Das Ökosystem der Ostsee

EINE EINFÜHRUNG ZUR ÖKOLOGISCHEN SITUATION
DER OSTSEE

ANLÄSSLICH DER EINWÖCHIGEN EXKURSION
VOM 23. 5. BIS 30. 5. `98
AUF DER OSTSEE MIT DEM SCHONER J. SMIDT

VON
GERHARD KRÜGER

[Anmerkung ( A.Konrad): Einige Abbildungen fehlen und werden vielleicht noch nachgeliefert]

Østerson (dänisch), Östersjön (schwedisch), Itämeri (fmnisch),
Baltiskoye More (russisch), Morze Baltyckie (polnisch), Ostsee (deutsch):

Die Namensgebung weist auf sieben Anliegerstaaten hin, die sich um das 422 000 km² große Binnenmeer gruppieren.

Nach traditioneller Einteilung hat der Ostseeraum Anteil an verschiedenen Regionen Europas. Zu Nordeuropa werden Dänemark, Schweden und Finnland gerechnet, zu Osteuropa zählt der europäische Teil Rußlands, Polen nimmt einen Teil Ostmitteleuropas ein, die Bundesrepublik Deutschland ist eine Teilregionen Mitteleuropas.

Ausgehend von den Küstenformen und Küstentypen läßt sich zunächst nicht vermuten, daß der Ostseeraum eine Einheit bildet, obgleich sich um die flache Mulde der Ostsee eine eiszeitlich geformte Landschaft erstreckt. Der Formenschatz der Küsten weist eine große Vielfalt auf: Er umfaßt die Schären-, Fjord-, Kliff-, Moränen-, Förden-, Bodden-, Ausgleichs-, Nehrungs-, Dünenwall- und Deltaküste. Auf die Genese der Küstentypen soll an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden (vgl. hierzu Referat von Christa SCHLABING).

Selbst eine vereinfachte Unterteilung in Klimazonen bringt für den Ostseeraum noch vier Differenzierungen:

Das flache Nebenmeer des Atlantischen Ozeans wird von diesem durch die skandinavische Halbinsel und Dänemark getrennt. Die Ostsee gliedert sich in Kattegat, Beltsee (mit Kieler und Mecklenburger Bucht), Arkonasee, Bornholmsee, westliche und östliche Gotlandsee, Rigaischen und Finnischen Meerbusen, Ålandsee, Schärenmeer, Bottensee und Bottenwiek. Die Becken sind durch Schwellen voneinander getrennt. Dadurch wird der Wasseraustausch in der Tiefe erheblich behindert.

Während der großen Vereisungsperioden im Pleistozän war das Gebiet ganz von Inlandeis bedeckt. In spät- und postglazialer Zeit war die Ostsee teils eine nach Westen offene Meeresbucht, teils ein Süßwassersee. Die mittlere Tiefe beträgt 55 m. Manche Stellen sind nur wenige Meter tief, wie z. B. der mit Steinblöcken besäte 6 m tiefe Adlergrund zwischen den Inseln Rügen und Bornholm. Die größte Tiefe ist mit 459 m das Landsorter Tief südlich von Stockholm. Das ganze Ostseegebiet ist insbesondere in seinem nördlichen Bereich in dauernder Hebung (Bottnischer Meerbusen: 1 cm/Jahr) begriffen, wie sich an Uferterrassen nachweisen läßt. Eine Hebung um 20 m würde genügen, um die Meeresverbindung zur Nordsee zu unterbrechen und eine Landbrücke von Schleswig-Holstein über Dänemark nach Schweden entstehen zu lassen.

Infolge der Abgeschlossenheit hat die Ostsee an den Gezeiten des Weltmeeres kaum Anteil (im Westen 7-10 cm, im Osten 1 cm). Durch Windstau kommt es jedoch bisweilen zu erheblichen Seespiegelschwankungen.

Der Salzgehalt ist sehr gering, er liegt unter 20 ‰ und nimmt zum Bottnischen und Finnischen Meerbusen hin stark ab. Im Sund fließt Ostseewasser in die Nordsee hinaus, während der Große Belt einen einlaufenden Strom schweren Salzwassers hat.

Alle Küsten leiden unter winterlichem Eisverschluß. Im Bottnischen und Finnischen Meerbusen beträgt die Vereisungsdauer vier bis fünf, ganz im Norden mehr als sechs Monate.

Als Brackwassermeer mit all seinen Lebensformen zwischen Süßwasser und Meerwasser lebt die Ostsee vom Wasseraustausch mit der Nordsee. Der Austausch ist jedoch durch das enge, flache und stark strukturierte Übergangsgebiet zwischen beiden Meeren erheblich eingeschränkt. Das führt zu großen Unterschieden in den ozeanographischen Eigenschaften zwischen dem ozeanisch beeinflußten Nordseewasser und dem ganzjährig stark geschichteten Ostseewasser und macht die Ostsee in besonderem Maße sensitiv gegenüber natürlichen und anthropogenen Einflüssen.

Die Ostsee, eines der größten Brackwassermeere der Erde, ist ein relativ stark gegliedertes flaches Nebenmeer (intrakontinentales Mittelmeer) des Atlantischen Ozeans. Geographisch beginnt sie an der Linie Skagen-Marstrand im nördlichen Kattegat und weist eine Gesamtfläche von 415 000 km², ein Wasservolumen von 21 700 km³ und eine mittlere Tiefe von 52 m auf. Der Wasseraustausch mit der Nordsee vollzieht sich ausschließlich über die engen und flachen Belte und den Sund (Gesamtquerschnitt 0,35 km²).

