Immer wieder kommt es in der Ostsee zu Massenvermehrungen von Cyanobakterien. Um zu erfahren, welche Faktoren dies begünstigen, haben nun Forscher weit zurück in die Vergangenheit geschaut – mit bis zu 7000 Jahre alten Sedimentbohrkernen. Biomarker in diesen Bohrkernen und Klimadaten enthüllen, dass Blaualgenblüten weniger von Nährstoffen abhängig sind als gedacht. Stattdessen spielt die Wassertemperatur die entscheidende Rolle.
Blaualgen, die sogenannten Cyanobakterien, breiten sich gerade in Sommermonaten rasant in Gewässern aus. Der Zufluss von Düngemitteln aus der Landwirtschaft steigert die Nährstoffkonzentration im Wasser und zusätzlich begünstigen die warmen Temperaturen die Entstehung der Algenblüte. Sie macht nicht nur das Baden in betroffenen Gewässern wenig attraktiv, sondern kann auch Ökosysteme wie die Ostsee bedrohen. Denn wenn die Algen absterben, sinken sie auf den Meeresboden. Bei ihrer Zersetzung wird Sauerstoff verbraucht und sauerstoffarme „Todeszonen“ entstehen.
Spurensuche am Grund der Ostsee
Forscher beobachten schon seit den 1980er Jahren immer wieder ausgedehnte Algenblüten in der Ostsee. Sie sind in Satellitenbildern deutlich erkennbar. Aber die Ursachen für diese explosionsartigen Wachstumsphasen von Cyanobakterien blieben unklar. Denn bislang reichten die Beobachtungen nicht weit genug zurück, um Zusammenhänge mit Klimaschwankungen oder dem Nährstoffeintrag in die Ostsee zu zeigen. Deshalb haben nun Forscher um Jérôme Kaiser vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung in Warnemünde zwei Biomarker genutzt, um weiter zurück in die Vergangenheit zu schauen. Diese Marker werden von den in der Ostsee vorkommenden Cyanobakterien produziert. Es handelt es sich um zwei Kohlenwasserstoffe, die die Bakterien aus Fettsäuren herstellen. Sie haben die vorteilhafte Eigenschaft, sich auch innerhalb von Jahrtausenden nicht zu zersetzen und jahrelang im Sediment erhalten zu bleiben.
Um herauszufinden, wie die Menge dieser Biomarker im Sediment mit der Intensität der Algenblüte zusammenhängt, führten die Wissenschaftler Experimente mit Sinkstofffallen durch. Dabei handelt es sich um trichterartige Gefäße, die am Meeresboden verankert sind und alles, was in sie hineinfällt, getrennt nach einzelnen Wochen in Auffangbehältern sammeln. Die Auswertungen ergaben, dass die Biomarker nicht nur die Präsenz von Blaualgen anzeigen, sondern auch Rückschlüsse auf ihre Dichte zulassen. Auf Basis dieser Erkenntnisse untersuchten Kaiser und sein Team dann einen 160 Jahre zurückreichenden Sedimentbohrkern aus der Ostsee.
Kaum Einfluss der Überdüngung
Die Forscher wiesen in dem Sedimentkern bis 1920 nur geringe Dichten von Cyanobakterien nach. Danach wechselten sich Perioden mit hoher und niedriger Häufigkeit ab. „Interessanterweise scheint es aber keinen signifikanten Anstieg in der Cyanobakterienhäufigkeit in den 1950er Jahren zu geben“, berichten Kaiser und sein Team. „In dieser Zeit nahmen die Überdüngung und die Sauerstoffzehrung der Ostsee erheblich zu.“ Demnach scheint die vermehrte Nährstoffzufuhr nur eine untergeordnete Rolle für die Cyanobakterienblüten zu spielen.
Einen positiven Zusammenhang fanden die Wissenschaftler dafür zwischen Cyanobakterien und der Meerestemperatur: In den Jahren, in denen die Oberflächentemperatur der Ostsee im Sommer höher lag, gab es auch vermehrt Blaualgen. Wie die Forscher erklären, hängt dies mit zwei Effekten zusammen: Zum einen erhöht ein heißer Sommer auch die Sonneneinstrahlung und das verstärkt das Wachstum der Algen. Zum anderen stabilisiert eine höhere Oberflächentemperatur die Schichtung des Ostseewassers und auch das Wachstum der Cyanobakterien. Allerdings belegten die Bohrkerndaten auch, dass diese Temperaturschwankungen in den letzten 160 Jahren vorwiegend auf natürliche Einflüsse wie zyklisch schwankende Meeresströmungen zurückgehen.
Langfristiger Effekt der Erwärmung
Um herauszufinden, ob auch eine langfristige Erwärmung wie durch den Klimawandel einen Einfluss hat, untersuchten Kaiser und seine Kollegen einen weiteren, 7.000 Jahre alten Sedimentkern aus der Bottensee, einem Becken im Norden der Ostsee. Diese Zeit umfasst eine warmzeitliche Epoche, die mit dem Ende der letzten Eiszeit begann. Für die heutige Klimaforschung ist sie besonders interessant, weil die durchschnittlichen Temperaturen auf der Nordhalbkugel damals um 1 bis 1,5 Grad Celsius höher waren als heute.
Das Ergebnis: In dem aus dieser Zeit stammenden Abschnitt des Sedimentkerns war der Gehalt an Biomarkern bis zu 100-mal höher als in der heutigen zentralen Ostsee. Das legt häufige und starke Cyanobakterienblüten in dieser warmen Klimaperiode nahe. Damit ermöglichten die Biomarker nicht nur einen Blick in die Vergangenheit: „Sie haben uns gezeigt, dass Cyanobakterien drastisch auf Klimaanomalien reagieren können. In Anbetracht der anhaltenden Erderwärmung sollten wir das im Blick behalten“, sagt Kaiser.
Quelle: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde, Fachartikel: Biogeosciences, doi: 10.5194/bg-17-2579-2020
