Unterwasserlärm

Ein Blauwal taucht aus dem antarktischen Wasser auf. Aus seinem Blasloch stößt er Blas, also Atemluft aus.zum Vergrößern anklicken
Blauwale wandern tausende Kilometer im Jahr, Fettreserven fressen sie sich in der Antarktis an.
Quelle: L. Lehnert/ITAW

Für Wale und Robben ist die Fähigkeit, ihre Umgebung akustisch wahrzunehmen, lebenswichtig. Menschgemachter Unterwasserschall kann ihre Hörfähigkeit kurz oder langfristig beeinträchtigen, sie aus wichtigen Lebensräumen vertreiben, zur Veränderung wichtiger Verhaltensweisen führen und so die Überlebensfähigkeit von Meeressäugern verschlechtern.

Inhaltsverzeichnis

 

Lärm im Wasser - ein menschgemachtes Problem

Die meisten Wale und Robben, viele Fische und sogar einige Wirbellose, wie die Tintenfische, verwenden Schall für eine Vielzahl von lebenswichtigen Aktivitäten, beispielsweise zur Kommunikation, Partnersuche, Nahrungssuche, Feindvermeidung oder Navigation. Eine veränderte Geräuschkulisse kann sich negativ auf die biologische Fitness einzelner Tiere und gesamter Populationen auswirken.
Die Ozeane um die Antarktis sind für viele Wale und Robben von ganz besonderer Bedeutung. Hier finden sie im antarktischen Sommer nicht nur ein besonders gutes Nahrungsangebot, sondern auch eine der wenigen Regionen der Welt, die erst wenig durch menschliche Aktivitäten „verlärmt“ ist.

Weltweit steigt die menschgemachte Hintergrundlärmbelastung in den Meeren an und hat sich in einigen Regionen in den letzten 50 Jahren verdoppelt bis verdreifacht.

Anthropogener Unterwasserlärm entsteht vor allem beim Schiffsverkehr, dem Einsatz verschiedener Arten von Sonaren, beim Bau und Betrieb von Offshore-Installationen, wie Windenergieanlagen oder Öl- und Gasplattformen sowie durch seismische Aktivitäten bei der Öl- und Gasexploration und Forschungstätigkeiten. Unterwasserschall kann sich – abhängig von dem Quellschallpegel, der Frequenz sowie den akustischen und geometrischen Eigenschaften des Wasserkörpers und des Meeresbodens – über große Distanzen ausbreiten. In den Meeren der südlichen Hemisphäre ist es leiser als im Rest der Welt. Hier fahren viel weniger Schiffe, so dass der hieraus resultierende, dominierende tieffrequente Hintergrundlärm deutlich niedriger ausfällt.

Menschgemachter Unterwasserschall im Südpolarmeer

Der auf Schiffsverkehr basierte Hintergrundlärm  liegt in der Südlichen Hemisphäre um 20 dB niedriger als im Rest der Welt. Auch wird in der Antarktis weder nach Bodenschätzen gesucht noch werden Offshore-Installationen wie Windkraftanlagen gebaut. Für Fahrten in den Meeren nahe des antarktischen Kontinents sind zudem nur wenige Schiffe ausgerüstet. Dafür konzentriert sich die Schifffahrt hier auf die kurze Zeit um den antarktischen Sommer und bestimmte Regionen, zum Beispiel die häufig von Touristen und Wissenschaftler besuchte Antarktische Halbinsel.

Die meisten Menschen reisen per Schiff in die Antarktis. In der Saison 2012/2013 waren mindestens 95 Touristenschiffe, 40 Forschungsschiffe und 46 Fischereischiffe in den Meeren um die Antarktis aktiv. Darüber hinaus fahren hier noch weitere Yachten und einige illegale Fischereiboote, von denen die meisten mehrmals pro Saison fahren. Jedes dieser Schiffe bringt überwiegend tieffrequenten kontinuierlichen Schall in den Ozean ein. Forschungsschiffe nutzen zudem Geräte, wie wissenschaftliche Luftpulser (engl.: Airguns) oder Sonare, die impulshafte Schallwellen mit erheblichen Quellschallpegeln aussenden: Wissenschaftliche Airguns erreichen Spitzenschallpegel von bis zu 250 dB. Sie sind damit 1.000-mal lauter als ein Schiff. Der größte Teil dieses Lärms stammt aus dem tiefen Frequenzbereich bis 300 Hz in dem auch die im Südlichen Polarmeer häufigen Bartenwale, wie Blauwal oder Buckelwal, überwiegend kommunizieren.

