2016-07-20

Wie Meeres-Pflanzen helfen, die Versauerung der Ozeane zu vermindern

von Nicola Jones / übersetzt von: Einar Schlereth



Das Ernten von Tang, wie hier vor der kalifornischen Küste, entzieht CO2 aus dem Öko-System. 

Oregons pittoreske Netarts-Bucht ist seit langem für ihre Austern bekannt. Doch sie wird wie die ganze Küste Nord-Amerikas wird immer mehr versauert. Und das mögen die Austern nicht.

Seit der industriellen Revolution ist Kohlendioxyd aus der Luft in die Ozean-Gewässer gesickert und hat ihren Säure-Gehalt um 30 % erhöht. Global ist der Ozean- pH-Wert von 8.2 auf 8.1 gesunken und bis zum Ende des Jahrhundert kann er noch um weitere 0.4 Einheiten sinken. Das Problem ist schlimmer vor der Westküste, wo die versauerten Boden-Gewässer durch landwärts-Winde nach oben gebracht werden. Solch korrosives Wasser kann das Gerüst der Muscheln auflösen und buchstäblich auch das Skelett der Korallen.

Im vergangenen Sommer pflanzten Meeresökologe der Oregon Staatsuni George Waldbusser und sein Team in der Netarts-Bucht Baby Austern, um zu sehen, wie sie gediehen. Die einzigen, denen es gut ging, waren diejenigen, die von Seegras geschützt wurden, das genügend Kohlendioxyd aufnahm, um den Austern eine Pause vor der Säure zu geben, in der sie wachsen konnten.

„Im Grunde ist außerhalb dieser Seegras-Betten gar nichts gediehen,“ sagt Waldbusser, der seine Arbeit noch nicht veröffentlicht hat. Unterdessen hat der Whiskey Creek Muschel-Brutbetrieb begonnen, nur Wasser während des Photosynthese-Gipfels in ihre Tanks zu pumpen, wenn das Wasser nicht so sauer ist.

Waldbusser ist Teil eines kleinen Teams von Wissenschaftlern die jetzt erforschen, ob Seegras, Seetang und Muschel-Betten es möglich machen, die steigende Ozean-Versauerung an bestimmten Stellen zu stoppen und das Leben für die Tiere leichter zu machen. Er und andere Experten vom West Coast Ocean Acidification and Hypoxia Science Panel, die im April ihren ersten Report veröffentlichten, empfahlen, dass solche Strategien gefördert werden, die CO2 aus dem Wasser saugen.

Diese Idee ist ein kleinerer, sanfterer Cousin der großen geo-engineering-Pläne. Es hat Vorschläge gegeben, die Säure aus dem Ozean zu entziehen, indem man Eisen, Kalk oder Olivin ins Wasser wirft, um das Plankton-Wachstum zu fördern, die Muschel-Gerüste zu stärken oder chemisch CO2 zu entfernen. Aber die allgemeine Antwort auf solche Pläne reicht von Kopfschütteln, ob sie machbar seien bis zu weit verbreiteten Bedenken wegen ökologischer Neben-Effekte. Die nötige Energie, um Gestein abzubauen und zu verteilen und die unvorhersehbaren Veränderungen der Nahrungs-Netze machten dies global nicht attraktiv.

Auf lokaler Ebene jedoch könnte mit geringeren Kosten und Risiken die ökologische Restauration den doppelten Vorteil haben, bedrohten Marine-Lebewesen einen besseren Platz zum Leben und ein Refugium vor der Säure zu geben.

Nicht nur Austern würden profitieren. Derek Manzello, langjähriger Versauerungs-Experte in Cheeka Rocks in Florida Keys gehört zur National Oceanic and Atmospheric Administration's (NOAA) Überwachungsprogramm für die Korallenriffe. Dies ist ein spezielles Riff, das noch wächst, während fast alle anderen Korallen seit 1980 abgestorben sind. Das ist merkwürdig, weil Cheeca Rocks, wie andere Punkte nahe der Küste in Florida hohe Temperatur-Schwankungen erlebt und große Mengen von Erde und Nährstoffen im Wasser abgeladen werden, was eigentlich das Korallen-Wachstum begrenzen sollte. Es gib mehrere Erklärungen, erstens, dass sie genetisch an harsche Bedingungen gewöhnt sind oder zweitens, dass sie in einem Refugium geringerer Säure leben, das durch nahe gelegene Seegras-Betten ermöglicht wird.

