Ob Muscheln an einem Black Smoker-Feld in der Tiefsee, Seeigel im Meeresboden oder Laternenfische, die nach Sonnenaufgang Hunderte von Metern hinab in die sichere Dunkelheit des tiefen Ozeans absteigen: Sie alle hängen am Sauerstofftropf der Atmosphäre:
"In den Meeren sinkt die Sauerstoffkonzentration mit der Tiefe. Im Grunde genommen arbeiten Wind und Wellen Sauerstoff an der Oberfläche ins Wasser ein, und die vielen Lebewesen in der Tiefe verbrauchen ihn. Das Bild wird durch die Meeresströmungen komplizierter und auch dadurch, dass die biologische Aktivität in einer Region höher oder niedriger ist als in der anderen."
In den Meeren gibt es Gebiete, in denen Sauerstoff Mangelware oder sogar fast ganz verschwunden ist. Für Tiere sind solche Areale tödlich. Und weil warmes Wasser weniger Sauerstoff aufnehmen kann als kaltes, fragen sich Wissenschaftler wie Holger Brix von der University of California in Los Angeles, welchen Hebel der menschengemachte Treibhauseffekt an dieser Stelle ansetzt:
"Um zunächst zu erfahren, wo der Sauerstoffgehalt unter einen bestimmten Grenzwert fällt, haben wir die Verteilung der Sauerstoffkonzentration in den Ozeanen betrachtet. Rund fünf Prozent der Ozeane leiden unter Sauerstoffmangel, 0,1 Prozent sind fast sauerstofffrei. Die größte dieser Zonen liegt im nordöstlichen Teil des Pazifiks. Dann haben wir berechnet, wie sich die Sauerstoff-Minimum-Zone dort während der vergangenen 50 Jahre in Größe und Tiefe verändert hat."
So fanden die Forscher einen Zusammenhang zwischen der Ausdehnung dieser Zone und Veränderungen in den Temperaturen an der Meeresoberfläche des Pazifiks. Es geht dabei um die sogenannte "Pazifische Dekaden-Oszillation": Das sind Verteilungsmuster von Warm- und Kaltwassergebieten. Mal konzentrieren sich für 20, 30 Jahre kühlere Wassermassen im Ost- und Zentralpazifik und werden von warmen umgeben. Dann schwingt das System um und warmes Wasser im Westen wird von kaltem eingeschlossen:
"Wir sehen nicht unbedingt einen kausalen Zusammenhang zwischen dieser Pazifischen Dekaden-Oszillation und der Größe und Tiefe der Sauerstoffminimum-Zone. Aber die Modellrechnung zeigt deutlich, dass die Sauerstoff-Minimum-Zone empfindlich auf dieses Phänomen reagiert."
Entscheidend ist dabei anscheinend die Tiefe, in der die Grenzschicht liegt, die das kalte Tiefseewasser vom warmen Oberflächenwasser trennt. Ist das Meer im Ostpazifik kälter, liegt diese Grenzschicht flacher. So war es zu Beginn des Untersuchungszeitraums vor 50 Jahren. Dann verlagerten sich warme Wassermassen in das Gebiet und die Grenzschicht sank entsprechend ab. Derzeit schwinge das System wieder um, erklärt Holger Brix:
"Die Sauerstoff-Minimum-Zone reagiert sofort auf Veränderungen in dieser Grenzschicht. Liegt sie in geringer Tiefe, ist die sauerstoffarme Zone größer. Sinkt die Grenzschicht ab, schrumpft diese Zone. Seit Beginn des Jahrhunderts wächst sie wieder."
Die Verbindung zwischen Grenzschicht und Sauerstoffgehalt: Steigt die Grenzschicht auf, gelangen mehr Nährstoffe nach oben. Das kurbelt die biologische Aktivität an. Dadurch sinkt mehr abgestorbenes organisches Material in die Tiefe. Das wird von Bakterien zersetzt, die den Sauerstoff verbrauchen - und die Sauerstoff-Minimum-Zone wächst. Das Ganze hat weitreichende Folgen:
"In diesen Sauerstoff-Minimum-Zonen verändert sich die Funktionsweise der Biologie. Wo Sauerstoff fehlt, übernehmen anaerobe Bakterien, und die haben einen anderen Stoffwechsel als sauerstoffliebende Bakterien. Sie überführen den Stickstoff in eine Form, die von Lebewesen schlechter aufgenommen werden kann. Die biologische Aktivität wird also durch diesen Mechanismus verändert."
Denn mangels Stickstoff wachsen die Algen schlechter - und die Tiere haben weniger zu fressen. Je ausgedehnter die Sauerstoff-Minimum-Zonen sind, desto stärker schlagen sie auf die Nahrungskette durch. Der Zusammenhang ist nun also klar. Unklar bleibt jedoch, wie sich der Klimawandel auswirken wird. Dazu fehlen noch die Daten.
