Im hohen Norden ist es besonderes schlimm: Die steigenden Kohlendioxid-Werte in der Atmosphäre führen im westlichen Arktischen Ozean zu einer deutlich intensiveren Versauerung als in anderen Meeresregionen, berichten Forscher. Der starke Trend ist dabei auf den Verlust des Meereises in der Region zurückzuführen, legen die Datenauswertungen aus dem Zeitraum von 1994 bis 2020 nahe. Offenbar nimmt das zunehmend freigelegte Wasser das versauernd wirkende Kohlendioxid besonders intensiv auf. Dies könnte die Ökosysteme im Nordpolarmeer in komplexer Weise beeinträchtigen, befürchten die Forscher.

Das Prinzip ist von der Sprudelflasche bekannt – gelöstes Kohlendioxid macht Wasser säuerlich. Ähnliches gilt auch im globalen Maßstab: CO₂ aus der Atmosphäre geht in das Oberflächenwasser der Meere über und lässt den pH-Wert sinken. Je mehr des Gases in der Luft liegt, desto intensiver sind dabei beide Effekte. Auf diese Weise haben die Weltmeere zwar große Mengen des menschengemachten Treibhausgases geschluckt, dabei wurde ihr Wasser allerdings auch in problematischer Weise saurer. Studien der letzten Jahre haben gezeigt, dass die sinkenden pH-Werte Meerestieren schaden können. Vor allem sind Organismen betroffen, deren Strukturen aus Kalzium-Verbindungen bestehen. In eher säuerlichem Wasser bekommen etwa Muscheln, Korallen oder winzige Krebschen und Kieselalgen Probleme beim Aufbau ihrer Strukturen.

Arktische Gewässer sind besonders betroffen

Es ist bereits bekannt, dass sich das Ausmaß und die Zunahme der Ozeanversauerung zwischen den Meeresregionen der Welt deutlich unterscheidet. Dies hat mit den jeweiligen Bedingungen vor Ort zu tun. Ein internationales Forscherteam richtet dabei nun den Blick auf die Gewässer der Arktis. Im Rahmen ihrer Studie haben sie Wasseranalyse-Daten ausgewertet, die auf insgesamt 47 Forschungsreisen zwischen 1994 und 2020 im westlichen Arktischen Ozean gesammelt wurden. Sie ermöglichten es, die Veränderungen des pH-Werts des Meerwassers und des Sättigungszustands des Kalziumkarbonatminerals Aragonit abzuschätzen. Dabei handelt es sich um die beiden zentralen Messgrößen bei der Untersuchung der Ozeanversauerung.

Wie das Team berichtet, stellten sie im Fall des westlichen Arktischen Ozeans einen sehr ausgeprägten Versauerungs-Trend fest. Im Durchschnitt schreitet die Zunahme des Säuregehalts dort mit einer drei- bis viermal höheren Rate voran als in anderen Meeresregionen, schreiben die Wissenschaftler. Ihnen zufolge spiegelt sich in den Studienergebnissen auch wider, worauf diese Besonderheit zurückzuführen ist: auf den zunehmenden Verlust der Meereisbedeckung im Zuge des Klimawandels. Dies zeigt sich an einer Korrelation zwischen den Veränderungen der Säuregehalte im Meerwasser und den Schwankungen der jährlichen Eisbedeckung im Untersuchungszeitraum.

Faktor Eisschmelze

Wie die Forscher erklären, schmolz das arktische Meereis während der Sommersaison in der Vergangenheit meist nur in Randgebieten. Das begann sich ab den 1980er Jahren deutlich zu ändern. Das Ausmaß fluktuiert zwar, doch vor allem in den letzten 15 Jahren ist ein starker Trend zur Eisschmelze zu verzeichnen, die immer weitere Teile des arktischen Ozeans erreicht. In den Analyseergebnissen der Langzeitbetrachtung zeichnet sich dabei nun der Zusammenhang von Eisschmelze und Versauerung ab, berichten die Wissenschaftler.

Wie ihre Modellierungen nahelegen, spielen bei der besonders intensiven Versauerung im arktischen Wasser drei Faktoren im Zuge der Eisschmelze eine Rolle: Das von der Bedeckung befreite Oberflächenwasser besitzt eine hohe Aufnahmekapazität gegenüber atmosphärischem Kohlendioxid und kann das Gas deshalb vermehrt aufnehmen. Außerdem verdünnte das Schmelzwasser die Karbonat-Ionen-Konzentration im Meerwasser, wodurch dessen Fähigkeit geschwächt wird, das Kohlendioxid in Bikarbonat zu neutralisieren. Dadurch sinkt der pH-Wert stärker, erklären die Forscher. Zudem ist das mit Schmelzwasser vermischte Meerwasser vergleichsweise leicht, bleibt dadurch an der Oberfläche und mischt sich deshalb kaum mit Tiefenwasser. So kommt es zu einer vergleichsweise geringen Verteilung des gelösten Kohlendioxids und seiner versauernden Wirkung.

Dem Team zufolge sind nun weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die Mechanismen weiter zu untersuchen. Aber die bisherigen Daten verdeutlichen bereits erneut die komplexen und weitreichenden Auswirkungen des Klimawandels. Wenn das Meereis in der westlichen Arktis weiter abnimmt, könnte sich die Versauerung in den nächsten Jahrzehnten fortsetzen und verstärken, betonen die Forscher. „Wenn das gesamte mehrjährige Eis durch einjähriges Eis ersetzt wird, sinkt die Alkalinität und die Pufferkapazität und die Versauerung setzt sich fort“, sagt Seniorautor Wei-Jun Cai von der University of Delaware. „Wir glauben, dass bis 2050 das gesamte Eis im Sommer verschwunden sein wird. In einigen Berichten wird dies bereits für 2030 vorausgesagt. Und wenn wir den derzeitigen Trend noch 20 Jahre lang fortsetzen, wird die Versauerung im Sommer sehr stark sein. Doch wie wird sich das auf die Biologie dort auswirken?“, fragt Cai. Bisher lässt sich das nicht genau sagen, doch es ist mit kritischen Effekten für die Lebewesen zu rechnen, die an bestimmte Wasserwerte angepasst sind, und damit mit weitreichenden ökologische Folgen.

Quelle: University of Delaware, Fachartikel: Science, doi: Science, doi: 10.1126/science.abo0383

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