So verändert die Fischerei die Chemie der Meere

• Die globalen Fischbestände sind von der kommerziellen Fischerei in den vergangenen Jahrzehnten deutlich reduziert worden.
• Das genaue Ausmass analysiert nun eine aktuelle Studie.
• Ausserdem beschäftigt sie sich damit, was das für den Kohlenstoff- und Sauerstoffhaushalt der Ozeane bedeutet.

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Die kommerzielle Fischerei gerät immer wieder in die Kritik: Sie kann durch Überfischung Fischbestände kollabieren lassen, gefährdet mit dem Beifang Tiere wie Schildkröten, Seevögel oder Meeressäuger, und Grundschleppnetze können Lebensräume schädigen.

Nun rückt eine Studie einen bislang ignorierten Aspekt in den Fokus: Demnach verändert der Fang grosser Mengen Fisch die Biogeochemie der Ozeane und verringert ihre Fähigkeit, Kohlenstoff über lange Zeiträume einzulagern.

Das könnte unter Umständen den Klimawandel begünstigen, deuten die Forscher um Daniele Bianchi von der University of California in Los Angeles im Fachblatt "Science Advances" an.

Ozeane sind grösste Kohlenstoffsenke

Unabhängige Experten loben die Fragestellung der Studie. Eric Achterberg vom Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel spricht von einer "richtungsweisenden" Arbeit. "Diese Studie bietet eine relativ seltene, aber sehr wichtige Perspektive auf die Rolle von Fisch und Fischerei in den biogeochemischen Kreisläufen des Meeres", betont er.

Worum geht es? Insbesondere durch die Verbrennung von Kohle, Gas und Öl erhöht der Mensch den Gehalt an Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre. Ein Teil des Treibhausgases wird wieder aufgenommen, etwa von Pflanzen.

Die weitaus grösste Kohlenstoffsenke sind aber die Ozeane. In ihnen lagern rund 40.000 Gigatonnen (Milliarden Tonnen) Kohlenstoff - etwa 45-mal mehr als in der Atmosphäre und etwa 10-mal so viel wie in der Pflanzendecke samt Böden und Permafrost.

Speicherung von Kohlenstoff in den Ozeanen

Vor zwei Jahren berichtete ein Team um Nicolas Gruber von der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich nach Messungen im Fachblatt "Science", dass die Weltmeere von 1994 bis 2007 insgesamt etwa 34 Gigatonnen Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufgenommen haben.

Das entspreche rund 124 Gigatonnen Kohlendioxid - und damit fast einem Drittel (31 Prozent) der menschgemachten CO2-Emissionen in diesem Zeitraum.

Verantwortlich für die Speicherung von Kohlenstoff in den Ozeanen sind zwei Prozesse:

• Mit Abstand am wichtigsten ist die physikalische Kohlenstoffpumpe: Die Meere nehmen insbesondere in den kälteren Klimazonen riesige Mengen CO2 aus der Atmosphäre auf, das gelöst im Wasser in die Tiefe befördert wird und dort lange verbleibt. "Die Zirkulation der tiefen Ozeane ist sehr langsam", sagt Gruber. Wasser in diesen Schichten könne durchaus 1.000 Jahre alt sein.
• Bei der biologischen Kohlenstoffpumpe dagegen nehmen kleine Organismen wie Phytoplankton im Wasser gelöstes Kohlendioxid auf und wandeln es in kohlenstoffreiche Biomasse um. Werden sie gefressen, wandert der darin enthaltene Kohlenstoff entlang der Nahrungskette - Zooplankton, Fische und andere Meeresbewohner.

Fischkot spielt wichtige Rolle

Für die biologische Pumpe sei die Rolle der Fische bisher kaum berücksichtigt worden, schreiben die Forscher. Dabei spiele gerade der Fischkot eine wichtige Rolle. Mit diesen Ausscheidungen sinke ein grosser Teil des von den Tieren aufgenommenen Kohlenstoffs in die Tiefe. Und weil Fischfäkalien im Vergleich zu anderen Partikeln sehr schnell absinken - den Forschern zufolge um bis zu 1.000 Meter pro Tag -, kommt ein grösserer Teil in den tiefsten Schichten der Ozeane an.

Dort verweilt das durch den Abbau gebildete CO2 wegen der langsamen Ozeanzirkulation mehrere Jahrhunderte. Generell gilt: In je grösserer Tiefe der Abbau passiert, desto länger verbleibt das gebildete CO2.

Doch je weniger Fische sich in den Meeren tummeln, desto weniger Fischkot wird produziert und gelangt in die Tiefe. "Die Einschätzung, wie wichtig Fische für die Biogeochemie der Ozeane sind, wurde bisher dadurch behindert, dass wenig über ihre Zahl, Verteilung und Stoffwechselraten bekannt war", schreiben die Autoren. "Diese Eigenschaften haben sich im vergangenen Jahrhundert stark verändert."

