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Am Tropf der Nordsee: Ursachen und Auswirkungen von Salzwassereinbrüchen in die Ostsee

Die Ostsee ist ein vom europäischen Kontinent nahezu völlig eingeschlossenes, flaches Nebenmeer des Atlantischen Ozeans. Bedingt durch eine hohe Flusswasserzufuhr einerseits und einen nur eingeschränkten Wasseraustausch mit der Nordsee andererseits ist sie ein Brackwassermeer. Das heißt: Ostseewasser ist zwar deutlich salziger als Süßwasser, aber auch deutlich „süßer" als Nordseewasser.

Die Flusswasserzufuhr von jährlich beachtlichen 440 km3 ist verantwortlich für einen Überschuss von Wasser in der Ostsee, der dazu führt, dass in der Oberflächenschicht salzarmes Wasser aus der Ostsee heraus strömt. Da die durch Temperatur und Salzgehalt bestimmte Dichte des Ostseewassers insgesamt kleiner als diejenige des Nordseewassers ist, bildet sich in den dänischen Meerengen, im Kontakt zwischen leichtem Ostsee- und schwerem Nordseewasser ein Druckgefälle aus, das in Bodennähe einen Einstrom salzreichen Wassers in die Ostsee bewirkt, der um so kräftiger ist, je stärker der Ausstrom in der Oberflächenschicht ist. Das einströmende salzreichere Wasser breitet sich entsprechend seiner Dichte in den tieferen Wasserschichten aus. Beide Wasserarten, brackiges Ostseewasser und salziges Nordseewasser, weisen im allgemeinen auch unterschiedliche Temperaturen auf, und so existiert in der Ostsee das ganze Jahr hindurch ein deutliche Schichtung des Wasserkörpers (Abb.1). Bei rund 70 m Wassertiefe trennt ein als Sprungschicht (C in Abb.1) bezeichneter plötzlicher Dichteübergang die Wassersäule in spezifisch leichteres salzarmes Oberflächen- (B) und schweres salzreicheres Tiefenwasser (D). Oberhalb dieser Sprungschicht wird das Ostseewasser durch Wellenbewegung und durch die im Herbst und Winter einsetzende, so genannte Vertikalzirkulation gut durchlüftet. Das salzreiche Tiefenwasser D ist jedoch weitgehend vom Austausch mit dem Oberflächenwasser B ausgeschlossen. Nur durch seitlichen Zustrom von sauerstoffreichem Salzwasser kann dieses Tiefenwasser „belüftet" werden.

Die Natur hat auch das erschwert. Der seitliche Zustrom wird durch den eingeschränkten Wasseraustausch und das Bodenrelief der Ostsee - einer Abfolge von Schwellen und Becken behindert. Der „normale“ Zustrom an salz- und sauerstoffreichem Nordseewasser über die Darßer Schwelle reicht nicht bis in die tiefen Bereiche der zentralen Ostsee. Dadurch entstehen hier zeitweilig stagnierende Bedingungen, während gleichzeitig der Sauerstoffverbrauch durch die Zersetzung herabsinkender organischer Materie ständig fortschreitet. Bleibt der Nachschub mit sauerstoffreichem Wasser für längere Zeit aus, führt dies zum völligen Verschwinden des Sauerstoffs und schließlich zur Bildung erheblicher Konzentrationen von lebensfeindlichem Schwefelwasserstoff. Abhilfe können nur die so genannten Salzwassereinbrüche schaffen.

Im Herbst und Winter können anhaltende Weststürme zu extremen Einströmen führen, bei denen große Mengen salz- und sauerstoffreichen Wassers (bis 230 km3, Salzgehalt: 17 - 25 kg/m3) in die Ostsee transportiert werden. Diese Salzwassereinbrüche sind ein Ostsee-typisches Phänomen sporadischen Charakters und relativ selten (Abb.2). Sie haben entscheidende Bedeutung für die ozeanographischen Bedingungen im gesamten Tiefenwasser der Ostsee, weil nur das bei derartigen extremen Einströmen eindringende Wasser eine Dichte erreicht, um bis in die grundnahen Schichten der zentralen Ostsee vorzudringen. Dort führt es zu einer Erhöhung des Salz- und Sauerstoffgehaltes (Abb.3), zur Umschichtung des Wassers in der Ostsee und damit zu einer Verbesserung der Lebensbedingungen für die am und im Meeresgrund lebende Flora und Fauna. Salzwassereinbrüche tragen nach längeren sauerstoffarmen oder sauerstofflosen Perioden zur Wiederbesiedlung des Meeresbodens bei.

Bis Mitte der siebziger Jahre des vorigen Jahrhunderts wurde das Tiefenwasser der zentralen Ostsee regelmäßig infolge von Salzwassereinbrüchen erneuert (vgl. Abb.2), was jedes Mal in einem zeitweiligen Anstieg des Salzgehaltes und der Sauerstoffkonzentration zum Ausdruck kam. Seit den 1970er Jahren ist die Häufigkeit und Intensität von Salzwassereinbrüchen zurückgegangen. Nur wenige Ereignisse von begrenzter Intensität wurden beobachtet und zwischen 1983 und heute sind nur zwei Salzwassereinbrüche aufgetreten. Damit einher gingen drastische Veränderungen im Tiefenwasser, wie sie bisher nicht beobachtet wurden. Von Mitte der 1970er bis Anfang der 1990er Jahre ging der Salzgehalt um 2 kg/m3 zurück (vgl. Abb.3) und der Schwefelwasserstoff erreichte die höchsten Konzentrationen seit Beginn der Beobachtungen. Die beiden letzten Salzwassereinbrüche in den Jahren 1993 und 2003 unterbrachen diese Entwicklung. In den Jahren 1994 und 2003 wies das Tiefenwasser der gesamten Ostsee wieder hohe Sauerstoffkonzentrationen auf, wie sie zuletzt in den 1930er Jahren gemessen wurden. Inzwischen ist die Entwicklung jedoch schon wieder rückläufig.

Schwankungen im Einstrom größerer Mengen salz- und sauerstoffreichen Wassers aus der Nordsee, dem einzigen effektiven Mechanismus zur Erneuerung des Tiefenwassers der zentralen Ostsee, werden bisher natürlichen Variationen in der atmosphärischen Zirkulation zugeschrieben. Der Rückgang der Häufigkeit von Salzwassereinbrüchen seit zwei Jahrzehnten könnte seine Ursache in globalen Klimaänderungen haben. Mögliche Zusammenhänge müssen in den kommenden Jahren überprüft werden.