Atlantik nahe Bermuda ist salziger, wärmer und saurer als vor 40 Jahren

Die Ozeane verändern sich ständig. Die Veränderungen betreffen nicht nur das Leben im Meer, sondern haben auch weitreichende Folgen für die Landbewohner. Um sie zu dokumentieren, sind seit Jahrzehnten Überwachungsstationen im nördlichen Atlantik aktiv.

Nun berichten Forscher über die jüngsten Veränderungen: Der Ozean in der Nähe der Insel Bermuda ist im Vergleich zu vor 40 Jahren wärmer, salziger und saurer geworden und hat Sauerstoff verloren.

Eine kontinuierliche Erwärmung des Meerwassers wirkt sich in vielfältiger Weise auf die Ozeane und die darin lebenden Lebewesen aus. So verändert sich neben der Ozeanzirkulation auch der Säuregehalt des Wassers. Weiterhin führt ein Rückgang des Sauerstoffgehalts zu einer Veränderung bei der Versalzung und der Nährstoffversorgung. Um diese Änderungen greifbar zu machen, gibt es umfassende Langzeitbeobachtungen wie die sogenannte „Bermuda Atlantic Time-series Study“ (kurz BATS).

Seit dem Jahr 1988 nehmen Wissenschaftler an einem Standort etwa 80 Kilometer südöstlich der Insel Bermuda monatlich Proben zur Physik, Biologie und Chemie der Meeresoberfläche und -tiefe.

Die Bedeutung von Langzeitdaten

Das Sammeln von Daten über längere Zeiträume sei wichtig, um kommende Veränderungen der Bedingungen vorherzusagen. „Diese Beobachtungen geben einen Eindruck von der Geschwindigkeit der Veränderungen bei der Erwärmung der Ozeane und der Meereschemie. Sie liefern wichtige Hinweise auf künftige Veränderungen in den nächsten Jahrzehnten“, erklärt Professor Nicholas Bates, Ozeanforscher am Bermuda Institute of Ocean Sciences.

Die Überwachungsstationen, die die Daten für die am 8. Dezember 2023 im Fachmagazin „Frontiers in Marine Science“ veröffentlichte Studie liefern, sind nur zwei von mehreren Zeitreihenstationen, die über die Weltmeere verteilt sind. Stationen vor Hawaii, den Kanarischen Inseln, Island und Neuseeland spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Überwachung langfristiger ozeanischer Veränderungen.

An einigen dieser Stationen konnten Forscher ähnliche Prozesse beobachten, was die Herausforderungen und die Komplexität des Verständnisses der langfristigen Wechselwirkungen zwischen Erwärmung, Versalzung und Versauerung der Ozeane verdeutlicht, so die Forscher.

Atlantik wärmer, als im globalen Vergleich

„Wir zeigen, dass sich der Oberflächenozean im subtropischen Nordatlantik in den letzten 40 Jahren um etwa ein Grad Celsius erwärmt hat. Außerdem hat sich der Salzgehalt des Ozeans erhöht, und er hat Sauerstoff verloren“, so Bates. „Darüber hinaus hat der Säuregehalt der Ozeane von den 1980er-Jahren bis in die 2020er-Jahre zugenommen.“

Die Messungen von Professor John Christy, Klimatologe und Atmosphärenwissenschaftler der Universität von Alabama in Huntsville und Direktors des Earth System Science Center sowie Roy Spencer, ebenfalls Klimatologe der Uni in Huntsville und ehemaliger NASA-Wissenschaftler, gehen noch etwas weiter zurück.

Basierend auf einem globalen Temperaturdatensatz aus Mikrowellen-Satellitenbeobachtungen, der bis 1979 zurückreicht, berechneten sie, dass die Temperatur der Erde seit 1979 im Allgemeinen alle zehn Jahre um 0,12 Grad Celsius über dem Meer und 0,19 Grad Celsius über Land gestiegen ist. Im globalen Durchschnitt ergeben sich 0,14 Grad Celsius pro Jahrzehnt.

Mit etwa 0,24 Grad Celsius pro Jahrzehnt sind die Oberflächentemperaturen an der BATS-Überwachungsstation seit den 1980-er Jahren also etwa doppelt so stark gestiegen wie der globale, ozeanische Durchschnitt. Insgesamt ist der Ozean dort heute etwa ein Grad Celsius wärmer als vor 40 Jahren. In den letzten vier Jahren seien die Meerestemperaturen zudem stärker angestiegen als in den Jahrzehnten zuvor, so die Forscher.

Atlantik salziger, physikalisch bedingt

„Wir vermuten, dass dies ein Teil der umfassenderen, jüngeren Trends und Veränderungen der Meerestemperaturen und der Umweltveränderungen ist“, ergänzte Bates.

