IOW Logo
Header

Stickstoff als Lebensspender oder als Problemstoff im Meer

Wenn es um die Probleme der Meeresumwelt geht, so ist der Begriff „Eutrophierung" oder „Überdüngung" in aller Munde. Aber was verbirgt sich dahinter? Und was meinen die Wissenschaftler zu dieser Problematik in der Ostsee?

Eutroph ist ein Wort aus dem Griechischen (gr. eu = reichlich, trophe = Nahrung), das „gut mit Nahrung versorgt" bedeutet. Oligotroph (gr. oligos = wenig) hingegen bedeutet, dass eine sehr karge Versorgung mit Nahrung besteht. Wissenschaftler charakterisieren mit diesen Begriffen einen Ernährungszustand von Lebewesen und auch von Ökosystemen. Wenn ein Gewässer eutrophiert ist, enthält es reichlich Nährstoffe, die zu einer hohen Produktion (Wachstum) von Algen und Plankton führen. Das muss erstmal nicht schlecht sein, da dies auch zu hohem Fischreichtum führen kann. In manchen Seen oder in Altarmen von Flüssen kann es außerdem auch auf ganz natürliche Art und Weise zu eutrophen Zuständen kommen. Wenn jedoch Algen und Plankton in so großen Mengen produziert werden, dass bei ihrem Abbau der Sauerstoff eines Gewässers vollständig aufgebraucht wird, dann kann dies zum Tod allen höheren Lebens führen. Muscheln, Würmer und Fische sterben ab und ihr Abbau zehrt weiteren Sauerstoff, bis der faulig riechende Schwefelwasserstoff entsteht. In Nordjütland, ist im Sommer 1997 ein ganzer Fjord „umgekippt" mit genau diesen Folgen.

Unter Nährstoffen verstehen die Meeresforscher dasselbe wie Gärtner und Landwirte – wasserlösliche Nitrat-, Ammonium- und Phosphat-Salze, wie sie von jedem Blumenliebhaber im Garten und auf dem Balkon eingesetzt werden, damit die Pflanzen grünen und blühen. Der Effekt der Düngung ist erst seit Mitte des 19. Jahrhunderts verstanden. Damals fand Justus von Liebig heraus, dass bestimmte Stoffe das Pflanzenwachstum limitieren können, ihre Zugabe auf ausgelaugten Böden jedoch das Wachstum wieder ankurbeln. Trotz dieser Bahnbrechenden Erkenntnis kam es in den Jahren danach immer wieder zu Missernten und Hungersnöten, denn natürliche Dünger (Mist und Kompost) waren ein knappes Gut. Das änderte sich erst, als die späteren Nobelpreisträger Fritz Haber (1868-1934) und Carl Bosch (1874-1940) ein Verfahren entwickelten, mit dem sie aus dem unbegrenzt verfügbaren, aber reaktionsträgen Stickstoff der Luft Ammoniak herstellen und in Nitrat umwandeln konnten. Der Kunstdünger, der nun reaktiven Stickstoff (Nr) enthält, war somit geschaffen. Diese segensreiche Erfindung und technische Meisterleistung rettete viele Menschenleben und erlaubte ein rasches Anwachsen der Bevölkerung (siehe Abbildung), da ausreichend Nahrung auch auf kargen Böden produziert werden konnte. Doch heute wird Kunstdünger in den Industrieländern in so großen Mengen eingesetzt, dass die Böden viel zu viel Stickstoff enthalten. Dieser wird zum großen Teil ausgewaschen und gelangt dann in die Flüsse und Meere. In den Ostseezuflüssen wurden ab der Mitte des 20. Jahrhunderts starke Anstiege in den Nährstoffkonzentrationen verzeichnet. Während die Oder im Jahr 1950 noch ca. 10.000 Tonnen Stickstoff pro Jahr mit sich führte, sind es heute über 70.000 Tonnen. Und nicht nur die Oder hat sich so verändert, auch alle anderen Zuflüsse zur Ostsee, die durch dicht besiedeltes und bewirtschaftetes Land fließen, bringen hohe Konzentrationen an Nitrat mit sich. Insgesamt macht die Flusszufuhr in die Ostsee heute bis zu 1.000.000 Tonnen Stickstoff pro Jahr aus.

Weitere Stickstoffquellen der Ostsee sind die Blaualgen. Sie entwickeln sich jeden Sommer und sind im Gegensatz zu den allermeisten anderen Phytoplanktern in der Lage den reaktionsträgen Luftstickstoff aufzunehmen, der dann beim Absterben und der Zersetzung der Organismen als Nitrat die Ostsee auf natürliche Weise zusätzlich düngt. Dies macht im Jahr weitere 300.000 bis 400.000 Tonnen aus. Ihr natürliches Vorkommen in der Ostsee während der letzten 10.000 Jahre ist aus Sedimentuntersuchungen belegt. Ob die Blaualgen in ihrer Häufigkeit in den letzten hundert Jahren zugenommen haben ist umstritten.