Dabei nehmen die flachsten Stellen zwischen Nord- und Ostsee, die Darßer Schwelle zwischen der Halbinsel Fischland-Darß-Zingst und den dänischen Inseln Falster und Møn mit 18 m und die Drogden-Schwelle im Öresund mit 7 m Satteltiefe , eine Schlüsselstellung im Austauschgeschehen ein. Sie stellen das letzte, entscheidende Hindernis für das Eindringen von salz- und sauerstoffreichem Kattegatwasser in die Ostsee dar und werden daher als ozeanographische Grenze zur Ostsee angesehen.

Die infolge der klimatischen Bedingungen beträchtliche Süßwasserzufuhr zur Ostsee ist verantwortlich für eine positive Wasserbilanz. Im allgemeinen ist dem aus dem Überschuß resultierenden Ausstrom von salzärmerem Wasser in der Deckschicht ein salzreicher Kompensationsstrom in der Tiefe entgegengerichtet, der um so kräftiger ausgebildet ist, je stärker der Ausstrom in den oberen Schichten ist. Dadurch sind die Wassermassen im Übergangsgebiet zwischen Nord- und Ostsee bei ungestörten Verhältnissen zweifach geschichtet.

Der Wasseraustausch zwischen Nord und Ostsee wird durch eine komplizierte Wechselwirkung von Wetterlage, Wasserstand sowie von Strömung, Schwingungen und Schichtung der Wassermassen gesteuert. Die Wetterlage bestimmt zwar das äußere Gepräge im Ablauf der Ein- und Ausstromlagen, das Ausmaß der Wasserumsetzungen ist aber von der Art der Aufeinanderfolge und Andauer von Ein- und Ausstromlagen abhängig.

Etwa 73 % des Wasseraustausches zwischen Nord- und Ostsee erfolgen über die Darßer Schwelle, die damit von ausschlaggebender Bedeutung für den Wasserhaushalt ist. Im Mittel ergibt sich für die Darßer Schwelle die in der Tabelle gegebene Verteilung der Wasseraustauschkomponenten.

Durch den Zustrom von Flußwasser und durch die Niederschläge bildet sich in der Ostsee eine salzarme, spezifisch leichtere Oberflächenschicht, die charakteristische Jahresgänge ozeanographischer Größen wie z.B. Temperatur, Salzgehalt, Dichte oder Sauerstoffgehalt aufweist. Das über die Schwellen in die Ostsee gelangende salzreichere Wasser breitet sich entsprechend seiner Dichte in den tieferen Wasserschichten aus. Dadurch existiert ganzjährig eine stabile Dichteschichtung, die durch einen als Sprungschicht bezeichneten Dichteübergang die Wassermasse in Oberflächen- und Tiefenwasser mit unterschiedlichen Eigenschaften teilt.

Die Horizontalzirkulation im Tiefenwasser wird durch die kaskadenförmig angeordnete Beckenstruktur der Ostsee behindert.

Die Vertikalzirkulation ist durch die stabile Dichteschichtung ohnehin eingeschränkt, wobei der Austausch durch die permanente Sprungschicht weitgehend unterbunden ist. Darüber hinaus entsteht im Sommer in 20-30 m Tiefe eine weitere thermisch verursachte, scharfe Sperrschicht, die das warme Deckschichtwasser vom kalten Zwischenwasser trennt, in dem die winterlichen Temperaturen bis zum Einsetzen der Konvektion im Herbst konserviert bleiben. Mit 5-10 cm Tidenhub in der zentralen Ostsee leisten auch die Gezeiten keinen Beitrag zum Vertikalaustausch.

Diese Eigenschaften machen deutlich, daß der Wasseraustausch zwischen Nord und Ostsee von erheblicher Bedeutung für das Tiefenwasser ist.

Der Übergang vom Nordsee- zum Ostseewasser erfolgt an zwei hydrographischen Grenzflächen : der Skagerrak-Grenzfläche, die das salzreiche Nordseewasser mit Salzgehalten von über 3,3 % gegen das Mischwasser des Kattegat mit Salzgehalten von 2,0-2,6 % abgrenzt, und der Beltsee-Grenzfläche, der Grenze zwischen dem Kattegat-Mischwasser und dem Brackwasser der Ostsee mit Salzgehalten von 0,6-1,2 %.

Die Lage der Grenzflächen ist nicht stationär. Infolge der großen Veränderlichkeit der Strömungsverhältnisse unterliegen sie starken horizontalen Verlagerungen.

Die Beltsee-Grenzfläche, die die Meeresoberfläche im allgemeinen westlich der Darßer Schwelle erreicht, unterliegt in Abhängigkeit von der Wetterlage besonders starken Veränderungen. Starke westliche Winde langer Dauer drängen die Grenzfläche nach Osten und manchmal selbst an der Oberfläche bis über die Darßer Schwelle zurück. Starke östliche Winde können sie dagegen bis ins südliche Kattegat vorschieben.

Die Skagerrak-Grenzfläche endet im Mittel am Boden des südlichen Kattegat. Während der Frühjahrs- und Sommermonate wird sie jedoch wegen des stärkeren Ausstroms von Ostseewasser aus Kontinuitätsgründen in Richtung Darßer Schwelle verlagert und kann zeitweilig zu Intrusionen salzreichen Wassers in die Ostsee führen. In den Herbst- und Wintermonaten wird die Skagerrak-Grenzfläche nur in Ausnahmefällen unter bestimmten meteorologischen Bedingungen in Richtung Ostsee verschoben. In diesen Fällen kann es zu Salzwassereinbrüchen in die Ostsee kommen.

Die Verhältnisse im Übergangsgebiet zwischen Nord- und Ostsee sind durch das Hin- und Herwandern der beiden scharfen Grenzflächen geprägt, das durch die Strömungen verursacht wird, die wiederum von der Wetterlage abhängig sind. Wegen des kanalartigen Charakters des Übergangsgebietes kommen nur zwei Strömungsrichtungen in Betracht: Einstrom in die Ostsee und Ausstrom aus der Ostsee. Im Mittel sind es jährlich etwa 60 Fälle jeder Art, die einander jeweils abwechseln. Die Ausstromperioden dauern im Durchschnitt bis zu etwa 20 Tagen, die Einstromperioden nur bis zu etwa 10 Tagen.

