zwischen Lebewesen und Umwelt.

Ich interessierte mich am meisten an der „Dynamik“ in Ökosystemen, weshalb ich meinen Schwerpunkt hierauf setzten wollte. Recht schnell war ich mir sicher anthropogene Einflüsse behandeln zu wollen, da diese zum einen meistens gut erforscht sind und somit viel Material vorliegt und zum anderen diese Themen maßgebend für die Zukunft sind.
Bei den anthropogenen Einflüssen liegen selbstverständlich Probleme und Gefahren sehr nah. Also wollte ich Gefahren eines anthropogenen Handelns bearbeiten. Nun stellte sich die Frage, welches Problem dies sein würde. Um mir einen Überblick zu verschaffen, listete ich alle mir einfallenden anthropogenen Einflüsse auf die Ostsee auf:
Erste Gedanken: Belastungsfaktoren der OstseeDie Auswahl war so groß, dass ich anfing mich im Web etwas näher umzuschauen. Schon nach einer kurzen Recherche stolperte ich schließlich über diverse Pressemeldungen, die Wörter wie „Killeralge“, „Seesterntod“ oder „Algenpest“ enthielten oder den Tod der Ostsee prognostizierten


Alle hatten einen gemeinsamen Nenner: die Eutrophierung. Das Zitat „Die Gefahr, die von Eutrophierung ausgeht, wurde bis vor kurzer Zeit völlig unterschätzt“ (UNEP/GPA, 2006) schnürte dann schlussendlich meine Entscheidung.
Auch, wenn der Begriff nicht ganz neu war, da er sowohl im Biologie, als auch im Geographie-Unterricht angeschnitten wurde, hatte ich es nicht beim ersten Brainstorming in Betracht gezogen. Ich schrieb mehrere Fragen auf, auf denen ich versuchte, das Thema der Eutrophierung in eine Forscherfrage mit Problemstellung umzuformulieren. Die fehlerhaften ermittelte ich und strich sie raus. 

- Sind Pressemeldungen wie "Killeralgen" auf menschliche Eingriffe zurückzuführen?
- Ist die Ostsee ein totes Meer?
- Was hat mein Pausensnack mit Algenblüten in der Ostsee zu tun?
- Inwieweit gefährdet die Eutrophierung das Binnenmeer Ostsee?
- Ist Stickstoff der Lebensspender oder der Problemstoff der Ostsee?

Ich entschied mich für folgende Frage: Inwieweit gefährdet die Eutrophierung das Binnenmeer Ostsee?

Nun überdachte ich mein Vorgehen und beschloss , großflächig alle brauchbar scheinenden Informationen zu sammeln und themenweise anzuordnen. Diese Themenbereiche unterteile ich in Ostsee, Eutrophierung allgemein sowie Eutrophierung in der Ostsee und Eutrophierung im Odermündungsgebiert.

Quellen, die zur Erstellung dieses Abschnitts genutzt wurden:
- Site 123 Bilderbibliothek
- Philipp, Eckhard; Starke, Antje; Verbeek, Bernhard; Wellinghorst, Rolf: Grüne Reihe, Ökologie [Materialien SII]. Schroedel 2006
- http://www.lung.mv-regierung.de/dateien/lls_vortrag_11_11_23_nausch.pdf; 30.01.2021

Inwieweit gefährdet die Eutrophierung das Binnenmeer Ostsee?

(Achtung: Die konkreten Auswirkungen der Eutrophierung auf die Tier- und Pflanzenwelt sind zwar stark erforscht, jedoch immer noch ein unsicheres Themengebiet. Die Ostsee hat zahlreiche Belastungsfaktoren (Fischerei, Tourismus…), weshalb genannte Folgen nicht immer vollständig auf die Eutrophierung zurückzuführen sind.)

Das noch sehr junge, marine Ökosystem der Ostsee, das sich im Gradnetz von 10°O bis 30°O und 54°N bis 66°N erstreckt und eine Fläche von 412.560 km² besitzt, hat es seit seiner Geburt als Eisstausee mit ungünstigen natürlichen topographischen und hydrographischen Bedingungen zu tun. Der ständig schwankende Salz- und Sauerstoffgehaltgehalt und die extremen Temperaturschwankungen der Klimazone stellen enorme Anforderungen an die in ihr lebenden Organismen. Die kurze Evolutionsgeschichte hat dabei nur wenige Arten hervorgebracht, die diesen „natürlichen Stress“ der permanenten Anpassung an unterschiedliche abiotische Bedingungen tolerieren – dadurch ist und war die Ostsee immer trotz der Vielfalt an Lebensräumen durch eine relativ geringe Artendiversität gekennzeichnet. Die geringe Diversität wird jedoch durch eine Zunahme der Individuenzahlen ausgeglichen. So kommt es im Verlauf eines Jahres saisonal zu verschiedenen natürlichen Massenentwicklungen wie z.B. der Cyanobakterien (Blaualgen). Dabei sind Licht und Temperatur sowie Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphat die Komponenten, die das Ausmaß dieser Massenvermehrungen bestimmen und limitieren.