"In den Meeren sinkt die Sauerstoffkonzentration mit der Tiefe. Im Grunde genommen arbeiten Wind und Wellen Sauerstoff an der Oberfläche ins Wasser ein, und die vielen Lebewesen in der Tiefe verbrauchen ihn. Das Bild wird durch die Meeresströmungen komplizierter und auch dadurch, dass die biologische Aktivität in einer Region höher oder niedriger ist als in der anderen."
In den Meeren gibt es Gebiete, in denen Sauerstoff Mangelware oder sogar fast ganz verschwunden ist. Für Tiere sind solche Areale tödlich. Und weil warmes Wasser weniger Sauerstoff aufnehmen kann als kaltes, fragen sich Wissenschaftler wie Holger Brix von der University of California in Los Angeles, welchen Hebel der menschengemachte Treibhauseffekt an dieser Stelle ansetzt:
"Um zunächst zu erfahren, wo der Sauerstoffgehalt unter einen bestimmten Grenzwert fällt, haben wir die Verteilung der Sauerstoffkonzentration in den Ozeanen betrachtet. Rund fünf Prozent der Ozeane leiden unter Sauerstoffmangel, 0,1 Prozent sind fast sauerstofffrei. Die größte dieser Zonen liegt im nordöstlichen Teil des Pazifiks. Dann haben wir berechnet, wie sich die Sauerstoff-Minimum-Zone dort während der vergangenen 50 Jahre in Größe und Tiefe verändert hat."
So fanden die Forscher einen Zusammenhang zwischen der Ausdehnung dieser Zone und Veränderungen in den Temperaturen an der Meeresoberfläche des Pazifiks. Es geht dabei um die sogenannte "Pazifische Dekaden-Oszillation": Das sind Verteilungsmuster von Warm- und Kaltwassergebieten. Mal konzentrieren sich für 20, 30 Jahre kühlere Wassermassen im Ost- und Zentralpazifik und werden von warmen umgeben. Dann schwingt das System um und warmes Wasser im Westen wird von kaltem eingeschlossen:
"Wir sehen nicht unbedingt einen kausalen Zusammenhang zwischen dieser Pazifischen Dekaden-Oszillation und der Größe und Tiefe der Sauerstoffminimum-Zone. Aber die Modellrechnung zeigt deutlich, dass die Sauerstoff-Minimum-Zone empfindlich auf dieses Phänomen reagiert."
Entscheidend ist dabei anscheinend die Tiefe, in der die Grenzschicht liegt, die das kalte Tiefseewasser vom warmen Oberflächenwasser trennt. Ist das Meer im Ostpazifik kälter, liegt diese Grenzschicht flacher. So war es zu Beginn des Untersuchungszeitraums vor 50 Jahren. Dann verlagerten sich warme Wassermassen in das Gebiet und die Grenzschicht sank entsprechend ab. Derzeit schwinge das System wieder um, erklärt Holger Brix:
"Die Sauerstoff-Minimum-Zone reagiert sofort auf Veränderungen in dieser Grenzschicht. Liegt sie in geringer Tiefe, ist die sauerstoffarme Zone größer. Sinkt die Grenzschicht ab, schrumpft diese Zone. Seit Beginn des Jahrhunderts wächst sie wieder."
Die Verbindung zwischen Grenzschicht und Sauerstoffgehalt: Steigt die Grenzschicht auf, gelangen mehr Nährstoffe nach oben. Das kurbelt die biologische Aktivität an. Dadurch sinkt mehr abgestorbenes organisches Material in die Tiefe. Das wird von Bakterien zersetzt, die den Sauerstoff verbrauchen - und die Sauerstoff-Minimum-Zone wächst. Das Ganze hat weitreichende Folgen:
"In diesen Sauerstoff-Minimum-Zonen verändert sich die Funktionsweise der Biologie. Wo Sauerstoff fehlt, übernehmen anaerobe Bakterien, und die haben einen anderen Stoffwechsel als sauerstoffliebende Bakterien. Sie überführen den Stickstoff in eine Form, die von Lebewesen schlechter aufgenommen werden kann. Die biologische Aktivität wird also durch diesen Mechanismus verändert."
Denn mangels Stickstoff wachsen die Algen schlechter - und die Tiere haben weniger zu fressen. Je ausgedehnter die Sauerstoff-Minimum-Zonen sind, desto stärker schlagen sie auf die Nahrungskette durch. Der Zusammenhang ist nun also klar. Unklar bleibt jedoch, wie sich der Klimawandel auswirken wird. Dazu fehlen noch die Daten.