Im allgemeinen ist der Ausstrom von geringerer Bedeutung für Veränderungen der ozeanographischen Verhältnisse in der Ostsee. Bei typischen Ausstromlagen im Winter wurden extreme Nettotransporte über die Darßer Schwelle von 1,4 x 10⁵ m³ Wasser und 1,2 x 10³ Tonnen Salz pro s beobachtet.

Die bei windschwachen Wetterlagen auftretenden sommerlichen Ausstromlagen können in der Belt- und Ostsee größere Bedeutung erlangen. Während an der Oberfläche das salzarme Ostseewasser aussströmt, dringen in der Tiefe salzreiche Wassermassen aus dem südlichen Kattegat - je nach Andauer der Ausstromlage - in die Mecklenburger Bucht oder über die Darßer Schwelle in die Ostsee vor. Dabei bildet sich eine scharfe Sprungschicht aus, die den salzreichen Wasserkörper weitgehend vom Oberflächenwasser isoliert. Diese Ausstromlagen bestimmen während des Sommers die ozeanographischen Verhältnisse im Übergangsgebiet.

Unter dem Einfluß starker westlicher Winde können im Sommer Einstromlagen auftreten, die im allgemeinen aber nur von kurzer Dauer sind, aber auch als Strahlstrom über die Darßer Schwelle (Satteltiefe: 18 m) erfolgen kann. Dabei wird zunächst das salzarme Oberflächenwasser zur Ostsee zurückgedrängt, bevor es zum Einstrom von Kattegat-Mischwasser kommt. Besonders am Ende einer sommerlichen Einstromlage können größere Mengen salzreichen Wassers in der Tiefe über die Darßer Schwelle in die Ostsee gelangen. Die ermittelten Momentanwerte des Gesamttransports an Wasser und Salz weisen auf extreme Nettotransporte in die Ostsee von 1,3 x 10⁵m³Wasser bzw. 1,8 x 10³ Tonnen Salz pro s hin.

Das das einströmende Wasser entsprechend seiner Herkunft von der weniger geschichteten, bewegten und deshalb gut durchlüfteten Nordsee salzreich und weitgehend sauerstoffgesättigt ist, werden chemische wie biologische Eigenschaften und damit auch wesentliche Züge der Sedimentbildung in der Ostsee durch den langfristigen Verlauf der Einstromereignisse bestimmt.

Bei sommerlichen Temperaturen ist der Sauerstoffgehalt des einströmenden Wassers gering. Weist der Wasserkörper darüber hinaus durch Sauerstoffzehrung ein erhebliches Sauerstoffdefizit auf, kann es bei längerer Andauer der windschwacben Wetterlage zur Bildung von Schwefelwasserstoff im grundnahen Wasser der Beltsee oder bei einer kurzen Einstromlage zum Einschub erheblicher Mengen salzreichen, aber sauerstoffarmen Wassers in die Ostsee kommen (z.B. im September 1988).

Mit solchen außergewöhnlichen Einstromereignissen sind folgende wichtige Auswirkungen auf die Ostsee verbunden:

Im Herbst und Winter können anhaltende Weststürme zu extremen Einstromlagen führen, bei denen große Mengen salz- und sauerstoffreichen Wassers in die Ostsee transportiert werden. Diese als Salzwassereinbrüche bezeichneten Ereignisse sind von entscheidender Bedeutung für die ozeanographischen Bedingungen im gesamten Tiefenwasser der Ostsee, weil nur dieses Wasser eine Dichte erreicht, um bis in die grundnahen Schichten der zentralen Becken vorzudringen. Dort verursacht es eine Umschichtung des Wasserkörpers und trägt zu einer wesentlichen Erhöhung des Salz- und Sauerstoffgehaltes bei. Es führt zu einer Verbesserung der Lebensbedingungen und kann nach längeren sauerstoffarmen oder sauerstofflosen Perioden zur schrittweisen Wiederbesiedlung des Meeresbodens beitragen.

Die Analyse langjähriger Beobachtungen im Bereich der Darßer Schwelle zeigte, daß Salzwassereinbrüche zwischen Ende August und Ende April auftreten, starke Einbrüche nur zwischen September und Januar. Ereignisse zwischen September und Anfang Dezember führen im allgemeinen zur Erhöhung der Temperatur, diejenigen zwischen Januar und April zu einer markanten Verbesserung der Sauerstoffverhältnisse im Tiefenwasser.

Seit Mitte der 70er Jahre hat sich die Häufigkeit und Intensität der Salzwassereinbrüche verringert. Die letzte Gruppe von Einbrüchen, die markante Auswirkungen auf das Tiefenwasser der Ostsee hatte, trat 1975-1977 auf. Seitdem geht der Salzgehalt in der Ostsee drastisch zurück, und in den letzten neun Jahren wurde kein Salzwassereinbruch mehr registriert.

Das während eines Salzwassereinbruchs in die Ostsee einströmende Wasservolumen beträgt im Mittel 100 km³ . Bei dem bisher stärksten beobachteten Einbruch im November/Dezember 1951 gelangten über 200 km³ Wasser mit einem mittleren Salzgehalt von 2,2 % in die Ostsee. Das entspricht beispielsweise einer Salzmenge von knapp 5 Mrd. Tonnen.