Diese Nährstoffe sind stets in verschiedenen Formen vorhanden. In der Ökologie gilt das Gesetz von der Erhaltung der Masse. Wenn Stoffe verbraucht werden, lösen sie sich nicht in Nichts auf. Sie unterliegen Stoffkreisläufen. Die Ostsee verfügt sowohl über einen Stickstoff-, als auch einen Phosphorkreislauf.

Beim Phosphorkreislauf oder Phosphatkreislauf - beide Namen sind richtig, denn Phosphat ist eine Ionenverbindung aus Phosphor und Sauerstoff - werden die Phosphat-Ionen von Pflanzen aufgenommen. Organismen, die die Pflanzen über die Nahrungskette konsumieren, nehmen es ebenfalls auf. Der Bestandsabfall der Pflanzen und dieser Organismen sinkt zu Boden ab und bildet am Meeresboden ein Sediment, das trotz Autolyse stets vorhanden ist. Gelöstes Phosphat (PO4-), das durch den Abbau organischer Verbindungen oder durch Durchmischung in den bodennahen Bereich der Wassersäule gerät, kann sich - sofern Sauerstoff vorhanden ist - mit Eisen (Fe3+) verbinden. Dieses Fe3+-Phosphat ist nicht löslich und lagert sich im Sediment ab, sodass am Meeresboden von Natur aus eine Phosphatschicht vorhanden ist. Auch an Land gibt es einen Kreislauf, der mit diesem gekoppelt ist (Fisch -> Vogel -> Guano). Phosphate bewegen sich zwar schnell durch Pflanzen und Tiere, jedoch sind die Prozesse, die sie durch den Boden oder den Ozean bewegen, sehr langsam, was den Phosphorkreislauf insgesamt zu einem der langsamsten biogeochemischen Kreisläufe macht. Seine Residenzzeit übersteigt die des Wassers deutlich. In dieser klassischen Betrachtungsweise umfasst der Phosphorkreislauf nur wenige Komponenten, zwischen denen der Phosphor transformiert wird. Die Mechanismen der Transformation in der Ostsee sind jedoch weitgehend unbekannt.

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts gelangt ein Überangebot der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor, das diese natürlichen Kreisläufe stark beeinflusst und verändert, als Einträge aus der Landwirtschaft, aus kommunalen Kläranlagen, aus der Industrie und aus dem Verkehr des Einzugsgebietes über die Flüsse und die Atmosphäre in die Ostsee, die die natürlichen Einträge stark übersteigen. Im Zeitraum 2001–2006 wurden im Mittel 30 000 t Phosphor und 841 000 t Stickstoff je Jahr eingetragen. Dies entspricht einer Zunahme der Phosphorbelastung in den letzten 100 Jahren um das 8fache, die Stickstoffbelastung hat sich im gleichen Zeitraum vervierfacht.


Diese deutlichen Erhöhung der Nährstoffkonzentrationen führt, gesteuert durch das „Minimumgesetz“, bei dem immer der im Mindestmaß vertretene Ernährungsfaktor (hier: Phosphor und/oder Stickstoff) das Wachstum bestimmt, zu einer erhöhten Primärproduktion der Biomasse bzw. zum Wachstum der einzelligen Algen, dem Phytoplankton.
Somit steht den Konsumenten mehr Nahrung zur Verfügung, so dass die Bestände der Fische und Wirbellosen mitunter anwachsen (Tatara 1991) – ein durchaus wünschenswertes Phänomen. Geschieht diese Düngung jedoch andauernd oder wiederholt, so wie es der Fall ist, so treten wegen der Zunahme an Nährstoffen und dem damit verbundenen Pflanzenwachstum (Eutrophierung) indirekte, negative Effekte auf, die Grund für zahlreiche Veränderungen auf (beinahe) allen Ebenen des Ökosystems sind, sodass nicht nur einzelne Arten, sondern ganze Lebensgemeinschaften beeinflusst werden.

