Die Spur des Staubes - wissenschaft.de
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Die Spur des Staubes

Staub verbindet die Ökosysteme der Welt über Ozeane und Kontinente miteinander. Er schafft blühende Landschaften, verschleppt aber auch Gifte und Krankheitserreger.

„Der Staub fällt in solchen Mengen, dass alles an Bord schmutzig wird und die Augen der Leute schmerzen“, notierte Charles Darwin am 16. Januar 1832 bei den Kapverdischen Inseln zwischen Afrika und Südamerika. Vor einem Monat war der Naturforscher in England mit dem Schiff „Beagle“ zu der Forschungsreise gestartet, die ihn später zur Evolutionstheorie inspirieren sollte. „Die Atmosphäre ist diesig, verursacht durch einen unfühlbar feinen Staub.“ Kapitäne anderer Schiffe hatten ähnliche Beobachtungen gemacht. Der Sand fiele oft auf Schiffe, „ die mehrere hundert und sogar mehr als tausend Meilen vor der Küste Afrikas liegen“. 170 Jahre später bestätigen die Forscher der Neuzeit Darwins Beobachtungen. Staub aus den Wüsten und Trockengebieten der Erde wird über tausende von Kilometern befördert, verbindet die Ökosysteme der Welt und beeinflusst auch die menschliche Gesundheit. Erst seit Satelliten Bilder der Staubbewegungen liefern, kennen die Forscher die Ausmaße des Phänomens. Etwa zwei Milliarden Tonnen Staub werden jährlich durch die Atmosphäre geblasen, genug für 20 Millionen große Spielplatz-Sandkästen. Am Goddard Spaceflight Center der NASA in Greenbelt bei Washington gehen die Bilder der Staubwolken ein, die von der Sahara bis in die Karibik, von China bis nach Nordamerika und aus der Sahelzone bis nach Mitteleuropa reisen. Etwa eine Woche sind die Körnchen aus Afrika bis in die Karibik unterwegs, die kleinsten nur einen tausendstel Millimeter groß. „ In der Karibik stammt fast die ganze obere Erdschicht aus Afrika“ , sagt Jay Herman, Wissenschaftler des Projekts „Total Ozone Mapping Spectrometer“, bei dem die Bewegungen von Stäuben und Aerosolen beobachtet werden. Während die Sahara-Winde in den Sommermonaten in Richtung Karibik zielen, tragen sie in den Wintermonaten Staub in die Amazonas-Region. 13 Millionen Tonnen gehen hier jährlich nieder und düngen die Regenwälder: Sie enthalten Nährstoffe, Mineralien, Pflanzen- und Tierreste. Die wurzellosen Bromelien zum Beispiel leben allein von diesem Staub, den ihnen der Regen in die Wassertrichter zwischen den Blättern spült. Eine ähnliche Bedeutung hat der asiatische Staub für Hawaii. Außerdem hängt in vielen Teilen der Meere der Bestand ganzer Fischpopulationen davon ab, dass der interkontinentale Staubregen das Plankton düngt. Was in der Karibik ankommt, wird auf der Insel Barbados seit 1965 gemessen. Gegenüber den ersten Daten in den Sechzigern hat sich die Staubkonzentration dort in den siebziger Jahren im Mittel verdoppelt. 1973, 1983, 1987 und 1993 verdreifachte sich die Staubkonzentration sogar – und in eben diesen Jahren starben überall in der Karibik Korallen. Gene Shinn vom US Geological Survey (USGS) fiel dieser Zusammenhang als Erstem auf. Seit 40 Jahren beobachten Forscher der USGS die Korallenriffe der Karibik. Seit Mitte der siebziger Jahre dokumentieren sie, wie einst gigantische Korallenriffe allmählich zu Staub zerfallen: Ein schwarzes Band aus aggressiven Mikroben legt sich über die Korallenstöcke. Zurück bleibt ein Skelett, dass von Algen überwuchert und von Würmern zerfressen wird. Ob vor Barbados, den Bahamas oder Florida – das Phänomen wurde überall zur gleichen Zeit beobachtet. Das sprach gegen lokale Ursachen. Auch die Diadema-Seeigel, die üblicherweise den schädlichen Algenbewuchs von den Korallen abweiden, gingen zur gleichen Zeit zugrunde. Ihr Sterben begann im staubreichen Jahr 1983. Besonders stark geschädigt ist der Venusfächer, eine baumartig verzweigte Koralle, deren Skelett oft für Schaufensterdekorationen herhalten muss. Die Krankheit beginnt mit bunten Flecken, die sich ausbreiten und den Fächer schließlich regelrecht zerfleddern. 1996 wurde der Auslöser der Venusfächer-Krankheit entdeckt: Aspergillus sydowii, ein Schimmelpilz. „Aber dieser Boden-Pilz kann sich in Seewasser gar nicht vermehren“, sagt Shinn, der am Institut für Küstenforschung der USGS in St. Petersburg, Florida, arbeitet. Shinns Idee: Die Sporen des Pilzes stammen aus Afrika und wurden mit den Staubpartikeln verschleppt.

