Eutrophierung der Ostsee

Nährstoffeinträge sind für die Ostsee ein großes ökologisches Problem. Übermäßiges Wachstum von Phytoplankton ist die Folge. Absterbendes Plankton wiederum führt zu Licht- und Sauerstoffmangel, die das Leben von Seegräsern, Blasentang und Bodentieren beeinträchtigen. Die Nährstoffeinträge in die Ostsee sinken zwar seit den 1980er Jahren, dennoch gilt das Binnenmeer weiterhin als stark eutrophiert.

Nährstoffe verändern Leben in der Ostsee

Eutrophierung ist die durch menschliche Aktivitäten verursachte Überdüngung des Wassers mit Nährstoffen wie Phosphor und Stickstoff. Die Ostsee ist als Binnenmeer aufgrund des geringen Wasseraustauschs mit der Nordsee besonders stark davon betroffen: Die Nährstoffe reichern sich an, es bilden sich Nährstoffüberschüsse. Diese bewirken, dass mikroskopisch kleine schwebende Algen – das „Phytoplankton“ – und große, festsitzende Algen – die „Makrophyten“ – sich stark vermehren. Hohe Algendichten können jedoch zu Lichtmangel und der mikrobielle Abbau der im Überschuss gebildeten pflanzlichen Biomasse zu Sauerstoffmangel führen. Beide Effekte senken die Qualität des Wassers. Beschattung infolge von Lichtmangel hindert insbesondere die am Boden lebenden Pflanzen am Wachstum. Sauerstoffmangel sowie das Auftreten giftigen Schwefelwasserstoffs führen bei im Wasser beweglichen Tieren zu Fluchtreaktionen und bei fest sitzenden Tieren zum Absterben.

Nährstoffeinträge

Die Nährstoffeinträge über die Flüsse und die Atmosphäre stiegen im Laufe des 20. Jahrhundert bis zur Mitte der 1980er Jahre erheblich an. Sie haben viele Quellen. Sie stammen aus der Düngung landwirtschaftlicher Flächen, der Tierproduktion, aus kommunalen sowie industriellen Abwässern und aus Verbrennungsprozessen (konventionelle Kraftwerke, Schifffahrt, Straßenverkehr).

Doch es gibt Lichtblicke: Zwischen den Jahren 1985 bis 2005 sanken die Nährstoffeinträge in die Oberflächengewässer im deutschen Einzugsgebiet der Ostsee: Die Phosphoreinträge gingen um 76 und die Stickstofffeinträge um 50 Prozent (%) zurück. Im Zeitraum von 2006 bis 2008 war für Stickstoff ein weiterer Rückgang der Einträge um 8 % zu verzeichnen, während die Phosphoreinträge wieder leicht anstiegen.

Dennoch gelangten im Jahr 2010 immer noch 29.738 Tonnen (t) Stickstoff und 780 t Phosphor über deutsche Flüsse in die deutsche Ostsee – das entspricht 496 beziehungsweise 13 Güterwaggons mit einer Ladekapazität von 60 t. Die Hälfte dieser Frachten stammten aus der Trave, 29 % aus der Peene, 17 % aus der Warnow und 4 % aus der Schwentine. Hinzu kommen Nährstofffrachten aus der Oder, die an der polnischen Küste in die Ostsee fließt. Ihre Frachten belasten vor allem das Stettiner Haff, den Greifswalder Bodden und die Pommersche Bucht. Doch nicht alle Nährstoffe gelangen über die Flüsse in die Ostsee: Mit 29.953 t gelangte 2010 mehr als die Hälfte allen Stickstoffs über den Luftpfad in das Binnenmeer.

Die Abnahme der Nährstoffeinträge seit den 1980er Jahren spiegelt sich auch im Rückgang der Nährstoffgehalte im Ostseewasser wider. Während in der offenen Ostsee im Arkonabecken zwischen Rügen und Schweden die Zielwerte des Helsinki-Übereinkommens zum Schutz der Meeresumwelt des Ostseegebiets (HELCOM) für gelöste anorganische Stickstoffverbindungen (DIN) knapp erreicht werden, werden die Phosphat-Zielwerte noch um fast das Doppelte überschritten (siehe Abb. „DIN- und Phosphatkonzentrationen und Standardabweichungen in der winterlichen Oberflächenschicht (0-10m) in der Arkonasee im Vergleich zu den HELCOM-Zielwerten“). In Flussmündungen und Küstengewässern sind die DIN-Gehalte weiterhin deutlich zu hoch. 