Das Phytoplankton hält sich vorzugsweise im belichteten Teil der Wassersäule auf, da sie nur dort Sonnenlicht für die für sie essentielle Photosynthese umsetzen können. In den frühen 1990er Jahren waren 40.000 bis mehr als 60.000 km2 der Oberfläche der zentralen Ostsee mit Algenakkumulationen – bedingt durch Algenblüten – bedeckt (Kahru et al. 1994), was bis zu 30 % der Fläche der zentralen Ostsee entspricht. Die hohe Algenbiomasse lässt mit Zelldichten von 1 Mio. Zellen pro cm³ Wasser kaum Licht zu den auf dem Sediment wachsenden Großalgen (Makrophyten) und Seegräsern durchdringen. Wegen der Beschattung können diese Pflanzen allmählich absterben, oder weniger sensible Arten setzen sich gegen sie durch. Die erhöhte Nährstoffzufuhr fördert auch Organismen, die die Blätter des Seegrases bewachsen und damit negativ beeinflussen können. Aus diesen Gründen kam es zu einem starken Rückgang der Bestände von Seegras (Zostera spp.) und Blasentang (Fucus vesiculosus). Deren Rückgang wiederum bewirkt das Verschwinden von einigen Muschel- und Schneckenarten, die bevorzugt auf Unterwasserpflanzen leben. Beispiele für verschwundene Arten sind die Spitze Sumpfdeckelschnecke (Viviparus contectus) sowie die Gemeine und die Gekielte Tellerschnecke (Planorbis planorbis & P. carinatus). Es kann also zu einer Abnahme der Biodiversität kommen.

Ebenfalls wird das Wasser als Folge des gesteigerten Pflanzenwachstums oft trübe. Im Laufe der vergangenen 100 Jahre wurde in allen Teilregionen der Ostsee eine Abnahme der Sichttiefe beobachtet. Am stärksten war diese Abnahme im Finnischen Meerbusen und im nördlichen Teil der zentralen Ostsee zu beobachten, wo sich die Sichttiefe auf etwa 4 m halbiert hat. Im Kattegatt, der südlichen und östlichen Zentralen Ostsee, der Bottensee und Bottenwiek haben sich die Sichttiefen in den vergangenen 10 bis 15 Jahren nicht mehr verändert. (Laamanen et al. 2005). Noch geringere Sichttiefen finden sich in küstennahen Bereichen, die unter direktem Einfluss von Flusseinträgen stehen. So lagen die mittleren Sichttiefen in den Sommermonaten zwischen 1993 und 1997 in den küstennahen Bereichen des südlichen Golfs von Riga, der Pommernbucht und der Danziger Bucht bei lediglich 2 bis 4 m, wohingegen in der gleichen Studie in Gebieten der offenen Ostsee (Arkonasee, Bornholmsee) Sichttiefen von 8 bzw. 10 m gemessen wurden (Wasmund 2002). Diese Wassertrübung beeinflusst die Lebensbedingungen sehr vieler aquatischer Lebewesen. Beispielsweise haben räuberische Arten wie der Aal (Anguilla) und der Hecht (Esocidae) schlechtere Sichtverhältnisse bei der Jagd auf andere Fische, weshalb sie in ihrer Artenzahl zurückgehen. Gleichzeitig kommt es zum Wachstum der Bestände deren Beutefische. Ein Zuwachs an Plötze (Rutilus rutilus, auch: Rotauge), Flussbarsch (Perca fluviatilis) und Zander (Sander), die sich überwiegend von Plankton oder bodenlebenden Tieren ernähren, war zu verzeichnen (HELCOM PITF 2002).

Zudem sind ein weiteres Problem toxische Algen. Im Spätsommer treten regelmäßig Algenblüten in immer kleiner werdenden Abständen potentiell toxischer Gattungen aus der Gruppe der Cyanobakterien auf, z.B. Microcystis, Nodularia, Anabaena und Aphanizomenon (Schernewski 2001b). Nodularia spumigena und Microcystis aeruginosa bilden regelmäßig große Blüten im Oderhaff und produzieren Hepatotoxin, dass innerhalb von Stunden bis Tagen zum Tod durch Leberversagen führen kann. Bei Anabaena und Aphanizomenon ist die Blütenbildung weniger ausgeprägt, jedoch produzieren sie neben Hepatotoxin auch Neurotoxin, dass innerhalb von Minuten zum Tod durch Atemstillstand führen kann. Im Oderhaff sind bislang weder für Mensch noch Tier tödliche Algenvergiftungen vorgekommen. Jedoch sind aus dem Ostseeraum mehrere Fälle bekannt, in denen Enten, Hunde und Rinder durch die beschriebenen Algengifte verendeten. An der finnischen Ostseeküste wurden im Juli 1997 über 150 Menschen mit Symptomen einer Hepatotoxinvergiftung behandelt, zu Toden kam es nicht. (Wasmund 2002 und Zitate darin) Diese Zunahme verschreiben einige der Eutrophierung, während andere sie den besonderen Charakteristika der Ostsee zuweisen.


