Ozeanversauerung: Ursachen, Folgen und Lösungen

Gelöstes CO₂ verteilt sich als einzelne Teilchen im Wasser. Ein Teil reagiert mit Wasser zu Kohlensäure. Diese kann Protonen abgeben. Protonen sind positiv geladene Wasserstoffteilchen. Hier schreiben wir sie vereinfacht als \mathrm{H^+}; tatsächlich sind sie im Wasser an Wasserteilchen gebunden. Mehr Protonen in einem gleichen Wasservolumen bedeuten bei sonst gleichen Bedingungen einen niedrigeren pH-Wert.

Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Teilchen. Karbonat-Ionen sind negativ geladen. Sie bilden zusammen mit positiv geladenen Kalzium-Ionen den Stoff Kalziumkarbonat, den wir hier kurz Kalk nennen. Viele Muscheln brauchen Kalk für ihre Schalen. Zusätzliche Protonen reagieren mit Karbonat zu Hydrogencarbonat, einer anderen Form von gelöstem Kohlenstoff. Dadurch steht weniger freies Karbonat für den Kalkaufbau zur Verfügung. Das kann den Schalenaufbau erschweren; die zusätzlichen Protonen sind selbst keine Kalkbausteine.

Für die Reaktionen brauchst du diese Formeln: \mathrm{CO_2} steht für Kohlendioxid, \mathrm{H_2O} für Wasser und \mathrm{H_2CO_3} für Kohlensäure. \mathrm{CO_3^{2-}} bezeichnet ein Karbonat-Ion und \mathrm{HCO_3^-} ein Hydrogencarbonat-Ion. Hochgestellte Plus- und Minuszeichen zeigen die elektrische Ladung. Die hochgestellte Zahl 2 beim Karbonat bedeutet zwei negative Ladungseinheiten.

Der pH-Wert beschreibt, wie sauer oder basisch eine wässrige Lösung ist. Kleinere Werte bedeuten bei vergleichbaren Messbedingungen mehr Protonen in einem gleichen Wasservolumen. pH-Werte haben keine Einheit. In der vereinfachten Schuleinteilung bei etwa 25 °C, also Grad Celsius, gilt: pH 7 ist neutral, darunter ist Wasser sauer, darüber basisch.

Versauerung beschreibt eine Änderung: Der pH-Wert sinkt. Sauer beschreibt dagegen einen Zustand unterhalb des neutralen Werts. Deshalb kann Meerwasser versauern und trotzdem basisch bleiben. Die Grenze von pH 7 muss dafür nicht unterschritten werden.

Um eine zeitliche Versauerung festzustellen, brauchst du vergleichbare Werte aus verschiedenen Zeitpunkten. Ein einzelner pH-Wert beschreibt den gemessenen Zustand. Ohne frühere Werte zeigt er nicht, ob der pH-Wert zuvor höher, niedriger oder gleich war.

Bei sonst gleichen Bedingungen kann kaltes Meerwasser mehr CO₂ aufnehmen als warmes. Die Temperatur ist deshalb ein wichtiger Einfluss auf die Versauerung. Das Umweltbundesamt, eine deutsche Behörde für Umweltfragen, beschreibt die verstärkte CO₂-Aufnahme als einen Grund für die besonders rasche Versauerung der Meere nahe dem Nord- und Südpol. Die Temperatur allein erklärt aber nicht den Verlauf an jedem Ort.

Durchmischung bedeutet, dass sich unterschiedliche Wassermengen miteinander vermischen. Dabei können Wasser und gelöste Stoffe zwischen verschiedenen Tiefen ausgetauscht werden. Auftrieb bezeichnet dagegen das Aufsteigen von Tiefenwasser. Dieses Wasser ist häufig saurer als oberflächennahes Wasser. Gelangt es nach oben, kann es dort den pH-Wert senken. Auftrieb und Durchmischung sind also unterschiedliche Vorgänge. Die Wirkung einer Durchmischung hängt von den chemischen Eigenschaften der beteiligten Wasser ab. Die Wassermenge allein bestimmt keine Richtung der pH-Änderung; durch das Mischen entsteht auch nicht automatisch ein neutraler pH-Wert.

