Eutrophierung: Ostsee

Probleme: Eutrophierungseffekte in der Ostsee

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts hat sich die Ostsee von einem oligotrophen Meer mit klarem Wasser zu einem hochgradig eutrophierten Gewässer entwickelt, das im Verlauf der zurückliegenden fünfzig Jahre deutlich trüber geworden ist (SRU 2004). Damit gingen zahlreiche Veränderungen auf allen Ebenen des Ökosystems einher, die sich in den einzelnen Regionen der Ostsee unterschiedlich darstellen. Auf die wesentlichen Veränderungen geht dieses Kapitel ein. Geringe Sichttiefen durch starkes Algenwachstum 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). In den meisten Ostseegebieten treten regelmäßig bis zu dreimal im Jahr im Frühjahr, Sommer und Herbst verstärkt Algenblüten des Phytoplanktons auf. Die in die Ostsee eingetragenen Nährstoffe gelten als Mitverursacher hierfür (SRU 2004). 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. Das Auftreten von Algenblüten in der Ostsee ist jedoch durchaus natürlich. Die Blüten variieren räumlich und zeitlich stark und ihre Ausbildung ist von zahlreichen äußeren Faktoren abhängig. Wissenschaftliche Untersuchungen lassen bislang keine eindeutigen Aussagen darüber zu, ob diese Blüten in den letzten Jahren zu- oder abgenommen haben (HELCOM 2005a). Von besonderer Bedeutung ist das für die Ostsee typische massenweise Auftreten von "blau-grünen Algen" (Cyanobakterien) im Sommer. Cyanobakterien sind in der Lage, Luftstickstoff (N2) zu fixieren und sind damit nicht nur unabhängig von der im Wasser verfügbaren Stickstoffmenge, sondern tragen auch noch zusätzlich Stickstoff in die Ostsee ein (IOW 1999). Die drei häufigsten Cyanobakterien in der Ostsee heißen Nodularia spumigena, Aphanizomenon spp. und Anabaena spp. (Bonsdorff et al. 2002). Giftige Algenblüten häufiger? Unter den Cyanobakterien aber auch unter manchen echten Algengruppen finden sich einige toxische Arten, die im Sommer 1997 und seitdem in immer kürzer werdenden Abständen „Rekordblüten“ in der Ostsee ausbildeten. Über diese wurde in der Presse vielfach unter dramatischen Überschriften berichtet. Die sachliche Debatte über die Problematik wird durch solche Berichterstattung jedoch nicht gefördert. Tatsächlich scheinen seit den 1960er-Jahren Häufigkeit und Intensität der Sommerblüte von blau-grünen Algen zugenommen zu haben. Auch ein verstärktes Auftreten von toxinbildenden Arten wurde beobachtet (s.u.). Allerdings ist ein Zusammenhang mit der anthropogen erhöhten Zufuhr von Phosphat schwer nachzuweisen, da die Ostsee selbst besondere Charakteristika aufweist, die ein Gedeihen der blau-grünen Algen fördern können. Unter Wissenschaftlern ist das Thema bislang umstritten. Näheres zum Thema Cyanobakterien in der Ostsee finden Sie in der Zusatzinformation über die besonders häufig auftretende Gattung Nodularia und im Kapitel 3.2. (EEA 2001) Tödliche Erkrankungen von Menschen durch giftige Algen wurden im Ostseeraum bislang jedoch nicht registriert (Wasmund 2002). Lesen Sie mehr hierzu in den Zusatzinformationen an der Seite. Das größte Sauerstoffmangelgebiet der Welt