Das Hauptproblem beginnt jedoch erst beim Absterben der Algen: Eine Algenblüte existiert nur so lange, wie nötige Nährstoffe vorhanden sind. Dieser Zeitraum beläuft sich in der Regel meist nur auf wenige Tage bis Wochen. In Zuge der Eutrophierung beobachtet man seit Mitte des vorigen Jahrhunderts in vielen Regionen der Ostsee jedoch sogar eine zum Teil durchgehende Algenblüte, die sich von den natürlichen früher hauptsächlich im Frühjahr und Herbst durch die thermische Instabilität zu ausgeprägten Massenvermehrungen abkoppeln. Die absterbenden Zellen sinken dann allmählich zum Meeresboden ab und bilden eine Schicht frischen organischen Materials auf dem Sediment.

Unterhalb der ganzjährig vorhandenen Salzgehaltssprungschicht und der Temperatursprungschicht in 60 – 80 m Tiefe und besonders in Bodennähe haben sich vor allem Organismen angesiedelt, die davon leben, dass sie dieses tote organische Material abbauen. Schwämme, einige Würmer und Schnecken ernähren sich beispielsweise von abgestorbenen Algenzellen, die nach einer Planktonblüte zu Boden sinken. Wegen der großen Anzahl der Algen können nicht alle gefressen werden, sodass viele von Bakterien abgebaut werden. Es handelt sich dabei um aerobe Abbauvorgänge, es wird also verstärkt Sauerstoff zum Abbau des organischen Materials benötigt. Allerdings findet er in einer Wasserregion statt, in der nur durch „Salzwassereinbrüche“, die gelegentlich sauerstoffreiches Nordseewasser in die Ostsee und deren Becken bringen, und kaum durch Primärproduktion oder Austausch mit der Wasseroberfläche neuer Sauerstoff nachgeliefert wird. Sinkt der Sauerstoffgehalt unter zwei Milligramm pro Liter, ist kein auf Sauerstoff angewiesenes Leben mehr möglich und man spricht von „toten Zonen“. Unter hypoxischen Bedingungen weist die am Boden lebende Fauna des Benthos bereits negative Effekte auf. Bewegliche Arten wie Krabben oder Fische verlassen diese hypoxischen Gebiete und suchen sich – wenn möglich – einen neuen Lebensraum, sesshafte und wenig bewegliche wie Seesterne, Seeigel und Muscheln müssen die Situation aussitzen und sterben.

Wegen Sauerstoffmangels gestorbene SeesterneMit zunehmender Gewässertiefe wird diese Sauerstoffzehrung immer größer und die Sauerstoffbilanz kann gleich null sein (Anoxie) oder negativ werden, d.h. es wird mehr Sauerstoff in dieser Gewässerschicht verbraucht als eingetragen wird. Dadurch entstehen in den Gewässern anaerobe Bedingungen, man sagt, dass Gewässer "kippt um". Die aeroben Abbauvorgänge werden durch anaerobe Abbauprozesse (ohne Sauerstoffbedarf) ersetzt, wobei Fäulnisbakterien giftige Gase wie Ammoniak, Methan und Schwefelwasserstoff freisetzen. Sie verwandeln so den Meeresboden in eine Wüste. Die entstehenden Gase können auch in höhere Wasserschichten aufsteigen und dabei giftiges Sediment vom Meeresboden mit in die Höhe reißen. Auf diese Weise gefährden sie auch die Fischbestände in höheren Wasserschichten.

Besonders schwer war dieses Phänomen im Sommer des Jahres 2017 in der Eckernförder Bucht zu beobachten. Durch tagelangen, starken Südwestwind wurde das sauerstoffreiche Wasser in die Eckernförder Bucht gedrückt. So stark, dass eine Umschichtung stattgefunden hat, die das sauerstoffarme Wasser, welches sowieso im Sommer unterhalb küstennahen Zone vorliegt, aus der Tiefe nach oben drückte. Dies verursachte eine akute Erstickungsgefahr für die Fische. Die einzige Möglichkeit einer schnellen Abhilfe, ein starker Westwind, der sauerstoff- und salzhaltiges Wasser aus der Nordsee in die Ostsee drückt, kam nicht rechtzeitig, weshalb es zu den tragischen Folge kam: Hunderte fische erstickten qualvoll und wurden tot an Land gespült. Darunter nicht - wie üblich bei solchen Phänomenen - überwiegend Plattfische, sondern viele Kleinfische, aber auch Dorsche, Meerforellen und Aalmuttern.