Im Arkonabecken wurden bis zu einer Tiefe von 10 Metern die höchsten winterlichen Gehalte an gelösten anorganischen Stickstoffverbindungen (DIN) in den Jahren 1979 bis 1988 mit rund 4,5 Mikromol pro Liter gemessen. Die höchsten Phosphatgehalte lagen zwisc
DIN- und Phosphatkonzentrationen und Standardabweichungen in der winterlichen Oberflächenschicht ...
Quelle: Institut für Ostseeforschung Warnemünde Diagramm als PDF

Folgen der Überdüngung

Zu vieler Nährstoffe führen dazu, dass Algen verstärkt wachsen können. Das hat mehrere Folgen:

  • Die Sichttiefe verringert sich: In der offenen Ostsee lag die Sichttiefe in den Sommern der Jahre 2007 bis 2011 im Arkonabecken vor Rügen bei ungefähr 7 Meter (m). Um das Jahr 1900 konnte dort bis zu 10 m tief ins Wasser geblickt werden. In der Pommerschen Bucht beträgt die Sichttiefe küstennah nur 3 m.
  • Seit dem Jahr 1979 verändert sich die Zusammensetzung des Phytoplanktons. Es gibt mehr Panzergeißler (Dinoflagellaten) und weniger Kieselalgen (Diatomeen). Es treten auch häufiger Blüten von teilweise giftigen Algen sowie von Blaualgen auf, die Cyanobakterien genannt werden (siehe Foto „Verteilung der Cyanobakterien in der Ostsee“). Im Juli 2010 bedeckte ein Blaualgenteppich fast 90 Prozent (%) der gesamten Ostsee. Algenteppiche driften immer wieder an die Strände Mecklenburg-Vorpommerns und Schleswig-Holsteins, so dass dort der Badebetrieb eingestellt werden muss.
  • Großalgen, Blasentang und Seegras reagieren empfindlich, wenn Phytoplankton ihren Lebensraum verkleinert, indem sie die Lichtdurchlässigkeit verschlechtern und damit die Sichttiefe verringern. So wuchs der Blasentang Anfang des 20. Jahrhunderts noch in einer Tiefe von bis zu 10 m. Heute findet man ihn an der Küste Mecklenburg-Vorpommerns lediglich bis in 2 m Tiefe. Seegraswiesen in der Prerower Bucht sind von schnellwüchsigen fädigen Braunalgen überwachsen. Solche Algen werden im Sommer oft an die Strände gespült und verrotten dort unter Freisetzung von Faulgasen (siehe Foto „Algenmatten am Strand von Glowe auf Rügen“).

 

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Sauerstoffmangel – ein natürliches Phänomen der Ostsee

Für Bodenbewohner der Meere ist es nicht mehr tolerabel, wenn ein Liter Wasser weniger als zwei Milligramm Sauerstoff enthält. Sesshafte Bodenbewohner ersticken, während mobile Tiere oft fliehen können. Tritt Sauerstoffmangel großflächig auf, wird auch Fischsterben beobachtet. Bei vollständigem Sauerstoffverbrauch produzieren Schwefelbakterien beim Abbau organischer Materie zudem das Zellgift Schwefelwasserstoff. Das verstärkt das großflächige Absterben der Bodenbewohner.

In der Ostsee ist Sauerstoffmangel aufgrund des geringen und sporadischen Wasseraustauschs mit der Nordsee – also des Binnenmeercharakters – und der Abfolge von relativ tiefen Becken ein natürliches Phänomen. Häufigkeit, Stärke und räumliche Ausdehnung dieser Totzonen nahmen aufgrund der Nährstoffeinträge in Küstengewässer und der offenen Ostsee aber deutlich zu. Sauerstoffarmut entsteht, wenn Mikroorganismen abgestorbenes Plankton unter Sauerstoffverbrauch abbauen. Sauerstoffmangel führt zudem dazu, dass sich Nährstoffe aus dem Sediment lösen. Dann beginnt der Teufelskreislauf der sich selbst verstärkenden Eutrophierung.