Die Ausdehnung der sauerstofffreien Bodenbereiche der Ostsee wird mit bis zu 100.000 km² beziffert. Dies entspricht etwa einem Viertel der gesamten Fläche der Ostsee (siehe Karte rechts). Betroffen sind vor allem der Finnische Meerbusen, die zentrale Ostsee, die Beltsee und das Kattegat (Bonsdorff et al. 2001). In der zentralen Ostsee war Ende der 1980er Jahre ein Drittel der gesamten Bodenfläche unbesiedelt, so dass sich sedimentierende Biomasse in deutlich ausgeprägten Schichten ablagert - man spricht von laminierten Böden (Skei et al. 2000). Unter Wissenschaftlern herrscht allerdings bislang Uneinigkeit darüber, ob die durch den Menschen erhöhten Nährstoffeinträge tatsächlich in direktem Zusammenhang mit der räumlichen und zeitlichen Ausdehnung und der Intensität der Sauerstoffmangelsituation in der Ostsee stehen. Anoxische Bodenbereiche gab es besonders in den tiefen Becken bereits seit langer Zeit. Es könnte sich also auch um ein natürliches Phänomen handeln, dass auf die Beschaffenheit des Gewässers Ostsee zurückzuführen ist. Andere Umwelt - andere Arten Durch die Eutrophierung hat sich die Artenzusammensetzung der Ostsee - insbesondere in den küstennahen Bereichen - erheblich verändert (SRU 2004). So hat sich seit 1992 die Artenzusammensetzung der blühenden Blaualgen geändert – während früher die nicht toxische Art Aphanizomenon flosaquae häufiger als die potenziell toxische Art Nodularia spumigena war, hat sich dieses Verhältnis nunmehr umgekehrt (HELCOM 2003). Auch die Makrophyten, also große Wasserpfllanzen, sind betroffen: Die Bestände von Seegras (Zostera spp.) und Blasentang (Fucus vesiculosus) sind deutlich zurückgegangen (SRU 2004). Die oben beschriebenen geringen Sichttiefen in den Flachwasserbereichen der Ostsee und damit die geringere Lichteindringtiefe sind hier sicher als ein wichtiger Einflussfaktor zu sehen. Am Verlust des Blasentangs lässt sich die Komplexität der Eutrophierungseffekte gut aufzeigen: Der Blasentang benötigt zum Wachsen einen möglichst festen Untergrund. Felsige Böden findet man in der Ostsee jedoch nur begrenzt, so z.B. entlang der schwedischen und finnischen Küsten. Durch die steigende Verfügbarkeit von planktonischen Algen konnte ein Raumkonkurrent des Blasentangs diesen regional vollkommen verdrängen: die Miesmuschel (Falandysz et al. 2000). Auch diese wächst dort, wo sie sich mit Hilfe ihrer Byssusfäden an festem Boden anheften kann. Durch höhere Algenkonzentrationen im Wasser verschlechtert sich für den Blasentang die Lichtverfügbarkeit, während die Miesmuschel bei verringerter Filterleistung mehr Nahrung erhält. So hat sie bessere Wachstumsbedingungen als der Blasentang und besiedelt nach und nach immer mehr Blasentangstandorte. Denkt man dieses Beispiel hypothetisch weiter, so könnte es nun durch weitere Nährstoffeinträge dazu kommen, dass sich mehr und mehr organisches Material am Boden ablagert, wo es dann zu Sauerstoffmangel kommt. Da auch kein Blasentang mehr Sauerstoff in Bodennähe produziert und die Miesmuscheln Sauerstoff zum Überleben benötigen, könnte letztendlich auch die Miesmuschel hier absterben.