Pufferung bedeutet, dass gelöste Stoffe einen Teil zusätzlicher Protonen binden und dadurch die pH-Änderung dämpfen. Die Pufferwirkung ist begrenzt. Sie verhindert Versauerung nicht grundsätzlich und beendet auch nicht die weitere CO₂-Aufnahme. Temperatur, Austausch zwischen Wasserschichten und Pufferung wirken zusammen. Wirken Einflüsse in verschiedene Richtungen, brauchst du Angaben zu ihrer Stärke, um die pH-Abnahme zweier Gebiete zu vergleichen.

Das Umweltbundesamt beschrieb die Ostsee am 1. März 2024 anhand von Messreihen seit 1980 als bis dahin kaum messbar versauert, anders als die Nordsee. Es verwies auf besondere örtliche Bedingungen: Die Ostsee ist weitgehend vom offenen Ozean getrennt, und ihre Wasserschichten tauschen sich nur begrenzt aus. Über Flüsse gelangen zudem Stoffe aus verwitterten Gesteinen hinein, die puffern können. Diese zeitgebundene Darstellung belegt weder einen überall gleichen Verlauf noch einen dauerhaften Schutz der Ostsee vor Versauerung.

Ein Ökosystem umfasst Lebewesen, ihre Umwelt und ihre Beziehungen untereinander. In einem Nahrungsnetz ist dargestellt, wer wen frisst. Veränderungen bei einer Art können deshalb auch andere Arten betreffen. Das Meeresforschungszentrum GEOMAR beschreibt, dass viele Tiere und Pflanzen mit Kalkschalen oder Kalkskeletten unter saureren Bedingungen mehr Energie für ihr Wachstum brauchen. Ihre Entwicklung und ihr Überleben können dadurch beeinträchtigt werden. Die Arten reagieren jedoch unterschiedlich.

Bei der Photosynthese nutzen Pflanzen und bestimmte andere Lebewesen Lichtenergie, um aus CO₂ und Wasser energiereiche Stoffe wie Zucker aufzubauen. Manche dieser Arten könnten von mehr verfügbarem CO₂ profitieren. Bestimmte Arten könnten sich langfristig auch an veränderte Bedingungen anpassen. Daraus folgt kein Nachweis, dass mögliche Vorteile die Schäden anderer Arten ausgleichen. Erwärmung, Sauerstoffmangel, Verschmutzung und zu starker Fischfang können die Folgen zusätzlich beeinflussen.

Auftriebsgebiete erhalten mit dem Tiefenwasser häufig viele Nährstoffe, also Stoffe, die Lebewesen zum Wachstum brauchen. Dort können deshalb wichtige Nahrungsgrundlagen für Fische entstehen. Eine weitere pH-Abnahme könnte diese Nahrungsbeziehungen verändern. Wenn dadurch nutzbare Fischbestände beeinträchtigt werden, können auch Fangmengen und Einkommen aus der Fischerei leiden. Diese vom Umweltbundesamt beschriebenen Folgen sind Möglichkeiten, keine sichere Vorhersage für jeden Küstenort.

CO₂-Emissionen sind die Freisetzung von Kohlendioxid, zum Beispiel beim Verbrennen von Kohle. Den weltweiten CO₂-Ausstoß zu senken setzt an der Ursache der Ozeanversauerung an: Es begrenzt den zusätzlichen CO₂-Eintrag in die Atmosphäre. Einzelne Maßnahmen tragen dazu bei; sie garantieren keine bestimmte örtliche pH-Entwicklung. Weniger Verschmutzung oder weniger zu starker Fischfang senken dagegen zusätzliche Belastungen und können die Anpassung von Lebewesen unterstützen. Sie beseitigen den CO₂-bedingten chemischen Antrieb der Versauerung nicht. Für eine Bewertung fragst du deshalb: Setzt die Maßnahme am CO₂-Ausstoß an oder verringert sie eine andere Belastung? Beide Ansätze können sich ergänzen.