Als drittgrößte Quelle an Nitrat und Ammonium müssen für die Ostsee die Niederschläge berücksichtigt werden. Durch Regen werden ca. 260.000 Tonnen eintragen. In den Abgasen von Autos, Haushalten und der Industrie sind stickstoffhaltige Verbindungen und aus den Tanks mit Gülle entweicht Ammonium in die Luft. Dies alles wird mit dem Regen ausgewaschen. Besonders im Sommer, wenn Nitrat in der Deckschicht der Ostsee knapp ist, kann der Regen einen düngenden Effekt ausüben.

Doch zurück zum landwirtschaftlichen Einsatz von Düngemitteln: die Produktion von pflanzlichen Nahrungsmitteln und von Fleisch verläuft äußerst unrentabel, wenn man sich die Bilanz des Stickstoffeinsatzes und -verlustes ansieht. Von 100 Teilen aufgebrachten Kunstdünger werden nur 50 von den Pflanzen aufgenommen, während die anderen 50 im Boden bleiben oder ausgewaschen werden. Weitere 20 bleiben als Pflanzenreste nach der Ernte im Boden und lediglich 14 kommen als Nahrung bei uns an. Wird Fleisch verzehrt ist die Bilanz noch verheerender: von 100 Teilen Stickstoff kommen dann nur 4 beim Konsumenten auf den Teller. Diese sehr grobe Betrachtung verdeutlicht dennoch, dass unsere Ernährung zu enorm hohen Belastungen von Stickstoff in der Umwelt führt. Wir müssten längst eine massive Eutrophierung in jedem Bächlein, Tümpel, See und Meer haben.

Glücklicherweise hält die Natur einen Prozess bereit, der den Haber-Bosch Prozess quasi umzukehren vermag. Dies ist die Denitrifizierung, die Umwandlung von Nitrat zurück in reaktionsträgen Luftstickstoff (N2). Bakterien sind die Organismen, die dies können und dabei noch Energie gewinnen. Allerdings leben sie nur in Böden und Gewässern, die kaum noch Sauerstoff, wohl aber Nitrat enthalten. Weltweit wird durch diesen Prozess ein großer Teil - in Flussmündungsgebieten bis zu 60% - des reaktiven Nitratstickstoffs (Nr) in unreaktiven Stickstoff (N2) zurückverwandelt. Die genaue Menge ist unbekannt. Sümpfe, Moore und schlammige Meeresböden sind somit wichtige Orte der Stickstoffumwandlung und werden heute erhalten, da man um ihre Bedeutung weiß. Uferrandstreifen-Programme gehören auch in diesen Katalog von Maßnahmen, um der Eutrophierung der Gewässer entgegenzuwirken. Dort wo Felder an Gewässer grenzen, soll ein mehrere Meter breiter Streifen Land unbewirtschaftet bleiben, damit dem zum Bach oder Teich hinsickernden nitrathaltigen Wasser in der sauerstoffarmen Zone reaktiver Stickstoff entzogen werden kann.

In den tiefen, sauerstoffarmen Becken der Ostsee und vermutlich auch in flachen Küstenbereichen geht auf diesem Wege ein großer Anteil des eingetragenen Nitrats verloren. Man verzeichnet in der zentralen Ostsee seit den 80er Jahren keinen weiteren Anstieg in den Konzentrationen an Nitrat, was auf ein gewisses Gleichgewicht zwischen Einträgen und Verlusten hinweisen könnte. Seit dem EU Beitritt weiterer Ostseeanrainer kann jedoch mit einer Intensivierung der Landwirtschaft gerechnet werden, wie sie aus anderen EU Ländern bekannt ist - auch mit ihren negativen Folgen für die Natur. Dies würde die Nährstoffeinträge in die Ostsee weiter erhöhen, weshalb eine sorgfältige Überwachung der Umwelt, wie sie von der HELCOM (Helsinki Kommission zum Schutz der Ostsee) und von dem BSH (Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie) in Deutschland betrieben wird, unerlässlich wichtig ist.

Randbemerkungen:

  • Wenn ein Gewässer eutroph ist, enthält es Nährstoffe im Überfluss.
  • Durch die Herstellung von Kunstdüngern konnten Hungersnöte verhindert werden. Aber der Einsatz der Nährstoffe lässt sich nicht immer auf die Äcker begrenzen.
  • Innerhalb von 50 Jahren versiebenfachte sich die Menge an Stickstoff, die über die Oder in die Ostsee gelangt.
  • Blaualgen sorgen auf natürlichem Wege für eine „Düngung" der Ostsee.
  • Auch über die Niederschläge werden Nährstoffe ins Meer eingetragen.
  • Die Art und Weise unserer Ernährung führt zu einer hohen Belastung der Umwelt mit Stickstoff.
  • Die gute Nachricht: mit der Denitrifizierung verfügt die Natur über einen Prozess, das Haber-Bosch-Verfahren umzukehren.

16.08.2006, Prof. Dr. Maren Voß