Wie wirkt Unterwasserschall auf Meeressäuger?

Je nach Intensität, Dauer und Kontext der Beschallung können verschiedene Effekte auftreten. Extreme Schallereignisse, wie Unterwassersprengungen, können zu massiven Verletzungen und letztendlich zum Tod von Tieren führen. Aber auch weniger intensive Schallereignisse, wie der Einsatz von wissenschaftlichen Airguns  zur Erkundung des Meeresbodens, können dazu führen, dass ein Meeressäuger eine Schädigung der Hörsysteme (akustisches Trauma) erleidet und kurzfristig oder dauerhaft einen Teil seiner Hörfähigkeit verliert. Ist das Tier weiter von der Schallquelle entfernt, oder handelt es sich um eine weniger laute Quelle, wie etwa Schiffslärm, so können natürliche Verhaltensweisen von Meeressäugern verändert werden. Akustische Störungen können sich vielfältig und unterschiedlich auswirken: Viele Wale verlassen ein Gebiet, wenn es zu laut ist (Fluchtverhalten), andere rufen in einem lauten Umfeld selbst lauter oder verstummen ganz (geändertes Kommunikationsverhalten). Durch Lärm im Meer können die Tiere aber auch abgelenkt sein oder ein Beutetier oder einen gefährlichen Prädator später oder gar nicht hören (akustische Maskierung).

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Schädigung des Gehörs durch Unterwasserschall

Schall, insbesondere impulshafter Schall, kann sich schädigend auf das Hörvermögen von Meeressäugern auswirken und eine temporäre (TTS) oder permanente (PTS) Hörschwellenverschiebung, also eine „Schwerhörigkeit“ auslösen. Hierbei führt die hohe Schallintensität zu einer Überstimulation der Haarzellen (und ihrer unterstützenden Strukturen) im Innenohr. Die Entwicklung einer Lärmschwerhörigkeit ist von vielen Faktoren abhängig: der Dauer der Lärmexposition, der Höhe des Schallpegels, des Frequenzspektrums des einwirkenden Lärms, dem Vorhandensein eventueller Lärmpausen, der Vorbelastung und weiterer individueller Faktoren.

Die TTS ist eine zeitweise Ermüdung des Gehörs, die von biochemischen und physischen Prozessen ausgelöst wird und im Prinzip reversibel ist. Im Verlauf von Stunden oder Tagen kommt es meist zu einer Normalisierung der Hörschwelle. Trotzdem kann sie langfristig zur neuronalen Degeneration der synaptischen Kontakte zwischen Haarzellen und Nervengewebe und dadurch zu einer späteren Schwerhörigkeit im Alter führen. Hierzu gibt es nur sehr wenige Untersuchungen an Meeressäugetieren und keine an Großwalen. Wenig ist darüber bekannt, wie sich wiederholtes Auslösen einer TTS auswirkt. Forschungen an Mäusen und Meerschweinchen weisen darauf hin, dass die mehrfache Auslösung einer TTS zu kumulativen Schadeffekten führen kann. Bei Versuchen an einem Schweinswal, der einzigen in Deutschland heimischen Walart, wurden durch einen einzigen Schall-„Schuss“ mit einer Airgun  eine TTS ausgelöst und hierbei ein Spitzenschalldruck von 194 dB direkt an dem Schweinswal gemessen.

Für Schweinswale in Deutschland hat das BMUB ein Schallschutzkonzept veröffentlicht, das die Empfehlung des UBA für ein duales Lärmschutz-Kriteriums übernommen hat: Schweinswale sollen bei Rammarbeiten zu Offshore-Windkraftanlagen keinen Lärmpegeln ausgesetzt werden, die zu einer Beeinträchtigung des Gehörs im Sinne einer TTS führen können. In einer Entfernung von 750 Metern von der Schallquelle dürfen daher für ein Einzelereignis ein Schallexpositionspegel (SEL) von 160 dB und ein Spitzenschalldruckpegel (SPLp-p) von 190 dB nicht überschritten werden, wenn Schäden an Schweinswalen nach derzeitigem Stand des Wissens ausgeschlossen werden sollen. Für Wale im Südpolarmeer gibt es noch keine entsprechenden Schutzwerte. Das UBA setzt sich international dafür ein, dass für die in der Antarktis heimischen 20 marinen Säugetiere (Wale und Robben) ein Schallschutzkonzept entwickelt wird.

