Schwermetalle im Ozean Das Meer wird giftiger – durch Mensch und Klimawandel

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Zehnmal mehr Quecksilber gelangt heute ins Meer als zur vorindustriellen Zeit. Und das ist nur eine von vielen Schwermetallbelastungen unserer Ozeane. Ein Team mit Beteiligung des Geomar in Kiel hat Schadstoffquellen und Ursachen analysiert und zeigt natürliche sowie menschengemachte Verbreitungswege auf.

Der Ozean wird wärmer, er wird saurer, und er verliert Sauerstoff. All diese Folgen des Klimawandels sind bekannt. Was noch wenig untersucht wurde: Gleichzeitig beeinflussen diese Veränderungen Schadstoffe in den Meeren. Ein Team um Forscher vom Geomar hat nun die „Auswirkungen des Klimawandels auf Transport, Verbleib und Biogeochemie von Spurenstoff-Kontaminanten in küstennahen marinen Ökosystemen“ in einer gleichnamigen Studie untersucht.

Menschengemachte und natürliche Schadstoffquellen untersucht

Die Wissenschaftler haben Wechselwirkungen der Spurenelemente mit dem Klimawandel näher beleuchtet. „Dabei haben wir uns die durch den Menschen verursachten und die natürlichen Quellen angeschaut“, sagt Dr. Rebecca Zitoun, Meereschemikerin am Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, und eine der beiden Erstautorinnen. Metalle wie Blei, Quecksilber und Cadmium gelangen nicht nur durch menschliche Aktivitäten wie Industrie, oder das Verbrennen von fossilen Brennstoffen in den Ozean. Auch natürliche Quellen verändern sich im Klimawandel: Der Meeresspiegel steigt, Flüsse treten über die Ufer oder trocknen aus, Meereis und Gletscher schmelzen – all das mobilisiert und erhöht Schadstoffflüsse.

Die Studie fasst die Ergebnisse einer Arbeitsgruppe der UN-Experten zu wissenschaftlichen Fragen des Meeresschutzes (Joint Group of Experts on the Scientific Aspects of Marine Environmental Protection, GESAMP) zusammen, die sich mit Metallkontaminanten im Ozean beschäftigt.

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Gletscherschmelze lässt Quecksilber frei

Ein Beispiel für die Auswirkungen des Klimawandels ist der steigende Quecksilber-Gehalt in den arktischen Gewässern: Durch schmelzende Gletscher, das Auftauen des Permafrosts und Küstenerosion wird mehr Quecksilber aus natürlichen Quellen freigesetzt. Das bedroht insbesondere traditionell fischende Bevölkerungen, denn das Schwermetall reichert sich über die Nahrungskette an und gelangt über den Verzehr belasteter Fische auch in die Nahrung des Menschen.

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Nanosilber und Mikroplastik belasten das Meer

Welche Folgen der menschliche Einfluss auf die Schadstoffbelastung in den Meeren hat, beschreibt Prof. Dr. Sylvia Sander, Gruppenleiterin am Geomar, an einem Beispiel: „Toxische Elemente wie Silber können zunehmend in Küstengewässern nachgewiesen werden. Sie stammen aus der Kohleverbrennung und dem verstärkten Einsatz von Silber-Nanopartikeln in antibakteriellen Produkten.“

Außerdem trügen die Schifffahrt und der Einsatz von Plastik zur Verbreitung von Schwermetallen bei. Plastik kann Metalle wie Kupfer, Zink und Blei aus dem Wasser an sich binden. Diese gebundenen Schadstoffe können dann ebenfalls weiter in die Nahrungskette gelangen. In Zukunft könnte der menschliche Eintrag von Schwermetallen durch die weiter zunehmende Nutzung der Meere noch steigen.

Drei große Probleme für einen gesunden Ozean

Klimaänderungen wie steigende Meerestemperaturen, die Ozeanversauerung und Sauerstoffverarmung haben auf verschiedene Weise Auswirkungen auf die Spurenelemente.

Höhere Wassertemperaturen erhöhen die Bioverfügbarkeit und Aufnahme von Spurenelementen wie Quecksilber durch Meereslebewesen. Dies geschieht, weil höhere Temperaturen den Stoffwechsel steigern, die Sauerstofflöslichkeit verringern und die Ventilation der Kiemen erhöhen. Dies führt dazu, dass mehr Metalle in die Organismen gelangen und sich dort anreichern.

Da der Ozean den größten Teil des vom Menschen freigesetzten Kohlendioxids aufnimmt, wird er saurer – der pH-Wert sinkt. Dies erhöht die Löslichkeit und die Bioverfügbarkeit von Metallen wie Kupfer, Zink oder Eisen. Besonders ausgeprägt ist dieser Einfluss bei Kupfer, das bei höheren Konzentrationen sehr giftig für viele Meereslebewesen ist.

Auch durch die zunehmende Sauerstoffarmut, insbesondere in küstennahen Zonen und am Meeresboden, wird die giftige Wirkung von Spurenelementen verstärkt. Dies belastet Organismen, die direkt im oder am Meeresboden leben, wie Muscheln, Krabben und andere Krustentiere.

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Doppelbelastung durch Schadstoffeinträge und Klimawandel

Menschliche Aktivitäten beeinflussen die Menge an Schadstoffen in Küstenregionen also von zwei Seiten: Direkt durch Einleiten und Freisetzen von Schadstoffen in die Umwelt und indirekt durch die Auswirkungen des menschengemachten Klimawandels auf die natürlichen Quellen.

Die Studie ergab aber auch, dass es noch nicht genug Daten zum Einfluss des Klimawandels auf Schadstoffe im Ozean gibt. Daher fordert die Arbeitsgruppe, die Forschung stärker auf neue und bisher wenig erforschte Schadstoffe zu konzentrieren. Gleichzeitig sollen bessere Modelle entwickelt und Gesetze angepasst werden, um den Einfluss von Schadstoffen in den Meeren besser zu kontrollieren. Rebecca Zitoun: „Um die Auswirkungen auf Ökosysteme und die menschliche Gesundheit besser zu verstehen, müssen Wissenslücken zu den Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen und Klimawandel geschlossen und standardisierte Methoden entwickelt werden, die weltweit vergleichbare Daten liefern“, sagt Meereschemikerin Zitoun. Dies sei ein wichtiger Schritt, den Meeresschutz zu stärken und nachhaltige Lösungen für gefährdete Küstengebiete zu entwickeln.

Originalpublikation: Zitoun, R., Marcinek, S., Hatje, V. et al.: Climate change driven effects on transport, fate and biogeochemistry of trace element contaminants in coastal marine ecosystems, Commun Earth Environ 5, 560 (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01679-y

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