Seit 1997 sammelt der Geologe Indizien für diese Hypothese: „ Wie bei allen neuen Ideen in der Wissenschaft braucht es Jahre für absolute Beweise.“ Auf seine Bitte hin untersuchte der USGS-Mikrobiologe Dale Griffin vom Center for Coastal and Regional Marine Sciences Luftproben von den karibischen Virgin Islands. „Gleich in der ersten Luftprobe war Aspergillus“, sagt Shinn. „Die Sicht war an diesem Tag wieder einmal sehr diesig vor lauter Staub gewesen.“ In Luftproben von klaren Tagen fanden sich dagegen keine Aspergillus-Keime. „Wenn Staub aus Afrika die Karibik erreicht, messen wir etwa zwei- bis zehnmal so viele Mikroorganismen in der Luft wie normal“, stellt Griffin fest. Mehr als 150 Pilz- und Bakterien-Arten konnte Griffin in der staubigen Luft nachweisen. 20 bis 25 Prozent davon sind potenziell krankheitsverursachend. „Einige der Mikroben gehen während der Woche, die sie von Nord-Afrika über den Atlantik brauchen, durch die UV-Strahlung der Sonne zugrunde“, sagt Griffin. „Aber die Staubpartikel können die Bakterien abschirmen.“ Doch warum sollen Jahrtausende alte Staubbewegungen, die im Amazonas positive Wirkung zeigen, in der Karibik Schaden anrichten? Im Dezember 2000 reiste die Korallenriff-Ökologin Ginger Garrison zum ersten Mal nach Mali in die Sahelzone, um auch dort, wo der Staub entsteht, Luftproben zu nehmen. Die Forscherin von der USGS-Station auf den Virgin Islands fand bestätigt, dass die Mikroben bereits im afrikanischen Staub enthalten sind. Ihre Theorie: Das Voranschreiten der Wüste und die Überbeanspruchung des Bodens durch intensivierte Landwirtschaft verursachen die Verdopplung und Verdreifachung des Staubeintrags in der Karibik. Nicht nur die Quantität, auch die Qualität des Staubs hat sich durch den Einfluss des Menschen geändert. Garrison sah, wie aus harmlosem Staub gefährlicher Dreck werden kann: „Alle Formen von Abfall werden verbrannt“, sagt Garrison. „Vor 15 Jahren bestand der Müll vor allem aus tierischen und pflanzlichen Abfällen, jetzt bilden Plastiktüten und diverse Plastikprodukte den größten Anteil.“ Dioxine entstehen, verbinden sich samt Pestiziden und Schwermetallen mit den Staubteilchen und wandern über den Atlantik. „Wenn in Nord-Afrika eine Heuschrecken- oder Moskitoplage bekämpft wird, dann kommen DDT und andere Pestizide, die in den USA nicht mehr verwendet werden, hier mit dem Staub an“, deutet Shinn ihre Messergebnisse. Shinns Indizienliste ist inzwischen lang, Parallelen zum Korallensterben gibt es viele. Zum Beispiel gehen seit den siebziger Jahren weltweit, vor allem in Südamerika, die Amphibienzahlen zurück. 20 Arten sind allein in den letzten zehn Jahren ausgestorben. Aber das Frosch- und Kröten-Sterben ist nicht auf bestimmte Arten begrenzt. Offenbar scheint den Amphibien ihre empfindliche Haut zum Verhängnis zu werden, die sie nur unzureichend vor Umweltschäden schützt. Als Ursache haben Forscher sowohl Pestizide wie Methopren oder Triphenyl-Zinn als auch Pilz- und Virusinfektionen identifiziert, insbesondere den Pilz Batrachochytrium dendrobatidis und die so genannten Iridio-Viren. Sowohl Pestizide als auch Pilzsporen könnten auf das Konto des verstärkten interkontinentalen Staubtransports gehen, vermutet Shinn. Ein anderes Beispiel ist eine weit verbreitete Krankheit der Zitronenbäume in Florida: „Sie wird wohl durch ein Bakterium verursacht, das der Staub hierher transportiert. Das ist nicht bewiesen – aber die Krankheit bricht immer nach einem Hurrikan aus, der große Mengen von afrikanischem Staub an unsere Küsten bringt.“