Andere anfängliche Vermutungen für das Fischsterben wie, dass es einen Zusammenhang zwischen dem wenige Tage zuvor nördlich von Flensburg in der Apenrader Förder stattgefundenen Ölverschmutzung (ausgelaufenes Diesel) und dem Fischsterben bei Eckernförde geben könnte, sind inzwischen widerlegt worden, denn das Ostsee Info-Centers (OIC) hat nach dem Auftreten des Fischsterbens den Sauerstoffgehalt gemessen. Wie das Kieler Umweltministerium mitteilte, sei hier der sogenannte Sauerstoffzielwert an 4 von 7 Messstellen und im Tiefenwasser an 26 von 29 Messstellen unterschritten worden. An einigen Stellen sei Sauerstoff, dessen Normalwert hier bei 86 Prozent läge, sogar kaum messbar gewesen. In einigen Bereichen sei zudem giftiger Schwefelwasserstoff nachgewiesen worden.

Tote Dorsche, die an den Strand der Eckernförder Bucht angespült wurden 
Insgesamt tritt dieses Phänomen jährlich auf und kostet das Leben vieler Fische. Die Strände, die am meisten betroffen sind, sind die in Scharbeutz und Timmendorf. Die am häufigsten am Strand verendende Fischart ist dabei der Dorsch.

Dies ist sehr bedauerlich, da diese Art, die sowieso wegen Überfischung schon zusammengebrochen und nach der Roten Liste der IUCN als gefährdet eingestuft ist, eine besondere Rolle im Nahrungsnetz der Ostsee spielt: Er steht in einer komplexen Räuber-Beute-Wechselbeziehung mit der Sprotte, insbesondere in seinem östlichen Bestand. Wissenschaftler sprechen von der „Dorsch-Sprotten-Schaukel“, denn sie beeinflussen sich gegenseitig indem entweder die eine oder die andere Art dominiert. Die wesentliche Beute des Dorsches, die Sprotte, profitiert vom schlechten Zustand der Dorschbestände. So ist der Sprotten bestand auf einem Rekordniveau und konkurriert mit dem Dorschlarven um Nahrung. Außerdem fressen erwachsene Sprotten die Eier des Dorsches und beeinflussen so den dezimierten Dorschbestand zusätzlich. Mit einem ansteigenden Dorschbestand würden die Bestände der Sprotten, die einen hohen Druck auf das Phytoplankton-fressende Zooplankton ausüben, wieder abnehmen und das System könnte sich wieder stabilisieren.

Die Eutrophierung verhindert jedoch diesen Anstieg des Dorschbestandes zum einen durch diese aufsteigenden sauerstofffreien Wasserschichten, zum anderen aber auch durch deren Unverträglichkeit der Nährstoffe sowie die zuvor genannten anoxischen Gebiete im Tiefwasser - standen dem westlichen Dorsch vor etwa 20 Jahren in seinem Hauptlaichgrund in den tiefen Gewässer des Bornholmer Beckens eine Wassersäule von 40 bis 80 Metern für den Nachwuchs zur Verfügung, so ist diese an manchen Orten auf nur noch einen Meter geschrumpft.
Durch die Auswirkungen der Eutrophierung ist also, auch wenn zunächst einige einzelne Arten betroffen scheinen, das ganze Ökosystem auf allen Trophiebenen des Nahrungsnetzes beeinflusst.


Jedoch kann es nicht nur in der Tiefe, auch im Flachwasser kann es in der Ostsee zu Sauerstoffmangel kommen. Es ist fast dasselbe Phänomen, nur das vor allem die Bodden, die kaum tiefer sind als drei Meter sind, betroffen sind: Es kommt zu Planktonblüten. Unter Lichteinfall betreiben sie Photosynthese und produzieren Sauerstoff. Doch sobald so viele Algen vorhanden sind, dass sie sich gegenseitig beschatten, beginnen die Algen der untersten Wasserschichten abzusterben und auf den Boden zu sinken. Zooplankton und kleine Fische, die bisher wie im Schlaraffenland Phytoplankton unter Sauerstoffverbrauch gefressen und zur eigenen Vermehrung verwendet haben, befindet sich zwar weiterhin im Nahrungsüberfluss, aber der im Wasser vorhandene Sauerstoff ist nun begrenzt. Durch den Stoffwechsel der im Wasser lebenden Organismen und vor allem durch den Abbau der abgestorbenen Algen wird so lange vom noch vorhandenen Sauerstoff gezehrt, bis dieser aufgebraucht ist. Der Gasaustausch zwischen Wasser und Luft reicht nicht aus, um genügend Nachschub zu liefern. Die Folge ist akuter Sauerstoffmangel. Die auf Sauerstoff angewiesenen Lebewesen sterben und es stinkt nach faulen Eiern, da einige Bakterien bei der sauerstofffreien Atmung Schwefelwasserstoff abgeben. Erst, wenn der Wind das Flachwasser wieder gründlich durchmischt und vermehrter Wasseraustausch mit der offenen Ostsee stattfindet, können wieder auf Sauerstoff basierende Verhältnisse einkehren.