Ursachen: Charakteristika der Ostsee & ihres Einzugsgebietes

Morphologie: Ein Binnenmeer aus vielen Becken Die Ostsee ist fast vollkommen von Landmassen umschlossen und lediglich im Südwesten über die schmalen, flachen Belte zwischen Dänemark und Schweden mit der Nordsee verbunden. Über 200 Flüsse münden in die Ostsee und entwässern ein Gebiet, das fünfmal größer ist als die Ostsee selbst. Die Bodentopographie ist charakterisiert durch eine Unterteilung der Ostsee in mehrere unterschiedlich tiefe Becken, die durch flachere Schwellen getrennt sind (siehe auch Animation unten). Wasserhaushalt: Was rein geht und was raus kommt Das Wasser der Ostsee ist brackig, d.h. es ist eine Mischung aus Süß- und Salzwasser mit einem niedrigeren Salzgehalt (Salinität) als im offenen Meer und einem höheren Salzgehalt als in Süßwasserseen. Ebensoviel Wasser wie durch abregnende Niederschläge in die Ostsee hinein gelangt, verdunstet auch wieder - zumindest im langjährigen Mittel. Das Brackwasser entsteht also durch die Wassereinträge der Flüsse, die Niederschläge aus einem fünfmal so großen Einzugsgebiet wie die Ostsee selbst hinzuführen. Die größten Flüsse sind Newa (RUS), Weichsel (PL), Düna (LV), Memel (LT), Oder (PL/D), Götaälv (S) und Kemijoki (FIN). Dieses salzarme Wasser wird durch Strömungen an der Oberfläche durch die Ostsee und dann durch Skagerrak und Kattegat in die Nordsee geführt. In entgegengesetzter Richtung fließt salzhaltiges, kaltes Tiefenwasser in Bodennähe aus der Nordsee in die Ostsee. Theoretisch verbringt ein Teilchen Wasser 25 bis 35 Jahre in der Ostsee, bevor es sie verlässt. Damit wird auch deutlich, dass eingetragene Nähr- und Schadstoffe nicht schnell aus der Ostsee verfrachtet und in den Wassermassen des Atlantik verdünnt werden. Schichtung: Mangelnder Austausch Zusätzlich zu dieser langen Verweilzeit von Stoffen in der Ostsee werden diese auch noch schlecht im gesamten Wasserkörper verteilt: Die beiden oben beschriebenen Wasserströme sorgen dafür, dass das Tiefenwasser im Vergleich zum Oberflächenwasser durch niedrige Temperaturen und hohe Salzgehalte dichter, also schwerer ist. Dort, wo der Oberflächenstrom und der Tiefenstrom aufeinandertreffen, entsteht eine Wasserschicht, in der der Salzgehalt sich nach unten hin schnell erhöht. Man nennt diese Salzgehaltssprungschicht permanente Halokline, weil sie das ganze Jahr über vorhanden ist. Diese Sprungschicht stellt für den Stoffaustausch eine Barriere dar: Gelöste Stoffe wie Sauerstoff, Phosphat und Nitrat können diese nur sehr langsam passieren. Im Sommer kommt es außerdem in manchen Gegenden zur Ausbildung einer sommerlichen Wärmeschichtung, die eine weitere Barriere darstellt. So kann es passieren, dass in der Oberflächenschicht, wo das Phytoplankton fleißig Photosynthese betreibt, sehr hohe Sauerstoffkonzentrationen auftreten, während an der gleichen Stelle in größerer Tiefe der Sauerstoff durch den bakteriellen Abbau von abgesunkener Biomasse vollkommen aufgezehrt wurde. Sauerstoffhaushalt: Achtung, Einbruch! Wenn der Sauerstoff also nicht von oben in das Tiefenwasser dringen kann, dann müsste er doch inzwischen sicher überall im Tiefenwasser aufgebraucht sein, könnte man nun meinen. Zum Glück ist das nicht so, denn es kommt immer wieder zu Einbrüchen, genauer gesagt Salzwassereinbrüchen. Ein solcher Einbruch ist in