Verfolgt man die Trends zumindest der konservativen Größen wie Salzgehalt, Temperatur oder Dichte im Tiefenwasser der Ostsee, so wird eine Abhängigkeit vom Auftreten oder Fehlen von Salzwassereinbrüchen deutlich. Bis Ende der 70er Jahre dieses Jahrhunderts war im Tiefenwasser der zentralen Ostsee eine regional unterschiedliche, mittlere signifikante Zunahme von Temperatur, Salzgehalt und Dichte sowie ein beträchtlicher Rückgang im Sauerstoffgehalt zu beobachten. Diesem Trend waren Variationen mit kürzeren Perioden überlagert, wobei für den Zeitraum von 1952 bis in die 70er Jahre für Temperatur, Salzgehalt und Dichte meist ein signifikanter Rückgang festgestellt wurde, während beim Sauerstoffgehalt eine erhebliche Verstärkung des negativen Trends gegenüber dem Gesamttrend erfolgte.

Die Trendentwicklung seit Ende vorigen Jahrhunderts an der Station "Gotlandtief" im östlichen Gotlandbecken - einem der markantesten Tiefenbecken der Ostsee - zeigt folgende Tabelle:

Parameter	Periode P	Tiefe [m]	Variation in der Periode P
Salzgehalt	1877 - 1988 1977 - 1990 1877 - 1979 1977 - 1990 1952 - 1988 1977 - 1990	0 0 100 100 200 200	+0,9 -0,5 +1,4 -2,1 -1,1 -1,4
Temperatur	1877 - 1979 1977 - 1988 1877 - 1988 1977 - 1990	100 100 200 200	+1,6 -1,6 +1,5 -1,6
Sauerstoffgehalt	1893 - 1979 1893 - 1988 1977 - 1990	100 200 200	-3,0 -5,1 -4,8

Gegenwärtig vollziehen sich im Tiefenwasser der zentralen Ostsee drastische Veränderungen in den ozeanographischen Bedingungen, wie sie in diesem Jahrhundert bisher nicht beobachtet wurden. Die Abnahmen von Salzgehalt und Temperatur im 100 m Horizont des östlichen Gotlandbeckens resultierten in den niedrigsten Werten, die jemals in diesem Jahrhundert in dieser Tiefe gemessen wurden. Extreme Rückgänge von Temperatur und Sauerstoffgehalt wurden auch im 200 m Horizont gemessen. Seit 1980 verschwand der Sauerstoff in Tiefen größer als 200 m, und ab 1982 trat Schwefelwasserstoff im gesamten Wasserkörper zwischen etwa 125 m und dem Meeresboden auf und erreichte die höchsten bisher gemessenen Konzentrationen dieses lebensfeindlichen Gases in der gesamten Ostsee. Im Jahre 1991 erreichte der Salzgehalt in Tiefen größer als 200 m die Werte, die am Ende der Stagnationsperiode in den 30er Jahren beobachtet wurden (etwa 1,12 %).

Die Stagnationsperiode im östlichen Gotlandbecken geht weiter, die Bedingungen im Tiefenwasser verschlechtern sich zunehmend. Seit Februar 1983 sind keine Salzwassereinbrüche mehr eingetreten.

Veränderungen in den konservativen Größen wie Salzgehalt, Temperatur und Dichte müssen natürlichen Fluktuationen, z.B. Variationen im Wasseraustauschgeschehen und der großräumigen atmosphärischen Zirkulation, zugeschrieben werden.

Nichtkonservative Größen wie Sauerstoffgehalt und Nährstoffe, die biogeochemischen Prozessen unterworfen sind, werden vorwiegend direkt oder indirekt durch lokale anthropogene Aktivitäten beeinflußt. Zwischen 1969 und 1978 haben z.B. die Konzentrationen anorganischer Phosphor- und Stickstoffverbindungen im winterlichen Oberflächenwasser stark zugenommen. Seitdem hat sich Phosphat und in gewissem Maße auch Nitrat bei diesen relativ hohen Konzentrationen eingepegelt. Dies hat den weiteren Rückgang der Sauerstoffkonzentration und die Ausdehnung der anoxischen Gebiete im Tiefenwasser durch Sedimentation und mikrobiellen Abbau biogenen Materials, das aus der euphoten Schicht stammt, verursacht.

Wie Untersuchungen an den Sedimenten des Gotlandtiefs gezeigt haben, hat es Fluktuationen zwischen oxidierendem und reduzierendem Milieu in der Ostsee bereits in früheren Jahrhunderten gegeben, wo der Einfluß des Menschen ausgeschlossen werden kann. Die gegenwärtigen Veränderungen in der offenen Ostsee müssen aber einer komplizierten Wechselwirkung zwischen anthropogenen Einwirkungen und natürlichen Fluktuationen zugeschrieben werden. Derzeit ist es nicht möglich, die entsprechenden Anteile zu trennen. In jedem Falle begünstigt das Fehlen von Salzwassereinbrüchen die negativen Auswirkungen anthropogener Aktivitäten auf die marine Umwelt. Da die Intensität und Häufigkeit von Salzwassereinbrüchen zurückgegangen ist , ihre Andauer sich verkürzt hat und sowohl Salzgehalt als auch Dichte des einströmenden Wassers sich verringert haben, stagniert nicht nur das östliche Gotlandbecken, sondern auch das Arkona- und Bornholmbecken zeigen deutliche Auswirkungen durch das Fehlen von Salzwassereinbrüchen. Die gegenwärtige Stagnationsperiode im östlichen Gotlandbecken ist das längste Stagnationsintervall, das jemals in diesem Jahrhundert beobachtet wurde.

Sowohl in den flachen westlichen Teilgebieten der Ostsee als auch im Bereich von Flußmündungen und Einleitungen industrieller, landwirtschaftlicher und kommunaler Abfälle in der zentralen Ostsee (z.B. Danziger Bucht, Rigaer und innerer Teil des Finnischen Meerbusens) zeigen sich deutliche negative Auswirkungen anthropogener Beeinflussung der marinen Umwelt .