Die Gesamtfläche dieser suboxischen (Sauerstoff-Gehalt unter 2 ml/l) und anoxischen (kein Sauerstoff mehr vorhanden) Zonen in Flach- und Tiefenwasser variiert jährlich. Nichtsdestotrotz zeichnet sich ein klarer Trend ab: die Todeszonen werden immer größer. Im vergangenen Jahrhundert hat sich ihre Fläche mehr als verzehnfacht. Insgesamt wuchsen die Areale mit extremem Sauerstoffmangel zwischen 1898 und 2012 von 5000 auf zwischenzeitlich 40 000 und derzeitig 60 000 Quadratkilometer an. Das berichtet ein dänisch-schwedisches Forscherteam um Jacob Carstensen von der Universität Aarhus in den "Proceedings" der US-Nationalen Akademie der Wissenschaften ("PNAS"). Es gelten also inzwischen 10 bis 20 Prozent der Ostsee als Todeszone.



Rückgänge, wie im Jahr 1993, in dem die Todeszonen etwa auf das Maß von 1931 geschrumpft waren und die Ostsee sich nach schwierigen Zeiten erholt zu haben schien, sind nur trügerische Hoffnungsschimmer. Solche Rückgange sind nämlich nur temporär und werden von der zufälligen Einstromdynamik in die Ostsee gesteuert: Zwischen 1982 und 1993 floss mehr Wasser aus der Ostsee in die Nordsee hinaus als auf umgekehrtem Weg hinein. Da die Nordsee mehr Salz enthält, sank in dieser Zeit der Salzgehalt der Ostsee. Die Schichten aus Wasser mit geringem und hohem Salzgehalt wurden durchlässiger. Tiefen- und Oberflächenwasser tauschten sich stärker aus, mehr Sauerstoff gelangte in die Tiefe. Als dieser Effekt stoppte, dehnten sich die sauerstoffarmen Zonen wieder aus bis sie den heutigen Zustand erreichten.

Ein weiteres immenses Problem, das diese sauerstofffreien Zonen mitbringen, ist der Effekt der Selbstdüngung. Unter bestimmten hydrographischen Bedingungen wird Phosphor, das gebunden im Sediment vorliegt, nämlich aus dem Meeressediment gelöst und gelangt in die Wassersäule (interne Eutrophierung). Diese Freisetzung wird durch Veränderungen der Wasserschichtung und durch Sauerstoffmangel begünstigt. Da in den Sedimenten gebundener Phosphor unter Sauerstoffmangel wieder in Lösung geht und somit dem Ist jedoch kein Sauerstoff vorhanden - in tieferen Sedimentschichten und während Sauerstoffmangelsituationen - so geht das Fe3+-Phosphat in Lösung und das Eisen ändert seine chemische Form in Fe2+. Das Fe2+-Phosphat ist gut wasserlöslich und verteilt sich in der Wassersäule, wo es von Algen aufgenommen werden kann. So wurde in manchen Regionen ebenso viel Phosphor aus dem Sediment eingebracht wie von landseitigen Quellen. (HELCOM 2002) Diese Freisetzung von Phosphat aus dem Sediment bezeichnet man als interne Eutrophierung oder Selbstdüngung.

Diese lässt einen Kreislauf beginnen: das unter Sauerstoffmangel freigesetzte Phosphat wird nun von den Algen aufgenommen und es kommt vermehrt zur Algenblüte. Jedoch spielt eine Art eine ganz besondere Rolle. Die Rede ist von den Cyanobakterien. Die anoxischen Cyanobakterien, auch bekannt als Blaualgen, benötigen wie die allermeisten Organismen für ihr Wachstum Phosphor und Stickstoff. Sie haben jedoch die ungewöhnliche Fähigkeit, den notwendigen Stickstoff (N2) aus der Luft zu beziehen, um ihn in ihren Zellen in Nährstoffe und Eiweiße umzubauen. Dadurch „pumpen“ sie zusätzlich Nährstoffe in ein ohnehin überdüngtes Ökosystem. Es ist also ein Teufelskreis zwischen Phosphatfreisetzung, Cyanobakterien sowie Stickstofffixierung, der erst unterbrochen wird, wenn eine niedrige Wassertemperatur die Cyanobakterien absterben lässt. Ihr Absterben und ihr Abbau sorgt weiter für Sauerstoffmangel.