 

Störung durch Unterwasserschall

Menschengemachter Lärm kann, auch wenn er sich nicht direkt verletzend auswirkt, durch seine störende Wirkung negative Auswirkungen auf die Überlebensfähigkeit von Individuen oder ganzen Populationen haben. Von Schiffen und Forschungsgeräten ausgesandte tieffrequente Schallwellen erfahren eine geringere Dämpfung als höhere Frequenzen und können daher weiter und lauter im Meer wahrgenommen werden. Impulshafte Schallquellen, wie Airguns, können so noch in mehr als 1.000 km Entfernung über ganze Ozeanbeckens hinweg gehört werden.

Anthropogener Unterwasserschall kann so störend sein, dass er Meeressäugern aus relevanten Lebensräumen vertreiben, wichtiger Verhaltensweisen unterbrechen oder eine Änderung der Kommunikationsstrategie bewirken kann. Derartiger Lärm kann darüber hinaus auch zur „akustischen Maskierung“ von Umgebungssignalen führen: Werden Schallsignale aus der Umgebung überdeckt, also quasi das „Sehfeld“ von marinen Säugetieren verkleinert, so kann dies die biologische Fitness von bereits gefährdeten Tierarten wie z.B. Blau- oder Finnwal verschlechtern.

  • Akustisch ausgelöste Verhaltensänderungen können sich in vielfältiger Weise auswirken. Die am einfachsten nachzuweisende Auswirkung ist das Meideverhalten: Störungen können zu dazu führen, dass Tiere den beschallten Bereich verlassen, um Störschall auszuweichen. Akustische Störungen können aber auch zur Unterbrechung der Nahrungsaufnahme und nötiger Ruhephasen führen, das Meideverhalten gegenüber Raubfeinden beeinflussen, die Migration behindern oder zu Unterbrechungen bei der Ernährung und Aufzucht von Jungtieren führen.
  • Wird die Wahrnehmung von biologisch wichtigen Geräuschen „maskiert“, kann dies zum Beispiel die Verkleinerung des akustischen Raumes zur Kommunikation oder zur Nahrungsfindung, aber auch die Reduzierung des Informationsgehaltes von Umgebungssignalen bedingen. Diese Effekte sind vor allem von der Stärke der Schallpegel sowie von den Frequenzanteilen der maskierenden Schallquelle abhängig.

Die Quantifizierung dieser Effekte ist komplex und bislang erst in Ansätzen möglich. International wird derzeit an der Entwicklung von Modellen gearbeitet, die die Auswirkungen von Störung auf Populationen von marinen Säugetieren bewerten und quantifizieren, beispielsweise durch das PCoD-Modell (engl.: Population Consequences of other Disturbances).

Um die möglichen Störungseffekte durch laute impulshafte Schallquellen besser zu bewerten, hat das UBA eine Studie in Auftrag gegeben, die die Fernwirkung von Airgunsignalen bis in 2000 km analysiert hat. Die entwickelten Modelle  zeigen, dass sich Airgunimpulse ab Entfernungen von 1.000 km zu einem kontinuierlichen Geräusch ausdehnen und den natürlichen Kommunikationsraum von beispielsweise Blau- und Finnwalen in der Antarktis bis auf 1 % schrumpfen lassen können.
Um den Einfluss von schädlichem Lärm zu minimieren, hat das BMUB für die Nordsee ein Schallschutzkonzept entwickelt[1], dass den in Deutschland vorkommenden Schweinswal vor schädlichen Einflüssen durch Verletzung und Störung bewahren soll. Das Schutzkonzept für Störung basiert auf Studien, die signifikantes Meideverhalten für Schallexpositionspegel (SEL) um 140 dB zeigen.
Für Wale im Südlichen Polarmeer gibt es noch kein entsprechendes Schutzkonzept. Das UBA setzt sich international dafür ein, dass für die in der Antarktis heimischen 20 marinen Säugetiere (Wale und Robben) ein Schallschutzkonzept entwickelt wird.