der Ostsee ein erfreuliches Ereignis. Unter bestimmten meteorologischen und hydrographischen Bedingungen wird besonders viel Tiefenwasser aus der Nordsee in die Ostsee eingetragen. Dieses enthält viel Sauerstoff und trägt diesen von einem Ostseebecken in das nächste. Mehr zu Ursachen, Ablauf, Auswirkungen und Häufigkeit von Salzwassereinbrüchen in den Zusatzinformationen unten. Salzgehalt: Brackwasser macht Tieren und Pflanzen das Leben schwer Die Tiere und Pflanzen der Ostsee müssen neben der mitunter schlechten Sauerstoffversorgung mit dem niedrigen Salzgehalt, der von Südwesten nach Nordosten hin abnimmt (siehe Animation oben), zurecht kommen. Da die Ostsee ein verhältnismäßig junges Meer ist - erst seit etwa 8.000 Jahren hat sie die heutige Gestalt - hat sich hier keine eigene Flora und Fauna ausgebildet. Statt dessen sind Arten aus benachbarten Regionen - also aus der Nordsee und dem Weißen Meer, aber auch aus dem Süßwasser eingewandert. Die Biodiversität, also die Artenvielfalt ist durch die hohen Anforderungen, die das Habitat an seine Bewohner stellt (variierende, niedrige Salzgehalte und Sauerstoffmangel), relativ gering, so dass wenige Schlüsselarten das Ökosystem dominieren. Viele Spezies leben nahe an ihrer Toleranzgrenze für den vorherrschenden Salzgehalt, was zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Störungen führt, ähnlich wie ein Mensch, der über lange Zeit zu wenig schläft und dadurch bereits bei einer leichten Unterkühlung krank wird. Küstenmorphologie: Vielfältig gegliederte Landschaft Während die Biodiversität in der Ostsee im Vergleich zu anderen Meeren gering ist, sind die Lebensräume - insbesondere im Küstenbereich - sehr vielfältig. 133 unterschiedliche Meeres- und Küstenhabitate wurden von der HELCOM klassifiziert. Dazu gehören zum Beispiel die bekannten Bodden- (Mecklenburg-Vorpommern & Dänemark), Nehrungs- (Polen, Russland, Litauen), Schären- (Schweden und Finnland) und Fjordküsten (Schweden). Besonders die stark strukturierten Küstenabschnitte mit abgeschlossenen Buchten sind aufgrund des meist eingeschränkten Wasseraustauschs anfällig für lokale Eutrophierungseffekte. Jahresgang: Sonne & Nährstoffe regulieren Algenwachstum Das Wachstum des Phytoplanktons hat einen charakteristischen Jahresverlauf mit ausgeprägtem Wachstum (Blüten) im Frühjahr und im Sommer. In manchen Regionen kommt eine Herbstblüte hinzu. Die Blüten werden von verschiedenen Algengruppen ausgebildet: Im Frühjahr Kieselalgen und Flagellaten (beides einzellige Grünalgen), im Sommer Cyanobakterien (Blaualgen). Auslöser für das Wachstum im Frühjahr ist die zunehmende Sonneneinstrahlung, die die Lichtverfügbarkeit und die Wassertemperatur erhöht. Während der sommerlichen Vegetationsperiode hingegen bestimmt die Nährstoffverfügbarkeit das Ausmaß des Wachstums. Während in der offenen Ostsee meist Stickstoff knapp ist, ist es in den Flussästuaren und Küstenregionen der Phosphor, der zuerst aufgebraucht wird und das weitere Wachstum unterbrindet. Die gegenseitigen Wechselwirkungen von Temperatur, Nährstoffen und Phytoplanktonbiomasse sind in den folgenden Animationen dargestellt und beschrieben. Bitte nehmen Sie sich etwas Zeit, um sich die Zusammenhänge veranschaulichen zu lassen. es empfiehlt sich, vor dem Ansehen der Animationen den Text "Jahresgang des Phytoplanktons" durchzulesen.