Die Wissenschaftler sehen nur eine Möglichkeit, die Ostsee wieder gesünder zu machen: Die eingetragenen Nährstoff müssen verringert werden.
Auch wenn die Staaten auf dieses Problem aufmerksam geworden sind und angefangen haben, diese eingetragenen Nährstoffe leicht zu reduzieren, gleicht die Klimaerwärmung der letzten 20 Jahre die Reduzierung aus, da er ebenfalls weiter zur Sauerstoffknappheit beiträgt. Bei wärmeren Temperaturen löst sich nämlich weniger Sauerstoff im Wasser. Mikroorganismen wachsen jedoch besser – der Verbrauch steigt weiter.

Außerdem werden Düngemittel, die auf den landwirtschaftlichen Nutzflächen ausgebracht werden, nur zu einem geringen Teil von den angebauten Pflanzen aufgenommen. Ein großer Teil wird rasch mit abfließenden Niederschlägen in die Flüsse gespült, ein anderer Teil wird an Bodenpartikel gebunden und nach und nach an das Grundwasser abgegeben und so über lange Zeit in Richtung Meer transportiert. Man geht davon aus, dass hierdurch die Maßnahmen erst mit einer Zeitverzögerung von zwanzig bis dreißig Jahren zu einer Reduktion der Einträge in die Oberflächengewässer führen (Lääne et al. 2002). Die Einträge müssen jetzt stoppen, doch die Realität ist weit entfernt.


Die Gefahren sind großflächig, so wie das Maß der Betroffenheit. Im Jahr 2009 nahm die HELCOM erstmalig eine einheitliche Klassifizierung des Eutrophierungszustandes der Ostsee vor. Der sehr gute (blau, nicht vorhanden) und gute Zustand (grün) beschreibt Gebiete, die nicht von Eutrophierung betroffen sind. Der Zustand eutrophierter Gebiete wird als mäßig (gelb), unbefriedigend (orange) oder schlecht (rot) charakterisiert. Von den 189 untersuchten Gebieten (172 Küstengebiete, 17 offene Seegebiete) wiesen 161 Gebiete Eutrophierungsmerkmale auf, nur 11 Gebiete konnten mit einem guten ökologischen Zustand bewertet werden. Von Eutrophierung nicht betroffen ist nur der nördliche Teil des Bottnischen Meerbusens und Teile des Kattegats. Insgesamt sind 96% der Ostsee von Eutrophierung betroffen. Daher ist festzustellen, dass Eutrophierung trotz zahlreicher Maßnahmen weiterhin ein sehr ernstzunehmendes Problem der Ostsee ist.



Mit dem Eutrophierungszustand zusammenhängend auch die Bewertung der Biodiversität und des ökologischen Zustandes:


Es ist auffällig, dass Flächen, die stark von Eutrophierung betroffen sind, Flächen mit niedriger Biodiversität sind.

Abschließend ist zu sagen, dass die, durch menschliche Einwirkungen hervorgerufene Eutrophierung (Zufuhr von Nährsalz-Ionen, besonders Nitrat- und Phosphor-Ionen, in ein Gewässer mit der Folge verstärkter Biomasseproduktion) mitsamt ihrer zahlreichen, fatalen, indirekten und direkten Folgen, die Ostsee, die schon wegen natürlicher Gegebenheiten nicht nur sehr labil und anfällig gegenüber äußerlichen Einflüssen ist, sondern auch Artenarmut aufweist, stark gefährdet. Diese erstrangige Gefährdung zeigt sich derzeit in einem Rückgang der Biodiversität und somit einem schlechten ökologischen Zustand, der sich in Zukunft verschlechtern wird, da bei keinen ausreichenden Gegenmaßnahmen die Eutrophierung den komplexen Lebensraum der Ostsee lebensfeindlicher werden lassen wird, sodass im "toten Meer" Ostsee - in der Ostsee liegt durch die starke Eutrophierung jetzt schon mit ca. 50 000 km2 die größte Todeszone der Welt vor - kaum noch höhere Lebewesen anzutreffen sein werden könnte.

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Multimedia-Dateien

Multimedia-Datei 1 - Jahresgang Algen:
Zum Verständnis
In dieser Animation ist der Jahresgang der oberflächlichen Chlorophyll a-Konzentrationen (Chl a) in der Ostsee beispielhaft für das Jahr 1989 dargestellt. Chl a ist ein übliches Maß für die Biomasse an Phytoplankton. Sie können die dargestellten Konzentrationsbereiche der Farblegende entnehmen. Die folgende Beschreibung orientiert sich an der Animation. Die zeitliche Entwicklung verläuft prinzipiell im jedem Jahr ähnlich, jedoch sind die Biomasse sowie die tatsächlichen Zeitpunkte der Ereignisse natürlichen Schwankungen unterlegen. Der Jahresgang des Phytoplanktons wird wesentlich bestimmt durch die Lichteinstrahlung, die Wassertemperatur und die Verfügbarkeit von Nährstoffen.