Biomasse von Fischen und Wirbellosen grösstenteils unbekannt

Dass die industrielle Fischerei Fischbestände deutlich reduziert hat, ist unstrittig. Fraglich ist jedoch sowohl das Ausmass des historischen Rückgangs als auch der Ausgangswert - also die Biomasse etwa zum Ende des 19. Jahrhunderts.

Wie gross die Ungewissheit ist, zeigt die Tatsache, dass Schätzungen zur derzeitigen globalen Biomasse von Fischen um mehr als den Faktor 50 schwanken - zwischen weniger als 1 und mehr als 50 Gigatonnen.

Auf Basis von Modellierungen schätzte das Team zunächst die Bestände vor Beginn der grossangelegten Fischerei und dann für die 1990er Jahre, einem Zeitraum mit hohen Fangmengen. Demnach betrug die Biomasse jener Fische und Wirbellosen - etwa Tintenfischen - im Bereich zwischen 10 Gramm und 100 Kilogramm, auf die die Fischerei abzielt, vor Beginn der industriellen Fischerei 3,3 Gigatonnen.

Fische dieser Grösse konsumieren demnach etwa zwei Prozent der gesamten Primärproduktion der Ozeane von etwa 50 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr - also etwa 1 Gigatonne jährlich.

Unsicherheiten in Modell-Parametrisierung sehr gross

Fischfäkalien könnten für 10 Prozent des durch die biologische Pumpe transportierten Kohlenstoffs - also der absinkenden organischen Partikel - verantwortlich sein, schätzen die Autoren. Bis zu den 1990er Jahren sei die Biomasse der Fische etwa halbiert worden. Das habe ihren Beitrag zur biologischen Pumpe entsprechend geschmälert. Zusätzlich verringert würden Fischbestände durch weitere Einflüsse des Menschen wie Klimawandel, Verschmutzung der Meere und Zerstörung von Lebensräumen.

Vorsichtig äussern sich Experten allerdings zu den konkreten Auswirkungen der Fischerei auf die Rolle der biologischen Pumpe. "Der gewählte Ansatz ist angemessen, aber die Unsicherheiten in der Modell-Parametrisierung sind sehr gross", sagt Achterberg. "Das muss bei der Diskussion der Ergebnisse berücksichtigt werden."

Gewisse Rückkopplungseffekte wurden nicht berücksichtigt

Christopher Zimmermann, Leiter des Rostocker Thünen-Instituts für Ostseefischerei, hält es für durchaus plausibel, dass die industrielle Fischerei die Fischbestände um die Hälfte dezimiert haben könnte. Allerdings ignorierten die Forscher in ihrem Modell weitere Wechselwirkungen: Der Rückgang der Fische könne sich auf die Beutetiere auswirken oder eine Zunahme anderer Organismen zur Folge haben, die ebenfalls Kohlenstoff einlagern. Solche Rückkopplungseffekte würden nicht berücksichtigt.

Gruber hält zwar die Auswirkungen der Fischerei auf die Fischbestände für massiv, die Folgen dieser Dezimierung für das Klima seien jedoch begrenzt. Die biologische Kohlenstoffpumpe nehme kein Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf, es handele sich um einen internen Kreislauf in den Meeren. Zwar könne eine Schwächung dieser Pumpe zu einem Freiwerden von im Ozean gespeicherten Kohlenstoff führen, allerdings sei der Effekt gering.

Mögliche Veränderungen der Fischbiomasse, so Gruber, seien keine wichtigen Treiber für die Veränderungen der CO2-Senke des Ozeans in den nächsten Jahrzehnten. "Die Erwärmung und mögliche Veränderungen der Zirkulation werden viel wichtiger sein", betont er. Ohnehin sei die physikalische Kohlenstoffpumpe im Vergleich zur biologischen Pumpe wesentlich wichtiger für das Klima. "Die heutige Netto-CO2-Senke des Ozeans ist fast ausschliesslich eine Folge der chemisch-physikalischen Lösung von CO2 im Meerwasser."

In der Tiefe wohl hoher Sauerstoffgehalt dank Fischerei

Wie komplex die Folgen der Fischerei für die Meere sind, zeigt das zweite Ergebnis der aktuellen Studie: Weil weniger Fischfäkalien in die tiefen Schichten der Meere sinken, dürfte den Forschern zufolge in der Tiefe der Sauerstoffgehalt höher sein als ohne Fischerei, vermuten sie. Dies könne dem durch die Erderwärmung verursachten Sauerstoffverlust der Meere entgegenwirken.

"Das sind aber nur grobe Schätzungen, wir brauchen mehr Studien, um diese Effekte besser zu verstehen", räumt Bianchi ein. "Komplexe Wechselwirkungen in dem Ökosystem können wir in unserem Modell noch nicht genau abbilden.2

Für Gruber müssen nun weitere Studien die Hypothesen der Forscher überprüfen. Letztlich gehe es darum, die Modelle zu den biogeochemischen Kreisläufen im Meer und insbesondere für die biologische Pumpe zu verfeinern. (ff/dpa)