Die bei langjähriger Betrachtung eher normale Algenblüte im Eingangsbereich der westlichen Ostsee (Beltsee) im Mai 1992 zeigt eindringlich, wie notwendig ein verknüpfender ökologischer Ansatz bei Aussagen zu Situation und Gewässergüte der Ostsee ist. Seitdem Möbius im Jahr 1877 an der Lebensgemeinschaft einer Austernbank den "Biozönose"-Begriff entwickelte, hat sich die Meeresbiologie im Sinne der modernen Ökosystemtheorie verstanden. Gerade die Ostsee oder ein so klar abgrenzbares See-Subsystem wie die Kieler Bucht eignen sich besonders gut für ökosystemare Forschung. Hier kann auf langjährige, nahezu 100 Jahre umfassende intensive Forschung und fundierte Daten zurückgegriffen werden.

Es ist bislang nicht voll gelungen, alle komplexen Vorgänge des Makrosystems Ostsee insgesamt oder auch nur in seiner regionalen Differenzierung zu modellieren. Das 415.000 km² umfassende, mit 52 m Durchschnittstiefe trotz mehrerer typischer Tiefenbecken relativ flache atlantische Nebenmeer (Wasservolumen 21 700 km³) erweist sich als zu komplex. Gerade bei der umweltpolitischen Bewertung sind beim Schadstoffeintrag die anthropogenen Faktoren einzubinden, die letztlich eine Einbeziehung des gesamten rund 1,7 Mio. km² hydrographischen Einzugsgebiets der Ostsee erfordern.

Die natürliche Umwelt der Ostsee ist sicher gegenwärtig als gestört und gefährdet anzusehen. Oft wurde dem Baltischen Meer, in dessen Einzugsbereich immerhin 71 Mio. Menschen leben, schon der nahe Tod vorausgesagt.

Bei der folgenden Bestandsaufnahme der jüngsten Veränderungen der Lebensbedingungen in der Ostsee aufgrund vermehrter Nährstoffzufuhr und Schadstoffeinträge könnte man den Vergleich mit einem kranken Organismus sogar noch weiterführen und der Frage nachgehen, wie die Ostsee "sterben" kann.

Neben technischen Gewalteinwirkungen (etwa durch Brückenprojekte über die engen Ostseezugänge) und "Altersschwäche" kommen auch "Überfressen" und "Ersticken" sowie "Vergiftung" in Frage.

Die Ostsee ist seit ihrem Stadium als Eisstausee vor 12.000 bis 15.000 Jahren durch einschneidende, geologisch bedingte Veränderungen der Umwelt bereits mehrfach gestorben und wiedergeboren. Das Ökosystem ist auch heute noch von Natur aus labil und durch schleichende Veränderungen bestimmt.

Bevor näher auf die Veränderungen bei der Algenmenge, bei dem Nährstoffeintrag und dem Sauerstoffhaushalt des Ostseewassers eingegangen wird, soll zunächst auf die biologischen Folgen der Veränderung des Salzgehaltes hingewiesen werden. Dieser hydrographische Basisfaktor wirkt sich nicht nur auf die Dichteschichtung, sondern auch auf die ökologischen Vorgänge aus (vgl. Abbildung zu Salzgehaltsverhältnisse S. 13).

Bei einer Diskussion des Salzhaushalts der Ostsee kann auf die Behandlung der periodischen Salzeinbrüche mit tiefem Zustrom aus der Nordsee an dieser Stelle verzichtet werden (vgl. den Beitrag "Wasseraustausch"). Aber auch im Oberflächenwasser der zentralen Ostsee zwischen Polen, Finnland, Gotland sowie dem Baltikum gab es Veränderungen im Zeitraum von 1969-1988. Im Mittel stieg der Salzgehalt in den ersten 10 Jahren um etwa 0,5 ‰ an, nahm dann aber seit 1979 wieder um den gleichen Betrag ab.

Diese zunächst unscheinbaren Veränderungen haben dennoch erhebliche Auswirkungen auf das Leben in der Ostsee. Viele Meeresorganismen können Brackwasser nur bis zu einem gewissen Salzgehalt hinab ertragen. Sie können in der Ostsee deshalb immer dann weiter vordringen, wenn der Salzgehalt steigt, müssen sich aber zurückziehen, wenn er sinkt. Hiervon ist die Ostseefischerei nicht unerheblich betroffen.

Die Ostsee unterscheidet sich als größtes zusammenhängendes Brackwassergebiet der Erde zudem von anderen marinen Systemen durch ihre besondere Topographie und Schwellen-Becken-Struktur mit daraus resultierenden Wasseraustauschproblemen. In ihrer geologisch sehr jungen Geschichte durchlief sie seit dem Abklingen der Weichseleiszeit im Wechsel mehrmals marine und limnische Phasen. Nur relativ wenig Organismen konnten sich in der kurzen Zeit seit dem Bestehen der "heutigen" Ostsee (ab Subatlantikum 2000 v. Chr., "Mya-Stadium" nach Sandmuschel Mya arenaria) auf das sich aussüßende Brackwassersystem einstellen; für die meisten bedeutet der zwar relativ konstante, aber niedrige Salzgehalt (mesohaline Bedingungen) einen ständigen osmotischen Streß. Die Artenzahl ist deshalb viel geringer als in rein marinen oder limnischen Systemen, besonders im Bereich von Flußmündungen oder auch im Übergangsgebiet der Kieler Bucht und Beltsee insgesamt, wo sich die Temperaturen und der Salzgehalt innerhalb weniger Stunden oder auch Tage sehr stark ändern können. Dieser Umweltstreß ist mithin eine naturgegebene Belastung.