2012 zeigte Manzello, dass Floridas Binnengewässer und auch Cheeca Rocks voller aufgelöstem Aragonit sind, das Korallen zum Wachstum brauchen. Säure im Wasser reduziert den Aragonit-Gehalt; wenn der unter 1 fällt, dann sterben Korallen und ebenfalls Muscheln. In vorindustrieller Zeit hatten diese Binnengewässer allgemein eine Sättigung von 4.6, aber heute haben die meisten Riffe in Florida und der Karibik nur noch ein Niveau von 3.8. Die Binnengewässer Floridas haben immer noch 4.7.

„Das ist ein großer Unterschied,“ sagt Manzello. Der Grund ist, dass Bänke von Seegras in den Binnengewässern wachsen, wie Thelassia testudinum und Manatee Grass (Syringodium filiforme), die CO2 bei der Photosynthese aufnehmen – besonders im Frühjahr.

Eine weitere Studie aus demselben Jahr zeigte denselben Effekt im tropischen Indo-Pazifik. Seegras-Bänke haben dort das Potential, die Aragonite-Sättigung bis auf 2.9 Einheiten zu erhöhen und die pH-Wert auf 0.38. Das gibt den Korallen eine Wachstum um 18 %, was Seegras zum potentiellen Werkzeug für Marine-Parks macht, schreiben die Autoren.

Das Potential ist riesig. Pflanzen im Ozean, von Seegras bis zum Plankton, machen nur 0.05 % der pflanzlichen Bio-Masse an Land aus, sind aber so eifrig und effektiv beim Aufsaugen von Karbondioxyd, dass sie grob dieselbe Menge an Karbondioxyd täglich aufsaugen wie alle Pflanzen an Land. Dennoch werden die Seegras-Ökosysteme vernichtet, durch pandemische Krankheiten, Wasserverschmutzung bis hin zu Küsten-Bebauungsplänen. Die Verlustrate an Seegras ist in die Höhe geschossen von weniger als 1 Prozent global im Jahe 1970 auf 7 % im Jahr 2000, womit Seegras zum bedrohtesten Ökosystem weltweit wurde.

Wiederherstellung und Anbau der Pflanzen hätte viele Vorteile. Waldbusser warnt, dass viele Wissenschaftler noch nichts vom Effekt von Seegras auf die Ozean-Chemie wissen. Ein paar Sorten wie das invasive Zostera japonica Seegras in Oregon fällen ihre Blätter im Winter und das zerfallende Pflanzenmaterial verstärkt das CO2 Niveau im Wasser statt es zu senken. Und wenn das Wasser schnell fließt, wird das Wasser, das durch Pflanzen weniger sauer wurde, schnell hinweggespült, bevor es den vorhandenen Muscheln oder Korallen von Nutzen sein kann.

Seegräser sind nicht die einzige Lösung. Kelp ist auch dafür bekannt, Überschuss-Nährstoffe aufzusaugen und das Wasser für Schalentiere sauberer zu machen. Viele Papiere von Akademikern, die den Nutzen von Kelp erforschen, erwähnen den Nutzen der Entsäuerung nicht einmal. Aber es dauerte für Nichole Price vom Bigelow Labor für Ozeanik in Maine nicht lange um auszurechnen: ”Bei Tang-Anbau auf dem Feld ist die größte Herausforderung, den pH-Wert niedrig zu halten, weil er so viel Kohlendioxyd verbraucht,”sagt Price, die sich fragte, wie die photosynthetischen Algen das Ozeanwasser beeinflussen.

Price schloss sich Ocean Approved an, Nordamerikas ersten kommerziellen Tang-Anbauer und stellte Instrumente innerhalb und außerhalb der Tang-Farmen auf, um zu herausfinden, was vor sich geht. In der noch nicht veröffentlichten Arbeit zeigt sie, dass die Aragonite-Sättigung zwischen einer halben bis zu einer ganzen Einheit in der Farm höher ist. ”Das ist größer als die Veränderung, die wir von der Ozean-Versauerung erwarten,” sagt sie. Nächstes Jahr planen sie, den Wirkungsgrad zu messen, und die Wirkung auch in einer Muschel-Farm um die Ecke zu testen. Jene Farm, sagt Price, habe schon begonnen, Tang anzubauen auf Basis der vorläufigen Ergebnisse.

Der Schlüssel ist, sagt Price, den Tang zu ernten, damit das CO2, das er speichert, aus dem Ökosystem verschwindet. Es ist schwer, mit asiatischen Tang-Lieferanten zu konkurrieren, aber der örtliche Tang kann getrocknet und als Futter oder Dünger genutzt werden, was einen neuen Anreiz für die schwache Küstenwirtschaft ist. ”Es gibt ein großes Potential für Schalentier-Aquakultur, aber die Leute zögern [wegen der Versauerung],” sagt Price, die jetzt dem Bigelow's Center for Venture Research vorsteht. Eine Verbindung mit Seegras könnte der Trick sein, neuen Unternehmen eine Art Versicherung gegen künftige Ereignisse zu verschaffen.