Ein Beispiel: In die Darß-Zingster Boddenkette wurden gemäß einer Studie aus dem Jahr 2001 rund 99 Tonnen (t) Phosphor über Flüsse und den Luftpfad eingetragen. Dem stand eine Freisetzung von 360 bis 480 t Phosphor aus den Sedimenten gegenüber (Schlungbaum et al., 2001). Das zeigt, mit der Senkung externer Einträge lässt sich in einigen Bereichen der Ostsee kurz- oder mittelfristig kaum die Menge der verfügbaren Nährstoffe verringern.

Tipps zum Weiterlesen:

SCHLUNGBAUM, G.; BAUDLER, H.; KRECH, M. & KWIATKOWSKI, B. (2001): Die Darß Zingster Boddenkette
– Eine Studie. - Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie, Schriftenreihe, Heft 1: 1-209.

Folgen des Sauerstoffmangels

In den Küstengewässern Schleswig-Holsteins und Mecklenburg-Vorpommerns kommt es wie vor der dänischen Küste jedes Jahr im Sommer und Herbst zu Sauerstoffdefiziten im grundnahen Wasser. Drei Beispiele:

  • Untersuchungen der deutschen Meeresmessstation Fehmarnbelt zeigen, dass die Artenzahl der Bodenbewohner des Belts zwischen den Jahren 1991 und 2011 dann abnahm, wenn Sauerstoffmangel herrschte (siehe Abb. „Entwicklung der Artenzahlen des Makrozoobenthos an der Station Fehmarnbelt“). Während sich die absolute Artenzahl und die Biomasse bodenlebender Tiere nach solchen Ereignissen relativ schnell wieder erholen, verändert sich die Populationsstruktur langlebiger Arten über viele Jahrzehnte.
  • Eine Erhebung der Sauerstoffgehalte durch das Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume (LLUR) in Schleswig Holstein in der westlichen Ostsee im September 2012 zeigt, dass 68 Prozent (%) aller Messwerte an den Stationen mit über 15 Meter (m) Wassertiefe auf die von Schleswig-Holstein festgelegten Güteklassen "schlecht" und "ungenügend" entfallen. Das heißt, ein Liter (l) Ostseewasser enthält dort dann weniger als 1 bis 2 Milligramm (mg) Sauerstoff (siehe Abb. „Stationsbezogene klassifizierte Sauerstoffgehalte im Tiefenwasser“).
  • Die bisher größte und langanhaltendste Ausdehnung von Sauerstoffmangelgebieten in der westlichen Ostsee wurde im Sommer 2002 beobachtet (HELCOM, 2003). 47 % der Fläche des Kattegats und der Beltsee – also des Öresunds, des Kleinen und Großen Belts, der Kieler- und der Mecklenburger Bucht sowie des Fehmarnbelts – wiesen Sauerstoffgehalte unter 4 mg/l auf. Auf 21 % der Fläche lagen die Konzentrationen sogar unter 2 mg/l. Auslösende Faktoren waren hohe Nähstoffeinträge in Folge starker Regenfälle im Winter und Sommer, hohe Wassertemperaturen und ein geringer Transport von Sauerstoff in größere Wassertiefen, ausgelöst durch hohe Wassertemperaturen, geringe Winde und fehlendem Einstrom von sauerstoffreichem Nordseewasser.

 

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HELCOM-Eutrophierungsbewertungen

Die zehn Vertragsstaaten des Helsinki-Übereinkommens zum Schutz der Meeresumwelt des Ostseegebiets (HELCOM) bewerten regelmäßig den Nährstoffzustand der Ostsee. Sie nutzten für den Zustandsbericht 2009 erstmals das HELCOM Eutrophication Assessment Tool (HEAT) als einheitliches Bewertungsverfahren. Die Staaten messen im Ostseewasser unter anderem den Gehalt der Nährstoffe, die Sichttiefe, den Sauerstoffgehalt und die Konzentration des grünen Pflanzenfarbstoffs Chlorophyll a stellvertretend für den Gehalt des Phytoplanktons. Dieser Zustandsbericht zeigt, auch der gesunkene Nährstoffeintrag löste noch übermäßiges Algenwachstum, Sauerstoffmangel, Rückgang von Seegraswiesen und der Zahl bodenlebender Tiere sowie Fischsterben aus. Von den 189 untersuchten Gebieten, in die HELCOM die Ostsee aufteilte, konnten nur 13 als „nicht eutrophiert“ eingestuft werden. Alle Gebiete der deutschen Hoheitszone gelten hingegen als nährstoffbelastet – das gilt vor allem für die Förden, die Bodden und die Haffe (siehe Karte „Klassifizierung des Eutrophierungsstatus“). Eine vorläufige aktuelle Eutrophierungsbewertung basierend auf Daten der Jahre 2007 bis 2011 lässt noch keine Verbesserung des Zustands erkennen.