Im Zusammenhang mit den gegenwärtigen Planungen (1992) einer festen Øresund-Querung von Kopenhagen nach Malmö werden die Pfeiler des Brückenteils den Querschnitt dieses Ostseezuganges ( 27 % des Wasseraustausches der Ostsee) beeinträchtigen. Ebenso bleibt das dreiteilige Projekt "Großer Belt" umstritten: Westbrücke von Fünen nach Sprongø, Osttunnel und Ostbrücke nach Seeland.

Mikrobiologische Vorgänge (Bakterien u.a.) und Plankton sind für die Stoffumsätze und Lebensvorgänge im Meer sehr viel wichtiger als höher organisierte Lebewesen. Trotz der Belastung durch Schadstoffe und Umweltgifte ist in der Ostsee die Menge des Phytoplanktons im Laufe der vergangenen 40 Jahre erheblich größer geworden. Damit ist auch die Produktion der pflanzlichen Biomasse insgesamt jetzt höher als früher. Diese Tatsache beunruhigt mit Recht viele Menschen, aber es wäre weitaus schlimmer, wenn durch Schadstoffe das Phytoplankton der Ostsee bereits so stark geschädigt wäre, daß die Bestände sinken würden. Vor 40 Jahren war das Ostseewasser teilweise so klar, daß man noch in 20 m Tiefe den Grund sehen konnte. Heute trüben im Sommer die vielen Planktonalgen das Wasser.

Die Algenzellen sterben ab, setzen sich nach einer gewissen Zeit als weicher Schlamm am Meeresboden ab und verursachen dort schließlich Sauerstoffmangel.

Algen brauchen zum Wachstum und zur Vermehrung Licht und Nährstoffe. Das Licht wird von der Sonne geliefert, aber das Wetter und die örtlichen hydrographischen Bedingungen entscheiden schließlich, ob die Algen in einer lichtdurchfluteten Oberflächenschicht des Meerwassers gut wachsen können oder ob sie unter Lichtmangel leiden.

Im Frühjahr sind Phosphor und Stickstoff als wichtigste Nährsalze im Oberflächenwasser reichlich verfügbar und fördern das Algenwachstum. Die "Frühjahrsblüte", wie man ihre Massenvermehrung nennt, bricht dann zusammen, wenn die Nährstoffe aufgebraucht sind. Im Sommer sind diese in der lichtdurchfluteten Oberflächenschicht oft so knapp geworden, daß man die geringen Konzentrationen mit den gängigen Analysemethoden kaum noch erfassen kann. Die Algen leben dann sparsam und nutzen die geringen verfügbaren Nährstoffrestmengen immer wieder in einem Recycling-Verfahren. Aber bei Starkwindlagen wird auch im Sommer gelegentlich nährstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche gewirbelt und kann dort üppiges Planktonwachstum bewirken. Es kommt dann zu Sommerblüten des Phytoplanktons, das oft in wolkenartigen Verteilungen auftritt. Wetterlage, Hydrographie und Biologie wirken hierbei aufs engste zusammen.

Der Mensch kann weder das Wetter noch die hiervon abhängige Wasserschichtung der Ostsee gezielt beeinflussen. Deshalb konzentriert sich die Diskussion zur Sanierung der Ostsee-Umwelt gegenwärtig auf die Reduzierung von Phosphor und Stickstoff.

Der vom Menschen zu verantwortende Eintrag dieser beiden Elemente in die Ostsee-Umwelt stieg in den vergangenen 40 Jahren bei Phosphor auf das siebenfache und bei Stickstoff auf das vierfache. 1980 gelangten schätzungsweise 50.000 t Phosphor und 500.000 t Stickstoff aus Flüssen und Einleitungen in die Ostsee, dazu weitere 400.000 t Stickstoff über die Atmosphäre.

Die genannten Pflanzennährstoffe sind keine Gifte im engeren Sinne, im Gegenteil, sie sind die Grundlage des organischen Lebens auf der Erde. Man sollte daher die Eutrophierung nicht direkt mit der Umweltverschmutzung in Verbindung bringen, wohl aber als folgenreichen anthropogenen Faktor der Umweltveränderung sehen.

Die Phosphorkonzentration ist jetzt kaum niedriger als in der zentralen Nordsee, vorher war sie knapp ein Drittel so hoch. Die kritische Grenze zwischen salzarmer Deckschicht und salzreichem und nährstoffreichen Tiefenwasser liegt jetzt in der zentralen Ostsee etwa 9 m tiefer als vor 10 Jahren. Die Ostsee war deshalb früher als oligotrophes, d.h. schlecht ernährtes Meer bekannt. Heute kann man sie als eutroph, d.h. gut ernährt, bezeichnen. Man müßte zur Wiederherstellung der alten Verhältnisse in allen Anrainerstaaten der Ostsee möglichst viele Nährstoffe in Kläranlagen zurückhalten und besonders die Düngeranwendung in der Landwirtschaft ganz erheblich einschränken. Auch die Ammoniak-Luftverschmutzung aus der Landwirtschaft durch Gülle wäre zu verringern.

Im Oberflächenwasser treten wegen des ständigen Kontaktes mit der Atmosphäre, der Sauerstoffproduktion des Phytoplanktons bei der Fotosynthese im Sommer und der thermischen Konvektion im Winter keine Sauerstoffprobleme auf. Anders im Tiefenwasser. Die Dichteschichtung, vor allem die haline Sprungschicht, wirkt wie eine Sperre

gegenüber vertikalen Austauschprozessen, so daß eine konvektive Erneuerung des Bodenwassers ausgeschlossen ist. Erfolgt kein horizontaler Wasseraustausch, dann bilden sich in den Becken der Ostsee lebensfeindliche sauerstoffarme und -freie Zonen, da der im Wasser gelöste Sauerstoff beim Abbau der abgesunkenen toten organischen Substanz aufgezehrt wird.