So seien die untersuchten Gewässer an der Oberfläche nicht nur wärmer geworden, sondern auch salziger, was bedeutet, dass mehr Salz im Wasser gelöst ist. Wie die Oberflächentemperatur hat auch der Salzgehalt in den letzten Jahren überproportional zugenommen.

Da die Löslichkeit von Salz in Wasser physikalisch bedingt ist – wärmeres Wasser löst mehr Salz –, ist diese Entwicklung jedoch nicht verwunderlich. Salzhaltige Mineralien können auch durch unterseeischen Vulkanismus in den Atlantik gelangen.

Atlantik sauerstoffärmer, saisonale Schwankungen überwiegen

Gleichzeitig zeigen die Daten, dass in den letzten 40 Jahren die Menge an Sauerstoff, die den lebenden Wasserorganismen zur Verfügung steht, um sechs Prozent zurückgegangen ist.

Konkret betrage der beobachtete Verlust von gelöstem Sauerstoff etwa 3,1 Mikromol pro Kilogramm (µmol/kg) Seewasser pro Dekade. Im weltweiten Vergleich seien es etwa drei bis sieben µmol/kg pro Jahrzehnt und der Atlantik vor Bermuda in diesem Punkt eher Schlusslicht. Hinzu kommt, dass die jährlichen Schwankungen zwischen Sommer und Winter mit 30 bis 40 µmol/kg mehr als zehnmal so stark sind.

Die höheren Sauerstoffkonzentrationen im Winter „werden im Allgemeinen mit höheren Raten der Primärproduktion in Verbindung gebracht“, so die Forscher in ihrer Studie. Die niedrigen Sommerwerte seien unter anderem mit einem höheren „Abfluss von Sauerstoff aus dem Ozean“ verbunden. – Im Winter gibt es also mehr Organismen, die Sauerstoff produzieren, und im Sommer entweicht mehr Gas in die Umwelt.

Die Frage, ob mehr Meereslebewesen mehr Sauerstoff verbrauchen, bleibt in der Studie unbeantwortet. Verwiesen wird indes darauf, dass „der Rückgang der Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Meer […] zu einer komplexen Interaktion“ der Umweltfaktoren beiträgt. Zu den „komplexen Gründen“ zählten unter anderem veränderte Löslichkeit und Ozeanphysik, der Gasaustausch mit der Atmosphäre sowie die Durchmischung des Meerwassers.

Atlantik saurer, aber nicht sauer

Auch die Säurewerte haben sich verändert: Der Ozean sei heute um 30 Prozent saurer als in den 1980er-Jahren, was zu einer geringeren Kohlenstoffionenkonzentration führe. Dies könne sich unter anderem auf Muscheln und ihre Fähigkeit, Schalen zu bilden, negativ auswirken.

„Die Chemie des Oberflächenwassers in den 2020er-Jahren liegt jetzt außerhalb des in den 1980er-Jahren beobachteten saisonalen Bereichs. Das Ökosystem des Ozeans lebt jetzt in einem anderen chemischen Umfeld als noch vor einigen Jahrzehnten“, erklärte Bates. Diese Veränderungen seien laut dem Forscher auf die Aufnahme von CO₂ aus der Atmosphäre zurückzuführen.

Zwar klingt „30 Prozent saurer“ viel, ein tieferer Blick in die Studie offenbart wiederum genaueres. „Der typische saisonale pH-Wert des Oberflächenwassers schwankte zwischen winterlichen Höchstwerten von etwa 8,2 und sommerlichen Tiefstwerten um 8,08 bis 8,1. Die […] Sargassosee [Anm. d. Red.: zwischen Bermuda und Florida] bleibt derzeit leicht alkalisch (7,98 bis 8,05).“

Weiter heißt es dort: „Die pH-Änderung beträgt etwa minus 0,018 pro Dekade für den Zeitraum 1983 bis 2023 und ähnelt den für die Sargassosee berichteten Raten. Dies entspricht einem Anstieg der Wasserstoffionenkonzentration um 30 Prozent seit 1983.“

Der Ozean ist also nach wie vor nicht sauer, sondern basisch und die messbare Veränderung mit unter 0,1 in 40 Jahren eher gering. Die 30 Prozent ergeben sich dabei aus einer Besonderheit des pH-Wertes – lateinisch potentia hydrogenii. Dieses „Potenzial des Wasserstoffs“ berechnet sich aus dem negativen dekadischen Logarithmus der Aktivität der Wasserstoffionen. Das heiß, damit sich der pH-Wert um eine Einheit ändert, muss sich die Aktivität verzehnfachen. Zum Vergleich: Normaler Regen hat einen pH-Wert von etwa 5,6, saurer Regen von unter fünf und Cola zwischen zwei und drei.