Ursachen: Anthropogene Einflüsse auf die Ostsee

Für den stark bevölkerten Ostseeraum existieren umfangreiche Analysen der Nährstoffquellen und -eintragswege, der Ursachen für die Einträge sowie der Entwicklung der Nährstoffkonzentrationen. Die wesentlichen Ergebnisse werden hier vorgestellt. Ostsee-Einzugsgebiet als Lebensraum für den Menschen Rund um die Ostsee herum leben etwa 85 Millionen Menschen. Zumindest leben so viele Menschen im sogenannten Einzugsgebiet der Ostsee - damit ist die gesamte Landfläche gemeint, von der das Oberflächen- und Grundwasser in die Ostsee fließt (ICES 2003). Im unmittelbaren Küstenbereich leben etwa 16 Millionen Menschen (SRU 2004). Zum Einzugsgebiet gehören die Ostseeanrainer-Staaten Schweden, Finnland, Russland, Estland, Lettland, Litauen, Polen, Deutschland und Dänemark sowie Teile von Norwegen, Weißrussland, der Ukraine, der Slowakei und Tschechien. Menschliche Einflüsse gehen also zum einen von konsumorientierten Industriestaaten mit überwiegend intensiver Landwirtschaft, zum anderen von postsowjetischen Transformationsländern mit noch vielfach unzureichend etablierter Umweltschutztechnik und mit hohen Wachstumsprognosen für die Wirtschaft aus. Fast die Hälfte der Landfläche im Einzugsgebiet ist mit Wald bedeckt. Diese Wälder liegen überwiegend in den nördlichen Anrainerstaaten, während im Süden landwirtschaftlich genutzte Flächen und Industriegebiete dominieren (SRU 2004). Kurzer Überblick über die Belastung Abwässer aus den häuslichen wie auch industriellen Bereichen stellen eine wesentliche Belastungsquelle für die Ostsee dar. Die konkreten Quellen wurden bereits 1992 identifiziert. Bis 2007 wurde die Hälfte dieser Hot Spots eliminiert. Mehr hierzu unter dem Link HELCOM Hot Spots. Die landwirtschaftlichen und industriellen Standorte (z. B. Metall-, Textil- und Chemieindustrie) im südlichen Ostseeraum stellen bedeutsame Quellen für anthropogenen Stickstoff wie auch für Phosphat (siehe auch Abbildung rechts) dar. Sie gelangen über die Flüsse in die Ostsee. Abgase aus Verbrennungsprozessen beeinflussen die Ostsee zunehmend. Diese Einträge stammen auch aus Staaten, die nicht an die Ostsee angrenzen - derzeit etwa ein Drittel der atmosphärischen Stickstoffeinträge - der überwiegende Teil davon aus Deutschland. Die Waldgebiete im Norden geben natürlicherweise viel Phosphor und Stickstoff an die Ostsee ab und sorgen so für hohe Hintergrundeinträge: 32 % für Stickstoff und 27 % für Phosphor. Hierauf sind die großen Anteile Schwedens und Finnlands an den N- und P-Emissionen auf dem Wasserweg zurückzuführen. Hintergrundeinträge machen jeweils über 50 % der gesamten Einträge des Landes aus. Über die Hälfte der Einträge von Stickstoff und Phosphor aus Flüssen und Direkteinleitern stammt aus nur drei Staaten: Polen, Russland und Schweden (siehe Tortendiagramm rechts). Dabei trägt das landwirtschaftlich geprägte Polen den absolut größten Teil bei, nämlich 25 % für Stickstoff und 37 % für Phosphat im Jahr 2000 (je nach Jahr ein Drittel bis die Hälfte). In Bezug auf die atmosphärischen Einträge sind die drei Hauptquellen die Nicht-Anrainer insgesamt, sowie die Anrainerstaaten Deutschland und Polen. (HELCOM 2005) Phosphateinträge reduziert Einträge aktuell Phosphor wird zum größten Teil auf dem Wasserweg (Flüsse und Direkteinleitungen) in die Ostsee eingebracht, während über die Atmosphäre