Folge:
Zweiteilung des Meeres in eine sauerstoffreiche obere und eine extrem

Da die Tiefenzonen der Ostsee durch die starke Dichteschichtung von dem Austausch mit dem Oberflächenwasser abgeschlossen sind, kann die Sauerstoffversorgung der tiefen Becken in der Ostsee nur über den horizontalen Wasseraustausch erfolgen. Als Mittel des Sauerstofftransportes dient das salzreichere und damit schwerere Meerwasser der Nordsee, das sich unter das salzärmere, leichtere, aufgrund des Druckgefälles im Mittel ausströmende Ostseewasser schiebt und als Tiefenstrom in die Ostsee eindringt.

Die advektive Erneuerung des Bodenwassers in der Ostsee über den Einstrom von sauerstoffhaltigem Nordseewasser durch die Belte und den Öresund ist jedoch an gewisse Bedingungen geknüpft. Während nämlich der Ausstrom des durch die Flußwasserzufuhr ausgesüßten, also leichteren Oberflächenwassers - von bestimmten Wetterlagen abgesehen ungehindert erfolgen kann, stellt das Bodenrelief mit seinen engen und flachen Durchlässen in der Beltsee sowie den Schwellen zwischen den einzelnen Becken im Inneren der Ostsee ein erhebliches Hemmnis für das spezifisch schwerere Einstromwasser dar. Nur bei einer hinreichenden Ansammlung von Salzwasser vor den Eingangsschwellen zur Ostsee und einer bei anhaltend starken Westwinden und niedrigen Wasserständen in der westlichen Ostsee länger andauernden Einstromlage kann es daher zu einer durchgreifenden Wassererneuerung in den Ostseebecken kommen.

In den Jahren 1979 bis 1988 sind in der zentralen Ostsee im Tiefenbereich von 80 - 100 m die Sauerstoffverhältnisse etwas besser geworden. Dort konnten weite Bereiche des Meeresbodens wieder besiedelt werden, wo vorher die Tierwelt wegen Sauerstoffmangel fehlte. Die Ursache für diese Veränderung ist u.a. in der Verlagerung der Salzgehaltssprungschicht im gleichen Zeitraum um etwa 9 m in die Tiefe zu erkennen. Der Oberflächenwasserkörper, in dem keine Sauerstoffprobleme auftreten, reicht somit 9 m weiter nach unten. In den größeren Tiefen der Ostsee sind dagegen seit 1979 die Verhältnisse schlechter geworden. In vielen Tiefenzonen gibt es im Wasser über dem Meeresboden seit langem überhaupt keinen Sauerstoff mehr.

Giftiger Schwefelwasserstoff entwickelt sich durch die Tätigkeit von Bakterien. Bodentiere können unter diesen anaeroben Bedingungen nicht leben. Die Ausdehnung der allgemein als tote Zonen bezeichneten Areale wird auf 20 000 km² geschätzt. Aus ihrer Ausbreitung folgert man, daß die Ostsee "stirbt".

Der Meeresökologe sieht dies allerdings differenzierter, denn auch die Bakterien, welche Schwefelwasserstoff produzieren, leben. Man muß aber betonen, daß die Oberflächenschichten der offenen Ostsee hiervon ebensowenig betroffen sind wie im Schwarzen Meer, wo es seit Jahrtausenden in der Tiefe keinen Sauerstoff gibt.

Seit 1956 mehren sich die Beobachtungen von Sauerstoffmangel auch in den Förden und abgeschlossenen Buchten. In der Kieler und Mecklenburger Bucht wurde im September 1981 in allen Wassertiefen von mehr als 20 m extremer Sauerstoffmangel festgestellt. Vielfach gab es auch höhere Konzentrationen des giftigen Schwefelwasserstoffes, der sich durch Bakterienwirkung bildet. Bis auf die Muscheln Arctica und Astarte sowie den Wurm Halicryptus starb die gesamte Bodenfauna weitgehend aus. Auch in dänischen und schwedischen Gewässern traten gleichzeitig Sauerstoffmangelzonen in bisher nie beobachtetem Ausmaß auf. 1983 herrschte in den genannten Bereichen eine ähnliche Situation. Historische Daten belegen, daß es Sauerstoffmangel am Boden der Kieler Bucht vermutlich schon zur Bronzezeit vor 7000 Jahren und auch während des hochmittelalterlichen Klimaoptimums vor 900 Jahren gegeben hat, und zwar über viele Jahrzehnte hinweg. Ein Absterben der Bodenfauna in der Kieler Bucht durch Sauerstoffmangel war auch 1913, 1926, 1961, 1964, 1967, 1972 und 1975 zu verzeichnen, wenn auch nicht so weiträumig wie 1981. Im Bodenwasser der Eckernförder Bucht bei Boknis Eck wurde Sauerstoffmangel in der Dekade 1975-1984 häufiger festgestellt als in den 10 Jahren vorher. Seit 1980 gab es kein Jahr mit guten Sauerstoffverhältnissen im Sommer. Dennoch kam es selbst bei knapper Versorgung alljährlich zu schneller Wiederbesiedlung des Meeresbodens.

Nicht nur das Oberflächenwasser, auch das Tiefenwasser der Ostsee ist seit 1978 salzärmer geworden und hat nur noch 11,5 ‰ Salzgehalt gegenüber 13 ‰ im Jahr 1977. Deshalb würde jetzt schon ein Einstrom verhältnismäßig salzarmen Wassers ausreichen, um das Bodenwasser in der zentralen Ostsee auszutauschen. Am besten wäre es für das ökologische System der Ostsee, wenn alljährlich mit dem Salzwassereinstrom etwas mehr Sauerstoff geliefert als im Laufe des Jahres verbraucht würde. Wie sich aber langfristig die Wetterbedingungen entwickeln werden und mit welcher Häufigkeit es in den kommenden Jahrzehnten Salzwassereinbrüche geben wird, kann man nicht vorhersagen. Die tieferen Becken der Ostsee bleiben dann ohne Sauerstoff, trotz aller Anstrengung zur Nährstoffreduzierung.