In diesem Herbst wollen Forscher das erste Projekt in großem Maßstab zur bewussten Anpflanzung von Tang starten, um CO2 aufzufangen. Der Puget Sound Restoration Fund aus Bainbridge Island, Washington gewann 1.5 Mill. $ von Paul G. Allen Ocean Challenge im April 2015, um das Potential für Zucker-Tang zu untersuchen und die Versauerung in lokalen Gewässern zu reduzieren, wo es bis zu 7.8 pH gibt.

Laut Plan soll der Anbau auf einem Acre im Oktober starten.

Ozean-Wasser kann auch durch leblos Material gegen Versauerung geschützt werden. Statt CO2 aufzusaugen, wird dem Wasser noch mehr Karbonat hinzugegeben. Das verbessert die Aragonite-Saturierung und macht es den Muscheln einfacher zu wachsen.

Beinahe jede Flussmündung, wo es früher eine blühende Austern-Industrie gab, bemüht sich jetzt, alte Muschelschalen wieder ins Wasser zu bringen, sagt Waldbusser. Den meisten, wenn nicht allen dieser Projekte geht es darum, den Austern oder Muscheln etwas zu geben, worauf sie wachsen können. Ihre Babies sitzen gerne auf Haufen alter Schalen, statt unter Schlamm begraben oder erstickt zu werden. Die Tatsache, dass diese Schalen die Säuregehalt des Wassers zu senken, ist ein zusätzliches Plus.

Die Chesapeake Bucht, merkt er an, hat die bisher intensivste und vielleicht auch größte Riff-Restauration erlebt und (unbeabsichtigt) das größte Dämpfungs-Experiment gegen Versauerung. Etwa 196 Millionen ausgebaggerte Scheffel (36 l Fass) Austern-Schalen wurden zwischen 1960 bis 2006 wieder in die Chesapeake Bucht zurückgebracht. Es fehlen immer noch 100 Mill. Fass Schalen, wenn die Bucht nicht über Jahrhunderte von Austern geplündert worden wäre. Laut Waldbusser sind die Auswirkungen auf die komplexe Wasser-Chemie der Bucht nur schwer feststellbar gewesen. Aber das heißt nicht, dass Schalen nicht den pH-Wert bedeutend verändern können unter verschiedenen Umständen.

Bei einer früheren Arbeit vor der Küste von Maine vermischte Waldbussers Team alte ausgegrabene Schalen mit Ozean-Sedimenten. Es zeigte sich, dass dreimal so viel Austern-Larven sich auf den schalenreichen Böden ansiedelten als auf den Böden ohne Schalen. Der Grund, meint Waldbusser liegt in der Änderung der Wassersäure in den Sedimentporen. ”Es gibt diese unglaublich feindliche Umwelt in den Poren, wo das Wasser im allgemeinen saurer ist als in der Umgebung,” sagt Waldbusser. ”Werden Schalen eingebracht dann wird es weniger feindlich.”

Waldbusser ist vertraut mit anderen Methoden, um den Ozean-pH-Wert zu verändern. Er machte den Vorschlag, die Überschuss CO2 Menge, die in Brutanlagen entstehen, zur Auflösung von kohlensaurem Kalk-Gestein zu nutzen und dann in den Ozean zu pumpen, um die Säure zu dämpfen, genau so, wie man es in Heim-Aquarien macht. Aber das wurde nicht finanziert.
”Es gibt eine Menge Technologien und Dinge, die man tun kann, aber es kommt immer auf die Skalierbarkeit und die unbeabsichtigten Konsequenzen an.” sagt Waldbusser. Gestein zu benutzen, um z. B. das Ozeanwasser zu reinigen, bedarf einer Menge Energie, um die Mineralien vorher zu behandeln und dann muss man das giftige Niveau von Nickel und Cadmium beachten.

Am Ende, sagt Waldbusser, ”komme ich immer auf die Restaurierung zurück.” Neue Seegras-Beete zu pflanzen oder Schalenbänke anzulegen, die früher in den Mündungen existierten, ist viel sicherer und oft einfacher als industrielle Methoden. Und oft treten ”inhärente Vorteile auf, die wir noch gar nicht erkannt haben.”

Nicola Jones ist Freelancer in Pemberton/BritishColumbia. Sie hat sich mit Chemie und Ozeanographie befasst und schreibt vor allem über physikalische Wissenschaften.

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