Versauerung der Weltmeere

Der Zwilling der Erderwärmung

Die Chemie

Die Weltmeere nehmen aktiv CO2 aus der Umgebung auf und sind damit natürliche CO2-Binder. Sie sorgen für ein Konzentrationsgleichgewicht zwischen dem Wasser und der Atmosphäre. Wenn die Konzentration des Kohlenstoffdioxids in der Atmosphäre höher ist als im Meer, bindet es CO2 an der Wasseroberfläche um dieses Ungleichgewicht auszugleichen. Analog dazu gibt es CO2 ab, wenn die Konzentration in der Atmosphäre geringer ist als im Wasser. Zusätzlich spielt die Temperatur eine Rolle: Warmes Wasser nimmt weniger Kohlenstoffdioxid auf als kaltes.

 

In der Atmosphäre ist Kohlenstoffdioxid chemisch inaktiv, d.h. es geht keine Verbindungen mit anderen Gasen ein. Ganz anders verhält es sich jedoch im Meerwasser. Fast das gesamte darin gelöste CO2 geht Verbindungen mit anderen Stoffen ein. Wenn es sich in Meerwasser löst, reagiert es mit Wasser und bildet dabei verschiedene anorganische Bindungen:

 

Die Produkte reagieren zum Teil ebenfalls mit Wasser:

 

 

 

 

Nebst Oxonium-Ionen und Hydrogencarbonat-Ionen reagiert das CO2 auch zu Kohlensäure, welche wiederum Hydrogencarbonat freisetzt.

 

 

 

 

Die starke Zunahme von Oxonium-Ionen führt zu einem niedrigen pH-Wert. Oder in anderen Worten: Die Meere werden sauer.

 

 

 

Die Folgen

Seit Beginn der Industrialisierung werden fossile Brennstoffe verbrannt und dadurch massenhaft Kohlenstoffdioxid produziert. Jährlich sind es bis zu neun Milliarden Tonnen, welche in die Luft geblasen werden. Die Zahl steigert sich jedes Jahr um 6%. Durch die extremen Ausstösse ist die Kohlenstoffkonzentration in der Atmosphäre heute, mit über 400ppm (parts per million) höher als in den letzten 800'000 Jahren. Durch diese immense Zunahme der Konzentration in der Atmosphäre probieren die Meere, die Schieflage der Konzentration zwischen Meer und Atmosphäre auszugleichen und nehmen mehr CO2 auf, als sie abgeben. Auf diese Weise bringen Menschen ständig Kohlenstoffdioxid in die Meere ein, wie es die Schlote tun, allerdings nicht von unten, sondern von oben, und nicht lokal, sondern weltweit. Zweieinhalb Milliarden Tonnen wurden dieses Jahr aufgenommen, nächstes Jahr wird es dieselbe Menge sein.

 

Durch diese permanente Zufuhr ist der durchschnittliche pH-Wert des Meeresoberfläche von 8.2 auf 8.1 gefallen. Dies klingt zunächst nach einer geringen Veränderung. Da die pH-Skala aber logarithmisch ist, bedeutet die Differenz von 0.1 eine Säurezunahme von fast 30%.

 

Viele Spezies kommen in einem versauerten Meer zwar gut zurecht, aber für zahlreiche andere gilt das nicht. Während Plankton gut damit umgehen kann, leiden vor allem die Lebewesen, die ein Kalkskelett bilden (zum Beispiel Korallen), am meisten. Diese müssen Kalziumionen (Ca2+) und Karbonationen((CO3)2-) verbinden, um Schalen, Exoskelette oder Kalkplättchen zu produzieren. In "normalen", nicht übersäuerten Gewässern müssen die Organismen die chemischen Verhältnisse des Wassers am Ort der Kalzifikation verändern, um die Reaktion(en) durchführen zu können. Die Versauerung der Meere erhöht die Kosten der Kalzifikation, indem sie die Zahl der verfügbaren Karbonat-Ionen reduziert (siehe Reaktionsgleichung 5). Je saurer das Wasser ist, umso mehr Energie erfordern die Schritte. Es ist, als ob man probiert, ein Haus zu bauen, während ständig Bausteine gestohlen werden. An einem gewissen Punkt wird das Wasser zersetzend und beginnt, den Kalk aufzulösen. Zusätzlich kann CO2 als Gas ungehindert durch Zellmembranen wandern und verändert so den pH-Wert der Körperzellen und des Blutes (des Hämolymphes). Die Veränderung des natürlichen Säure-Base-Haushalts muss vom Organismus kompensiert werden, was manchen Tierarten besser und anderen schlechter gelingt. Eine dauerhafte Verschiebung der Säure-Base-Parameter innerhalb eines Organismus kann das Wachstum oder die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen und so im schlimmsten Fall das Überleben einer Art gefährden

 

Im Verlaufe der Erdgeschichte gab es öfters starke Ab- oder Zunahmen des pH-Wertes, welche genauso abliefen wie heute. Allerdings geschah dies über einen Zeitraum von mehreren hundert, vielleicht auch Tausenden von Jahren. Die Organismen hatten über mehrere Generationen Zeit, sich den neuen Verhältnissen anzupassen. Dies ist heute nicht der Fall. 

 

Einfache Methoden, die Meere vor der Versauerung zu schützen, gibt es nicht. Denn je mehr CO2 in der Atmosphäre vorhanden ist, desto schneller versauern die Meere und desto schwieriger wird es, diesen Effekt aufzuhalten. Außerdem spielen auch lokale Eingriffe eine große Rolle. Wird zu viel gedüngt oder gefischt, hat das Auswirkungen auf das Gleichgewicht im Meer. Auch globale Veränderungen, die durch die Erderwärmung entstehen, verschlechtern die Situation. Gerade deswegen kann dieses Problem nicht ohne Weiteres gelöst werden. 

Ein weiteres Problem ist, dass die Fähigkeit der Ozeane, CO2 zu speichern, mit zunehmeder Versauerung abnimmt. Sie werden also als CO2-Speicher immer schlechter, was wiederum den Treibhauseffekt erhöht und somit auch die Erwärmung der Meere beschleunigt. So wird ein fataler Teufelskreislauf in Gang gesetzt.

( 1 )  CO2 + 2 H2O (H3O)+ + (HCO3)-  

 ( 2 ) (HCO3)- + H2O ⇌ (CO3)2- + (H3O)+

( 3) CO2 + H2O -> H2CO3

( 4 ) H2CO3 -> H+ + (HCO3)-

( 5 ) H+ + (CO3)2- -> (HCO3)-