Unter Schadstoffe fallen Umweltgifte industriell-technischen Ursprungs wie DDT, PCBs (polychlorierte Biphenyle) oder auch das 1988 für bewuchsverhindernde Unterwasseranstriche bei Sportbooten verbotene hochgiftige TBT (Tributylzinn). Die Konzentrationen im Wasser sind teilweise außerordentlich gering. Bekannt ist hingegen die Akkumulationsfähigkeit vieler Organismen, die als Umweltindikatoren herangezogen werden können wie z.B. die Miesmuscheln.

Bereits kurz nach 1970 wurde in allen Ostsee-Anliegerstaaten die Anwendung von DDT verboten oder zumindest erheblich eingeschränkt. Dies hat relativ schnelle Auswirkungen gehabt: Die DDT-Konzentration in Seevögeleiern und in der Muskulatur von Heringen gingen bedeutend zurück (Rückgang von 0,7 mg/kg auf 0,2 mg/kg in der Zeit von 1974-1982). Heute liegt die DDT-Konzentration in der offenen Ostsee vielfach unter der Nachweisgrenze (0,05 ng/I).

Für die Krankheits- und Mißbildungsphänomene des gefährdeten Bestandes von 2000 Kegelrobben und rund 10 000 Ringelrobben in der nördlichen Ostsee hatten schwedische Meeresbiologen wohl nicht zu Unrecht die Belastung durch PCBs verantwortlich gemacht. Die Konzentrationen von PCBs haben sich in den letzten Jahren nach einem schnellen Rückgang auf einem niedrigeren Niveau eingependelt.

Auch Quecksilber ist für die Ostsee großräumig kein gravierendes Problem mehr. Die heute gemessenen Konzentrationen von etwa 3 ng/l, davon zur Hälfte in labiler anorganischer Form, entsprechen etwa dem naturgegebenen Gehalt, wie er sich im offenen Nordatlantik findet. Bis 1980/83 war der Quecksilbergehalt in Heringen und Dorschen auf unter 0,03 mg/kg zurückgegangen. Das Quecksilber stammte teilweise aus der Zellstoff- und Papierindustrie des Ostseeraumes. Eine ähnliche Entwicklungstendenz ist für das Cadmium festzustellen.

Die Konzentration von Spurenelementen (Schwermetallen) in der offenen Ostsee liegt, abgesehen von Flußmündungsgebieten, nur unwesentlich höher als im Atlantik, der als Referenzpunkt für die globale Belastung der marinen Biosphäre dienen kann.

Jährlich werden in die Ostsee durch Zuflüsse, Schiffsbetrieb und durch die Atmosphäre rund 50.000 t Erdölbestandteile eingebracht. Im Ostseewasser finden sich 0,2-2,0 mg/m³. In der Nähe von Städten und Raffineriestandorten ist die Belastung aber erheblich größer. Besonders Vögel und benthische (auf dem Meeresboden) Lebensgemeinschaften werden hierdurch betroffen.

Gravierende Umweltprobleme treten im Ostseebereich in Küstengewässern auf, die in dieser, auf die offene See konzentrierten Gesamtschau nicht berücksichtigt werden konnten. Die inneren Förden und Buchten oder auch Bodden und Haffs mit eingeschränktem Wasseraustausch zur offenen See sowie die Flußmündungsbereiche der Newa, Weichsel und Memel, der Düna oder der Oder unterliegen nicht nur stärkerer Inanspruchnahme durch den Menschen, sondern unterstehen umweltpolitisch noch ausschließlich der nationalen Verantwortlichkeit. Wegen gesundheitlicher Gefährdung durch Kolibakterien mußten 1988/89 an vielen Küstenabschnitten Estlands, Lettlands, Litauens und Polens bereits Badeverbote erlassen werden.

Das Ökosystem Ostsee ist nach heutiger Einschätzung deutlich gefährdeter als das der Nordsee. Hierfür sind die natürlichen Gegebenheiten, insbesondere der geringe Wasseraustausch und die mangelhafte vertikale Durchmischung durch Schichtenbildung verantwortlich, die die Selbstreinigungskraft der Ostsee herabsetzen. Anthropogene Belastungen wirken sich daher in der Ostsee gravierender aus.

Buske, Heinz Günther: Die Ostee- ein sterbendes Meer ? In: Praxis Geographie, Mai 1990.

Gerlach, Sebastian; Kortum, Gerhard: Das Ökosystem der Ostsee und seine Gefährdung. In: Geographische Rundschau, November 1922.

Geyer, Otto; Leinfelder, R.: Sammlung geologischer Führer - Die deutsche Ostseeküste. Gebr. Borntraeger. Berlin, Stuttgart, 1995.

Matthäus, Wolfgang: Der Wasseraustausch zwischen Nord- und Ostsee. In: Geographische Rundschau, November 1922.

	Beispiele	TEMPERATUREN			Niederschlag
		So	Wi	Ø
ozeanisches Klima	Kopenhagen (DK)	17°	1°	9°	700

Übergangsklima	Gdingen (PL)	18°	-1°	8°	576

nordeuropäisches K.	Haparanda (S)	18 °	-11°	0°	514

kontinentales K.	St. Petersburg (GUS)	18°	-8°	5°	560

Wasseraustausch über die Darßer Schwelle in km³/Jahr
	Ausstrom	Einstrom
Deckschicht	1 124	494
Bodenschicht	84	399