Die Ostsee ist größtenteils überdüngt. Sowohl die Küstengewässer als auch die offene See befinden sich meist – nach der Eutrophierungsbewertung von HELCOM – in einem mäßigen oder schlechten Zustand.
Klassifizierung des Eutrophierungsstatus gemäß HELCOM
Quelle: HELCOM

Der HELCOM-Ostseeaktionsplan

Im Jahr 2007 verabschiedeten die Vertragsstaaten des Helsinki-Übereinkommens zum Schutz der Meeresumwelt des Ostseegebiets (HELCOM) den Ostseeaktionsplan. Er enthält ehrgeizige Nährstoffreduktionsziele. Das schwedische Baltic Nest Institute hat diese Ziele einer wissenschaftlichen Überarbeitung unterworfen. Auf dem HELCOM-Ministertreffen am 3. Oktober 2013 in Kopenhagen wurden neue Zielwerte verabschiedet, die erstmals auch atmosphärische Stickstoffeinträge berücksichtigen. Deutschland hat sich in der Ministererklärung verpflichtet, seine Stickstoffeinträge bis 2016 um 7.670 Tonnen (t) und die Phosphoreinträge um 170 t zu senken. Neben den Reduktionsverpflichtungen der HELCOM-Vertragsstaaten wurden in der Ministererklärung erstmals auch konkrete Reduktionserfordernisse für Nicht-Vertragsstaaten und die Schifffahrt formuliert.

Die Vertragsstaaten haben sich zudem im Jahr 2012 basierend auf den Ergebnissen des TARGREV-Projektes auf wissenschaftlich basierte Zielwerte für Nährstoffe, Chlorophyll a, Sichttiefe und Sauerstoff geeinigt. Ausgangspunkt für diese Zielwerte ist die Sauerstoffschuld in den zentralen Ostseebecken, die nach 1940 sprunghaft angestiegen ist und auf einen ökosystemverträglichen Wert verringert werden soll.

Bewertung gemäß EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL)

Gemäß der 2000 in Kraft getretenen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) der Europäischen Union bewerten die Länder die Eutrophierung nicht direkt, sondern ihre Auswirkungen auf den ökologischen Zustand anhand der biologischen Qualitätskomponenten Mikroalgen (Phytoplankton), Großalgen und Blütenpflanzen (Makrophyten) sowie wirbellose Bodentiere (Makrozoobenthos). 

Aufgrund von Eutrophierungseffekten verfehlten 2008 43 von 44 bewerteten Wasserkörpern den „guten Zustand“ (siehe Artikel „Ökologischer Zustand der Küstengewässer der Ostsee“).

Bewertung gemäß EU-Meeresstrategierahmenrichtlinie (MRSL)

Im Juli 2008 trat die Meeresstrategierahmenrichtlinie der Europäischen Union (EU) in Kraft. In ihr legten die EU-Mitgliedsstaaten das Ziel fest, dass sich alle europäischen Meere bis zum Jahr 2020 in einem guten Umweltzustand befinden. Dieser gute Zustand wird durch zwölf qualitative Deskriptoren beschrieben, der fünfte betrifft die Eutrophierung. Danach ist die vom Menschen verursachte Eutrophierung auf ein Minimum zu senken. Bis Juli 2012 mussten die EU-Mitgliedsstaaten den Umweltzustand der Meere bewerten. Deutschland kommt in dieser Anfangsbewertung zum Schluss, dass die Anreicherung mit Nährstoffen und organischem Material in der Nordsee weiterhin zu hoch ist und das Ökosystem erheblich beeinträchtigt. Deutschland hat sich im gleichen Jahr auch Umweltziele für die deutsche Ostsee gesetzt. Das übergeordnete Ziel lautet: Bis zum Jahr 2020 eine Ostsee „ohne Beeinträchtigung durch vom Menschen verursachte Eutrophierung“ zu erreichen. Ob dies möglich ist, hängt davon ab, ob es Deutschland und den anderen Ostseeanrainerstaaten gelingt, die Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft deutlich zu senken.

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