Bildbeschreibung
Zu Jahresbeginn sind die Chlorophyllkonzentrationen, also die Algenbiomasse, in der gesamten Ostsee gering. Im Februar werden die Tage wieder länger, Licht besser verfügbar und die Algen damit aktiv. Ausgehend von der westlichen Ostsee, wo die höheren Wassertemperaturen bereits früh im Jahr ein Wachstum zulassen, breites sich das Phytoplankton nach Nordosten aus. Diese erste Algenblüte setzt sich vorwiegend aus Kieselalgen zusammen. Sie nimmt bereits im April/Mai ihr Ende.
Ab Ende Mai folgt eine zweite, ausgeprägtere Blüte, ebenfalls von Südwesten nach Südosten. Dies sind die Cyanobakterien oder Blaualgen. Massige Teppiche bilden sich heute alljährlich auch in der zentralen Ostsee. Nachdem Phosphat aufgebraucht ist, geht auch diese Blüte zu Ende (August). Von nun an nehmen die Algenbiomassen zum Winter hin wieder ab.

Multimedia-Datei 2 - Jahresgang Algen:

Zum Verständnis
In dieser Animation ist ein Querschnitt durch die Ostsee von der Odermündung zur Südküste Schwedens dargestellt (siehe Box links unten). Rechts befindet sich die schwedische Küste, links die flache Oderbucht vor der Odermündung. Der tiefe Bereich ist das Arkonabecken. Die Zeit läuft am oberen Bildrand mit. Abgebildet sind die Konzentrationen von Chlorophyll a, also die Algenbiomasse.

Bildbeschreibung
Zu Beginn des Jahres finden sich, wie zu erwarten, überall niedrige Chl a-Konzentrationen, da im Winter kaum Algenwachstum stattfindet. Im Bodenbereich des Arkonabeckens haben sich die Phytoplanktonblüten des vorigen Jahres abgelagert.
Im Frühjahr setzt die Kieselalgenblüte ein, und zwar vor der Odermündung, wo hohe Nährstoffkonzentrationen vorherrschen. Diese erste Blüte sinkt im Mai zum Grund der Oderbucht ab. Ende Juni folgt die nächste Blüte, dieses mal vor der schwedischen Küste. Es sind die Cyanobakterien. Auch in der Oderbucht bilden sich nun Blaualgenblüten, bis ab September die Konzentrationen wieder zurück gehen.
Am Jahresverlauf ist auch zu erkennen, dass das Phytoplankton fast ausschließlich oberhalb von 20 m Wassertiefe auftritt. Diese Tiefenbegrenzung ergibt sich aus einem Zusammenspiel der Lichteindringtiefe und der Winddurchmischung, die die Algen umherwirbelt.

Multimedia-Datei 3 - Algenzunahme in 100 Jahren:

Zum Verständnis
Diese Animation zeigt die Veränderung der Algenbiomasse (gemessen als Chlorophyll a im Oberflächenwasser) innerhalb von 100 Jahren. Rot kennzeichnet eine Zunahme der heutigen Konzentrationen gegenüber denjenigen vor 100 Jahren.

Bildbeschreibung
Im Winter ist die Algenbiomasse in der Ostsee tendenziell geringer als vor 100 Jahren, teilweise sogar um 80%. Wichtig ist in BEzug auf das Algenwachstum jedoch die Sommerperiode. In dieser Zeit sind deutliche Konzentrationserhöhungen in der gesamten zentralen Ostsee zu erkennen.


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Quellen, die zur Erstellung dieses Kapitels genutzt wurden:
https://www.ikzm-d.de/main.php?page=5,57; 30.01.2021
https://ostsee-der-zukunft.experience-science.de/hintergruende/auswirkungen/wasserqualitaet.html; 30.01.2021
https://www.helcom.fi/wp-content/uploads/2019/08/BSEP122-1.pdf; 30.01.2021
http://www.lung.mv-regierung.de/dateien/lls_vortrag_20_02_27_voss.pdf; 30.01.2021
https://www.ikzm-d.de/seminare/pdf/MS_Ostseeregion_Janas.pdf; 30.01.2021
http://www.lung.mv-regierung.de/dateien/lls_vortrag_11_11_23_nausch.pdf; 30.01.2021
https://www.ikzm-d.de/seminare/pdf/MS_Ostseeregion_Gerdes.pdf; 30.01.2021
https://dorsch-guide.de/fischsterben-2017-tote-dorsche-und-plattfische-an-der-eckernfoerder-bucht/; 30.01.2021
https://www.scinexx.de/news/biowissen/der-ostsee-geht-die-luft-aus/, 30.01.2021