nur eine geringe Menge eingetragen wird, die vernachlässigt werden kann. Im Jahr 2000 gelangten insgesamt 34.500 t Phosphor auf dem Wasserweg in die Ostsee, wovon drei viertel aus anthropogenen Quellen stammte und die natürlichen Hintergrundeinträge ein Viertel ausmachten. Wie die Abbildung rechts zeigt, variieren die Flusseinträge von Jahr zu Jahr allerdings sehr stark, je nachdem, wie viel Wasser die Flüsse führen. Der mit Abstand größte Teil der Phosphoreinträge (je nach Jahr ein Drittel bis die Hälfte) stammt aus den landwirtschaftlich geprägten Gebieten Polens. (HELCOM 2005) Trend Die Phosphateinträge konnten seit Ende der 1980er Jahe deutlich reduziert werden. So gelangten 1990 noch 46.000 t Phosphor auf dem Wasserweg in die Ostsee, während es im Jahr 2000 nur noch 31.000 t waren. Diese Reduktion wurde vorrangig durch eine Reihe von Verbesserungsmaßnahmen in der Abwasserbehandlung und durch Einschränkungen bei phosphathaltigen Waschmitteln erzielt. In Bereich der Landwirtschaft hingegen wurden nur geringe Reduktionen erzielt. Seit Mitte der 1990er Jahre ist jedoch keine weitere Reduktion zu erkennen. Die Phosphatreduktionen in den einzelnen Sektoren in Deutschland stellt die Tabelle rechts dar. (SRU 2004) Problem: Selbstdüngung Unter bestimmten hydrographischen Bedingungen wird Phosphor aus dem Meeressediment gelöst und gelangt in die Wassersäule (interne Eutrophierung). Diese Freisetzung wird durch Veränderungen der Wasserschichtung und durch Sauerstoffmangel begünstigt. So wurde in manchen Regionen ebensoviel Phosphor aus dem Sediment eingebracht wie von landseitigen Quellen. (HELCOM 2002) Weiterhin viel Stickstoff Einträge aktuell Stickstoffeinträge gelangen etwa zu einem Viertel über die Atmosphäre, zu Dreivierteln über den Wasserweg in die Ostsee. Insgesamt wird über 1 Mio t Stickstoff pro Jahr (berechnet für das Jahr 2000) in die Ostsee eingetragen. Ebenso wie für die Phosphoreinträge auf dem Wasserweg, kann man auch für Stickstoff festhalten, dass die Eintragsmenge je nach Wasserführung der Flüsse variiert, wobei die Hintergrundeinträge ebenfalls etwa ein Viertel ausmachen. Die atmosphärischen Einträge stammen überwiegend aus dem Verkehr und der Energiegewinnung in Kraftwerken (siehe Abbildung). (HELCOM 2005b) Trend Die Stickstoffeinträge wurden von den Anrainerstaaten seit 1985 in unterschiedlichem Maße reduziert. Die größten Erfolge konnte Estland (80 %) verzeichnen, die geringsten Schweden (20 %). Das in einer Ministererklärung der HELCOM-Vertragsstaaten 1988 gesteckte Ziel, die Einträge von Stickstoff um 50 % zu reduzieren, wurde allerdings von der Mehrzahl der Länder verfehlt. In den osteuropäischen Staaten wurden im Allgemeinen größere Reduktionen als in den EU-Mitgliedstaaten erzielt (siehe Diagramm rechts). Als ein wesentlicher Grund dafür werden die ökonomischen Umbrüche in der Industrie, aber auch im Agrarsektor, seit Beginn der 1990er-Jahre angesehen. Es ist damit zu rechnen, dass ohne politische Maßnahmen zukünftig kaum weitere Reduktionen erreicht werden, sondern es wieder zu Steigerungen kommt. Die in Deutschland erzielten Reduktionen in den Stickstoffeinträgen zeigt die Tabelle rechts. (SRU 2004) Problem: lange Rückhaltezeiten im Boden Düngemittel, die auf den landwirtschaftlichen Nutzflächen ausgebracht werden, 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).

Maß der Betroffenheit