Auch der Mensch bleibt nicht verschont. Die Stäube verschlechterten zum Beispiel in der Karibik die Luftqualität und reizen Lunge und Bronchien. Bei immunschwachen Menschen können durch Aspergillus-Arten, wie sie im afrikanischen Staub vorkommen, Lungenentzündungen ausgelöst werden. Daniel Jaffe, der an der University of Washington in Bothell die Auswirkungen von Aerosol-Bewegungen in der Atmosphäre erforscht, meint: „Der Staub trägt zwar durchschnittlich nie mehr zur Luftverschmutzung bei als lokale Quellen , aber an einigen Tagen kann der Beitrag erheblich sein.“ Wenn besonders viel Staub in der Luft ist, maßen Forscher eine doppelt bis dreifach so hohe Partikelbelastung wie üblich. Jaffe fordert, dass vor allem die Staubwolken aus Asien, die Nordamerika über den Pazifik erreichen, näher untersucht werden. Giftiges Arsen und Quecksilber sei in ungewöhnlich hohen Konzentrationen in den Staubpartikeln enthalten. Shinn vermutet, dass die Gifte im afrikanischem Staub aus offenen Minen in Algerien und großen Brachen in der Sahelzone stammen. In China und der Mongolei sind die Takla Matan- oder Gobi-Wüste und die Industriezentren der Mandschurei die üblichen Quellen. Aber nicht nur der Mensch sorgt für schädliche Ingredienzien im Staub: Natürliche Algenblüten vor der Westküste Floridas, in deren Folge Fische, Vögel und sogar größere Meeressäuger sterben können, erklären Forscher schon lange mit einer plötzlichen natürlichen Eisen-Düngung. Das Spurenelement, das knapp in den Ozeanen ist, brauchen Algen wie Karenia brevis oder Trichodesmium für die Vermehrung. Bisher wusste niemand, wo dieses Eisen herkommen könnte. „Schnelles Algenwachstum – die ,Rote Tide‘ – wird im Allgemeinen nach einem Jahr mit ungewöhnlich hohem Staubeintrag in den Golf von Mexiko beobachtet“, sagt Shinn, „wahrscheinlich weil der rötliche Staub aus Afrika etwa sechs Prozent Eisen enthält.“ Dass hinter dem afrikanischen Staub mehr steckt als nur lästiger Dreck, vermutete offenbar auch Darwin. Er schickte insgesamt 15 Proben, die nicht nur von den Planken der „Beagle“, sondern auch von anderen Schiffen stammten, an den Mikrobiologen Christian Ehrenberg zur mikroskopischen Untersuchung. 67 verschiedene „Infusorien“, wie Einzeller damals hießen, fand der spätere Rektor der Berliner Humboldt-Universität, großteils Süßwasserarten. Daraus und aus der vorherrschenden Windrichtung schlossen Ehrenberg und Darwin, dass der Staub aus der Sahara und der Sahel-Zone stammen müsse. Dass sie einem Phänomen begegnet waren, das unterschiedlichste Ökosysteme über tausende Kilometer miteinander verknüpft, ahnte Darwin allerdings nicht.

Kompakt

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Staub schafft Biotope. In der Karibik stammt fast die gesamte obere Erdschicht aus Afrika. Viele Fischgründe brauchen interkontinentale Staubregen, die das Plankton düngen. Staub steht im Verdacht, Korallensterben und Algenblüten zu verursachen.

Sascha Karberg

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