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Nährstoffe

   
 
 

40 Jahre - Nährstoff-Monitoring in der Deutschen Bucht


Nährsalze wie Phosphat und anorganische Stickstoffverbindungen (Nitrat, Nitrit, Ammonium) sowie Silikat sind für das Leben im Meer von grundlegender Bedeutung. Sie sind lebensnotwendige Substanzen für den Aufbau des Phytoplanktons (der im Meer treibenden mikroskopisch kleinen einzelligen Algen), auf dessen Biomasseproduktion die gesamte marine Nahrungskette basiert. Da diese Spurenstoffe das Wachstum fördern, werden sie als Nährstoffe bezeichnet. Zu hohe Einträge, bedingt durch Industrie, Verkehr und Landwirtschaft führten in den 70er und 80er Jahren zu einer starken Anreicherung der Nährstoffe im Meerwasser und somit zur Eutrophierung, die heute noch in den Küstenregionen andauert.

Seewasser-Probenahme mit dem Kranzwasserschöpfer

 

BSH-Stationsnetz zur Nährstoff- und Schadstoffüberwachung


Eutrophierung

Eutrophierung bedeutet die durch menschliche Aktivitäten verursachte Anreicherung des Wassers mit Nährstoffen. Dies kann zu beschleunigtem Algen-Wachstum führen und dadurch unerwünschte Störungen der im Gewässer vorhandenen Seewasser-Probenahme mit dem Kranzwasserschöpfer BSH-Stationsnetz zur Nährstoff- und Schadstoffüberwachung der Deutschen Bucht Lebensgemeinschaften bewirken und somit auch eine Veränderung der Gewässerqualität hervorrufen. Deutliche Anzeichen von Eutrophierung sind erhöhte Chlorophyllgehalte, Artenverschiebungen (auch toxische Algen), Sauerstoffmangel und Veränderung der Sichttiefe.
In der 2008 verabschiedeten EU-Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie (MSRL) wird ein erstrebenswerter guter Umweltzustand formuliert, der durch die Entwicklung geeigneter Maßnahmen erreicht werden soll. Um den Erfolg dieser Maßnahmen zu überprüfen und aktuelle Daten aus der Meeresumwelt vorzuhalten, führt das BSH Labor, Sülldorf regelmäßige Überwachungsfahrten auf einem festgelegten Stationsnetz in der Deutschen Bucht durch.
 

Nährstoff-Strukturen

Die Nährstoffe in der Nordsee haben ähnliche Verteilungsstrukturen, sie unterscheiden sich jedoch im Konzentrationsbereich. Die Verteilung ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Eintragsorten, Quellenstärken, dem Wasseraustausch und der mittleren Strömung. Man findet die höchsten Konzentrationen im Küstenwasser. In der zentralen Nordsee kommen die niedrigsten Werte vor; sie sind nur noch halb so groß wie im Atlantikwasser oder ein Viertel von dem im Küstenwasser.

Verteilungsmuster von DIN
(= gelöste anorganische Stickstoffverbindungen) im Oberflächenwasser der Deutschen Bucht


Jahresgang der Nährstoffe

Nährstoffe zeigen einen ausgeprägten Jahresgang. Die höchsten Konzentrationen treten zum Winterende auf, wenn der Verbrauch durch das Plankton wegen Lichtmangel und niedriger Temperaturen gering und die Freisetzung von Nährstoffen aus organischem Material (= Remineralisierung der Biomasse) des vorausgegangenen Sommers fortgeschritten ist. Mit zunehmender Sonneneinstrahlung im Frühjahr beginnt das Algenwachstum und die gelösten Nährstoffe werden aus der Wassersäule aufgenommen. Sobald Phosphat oder Nitrat aufgezehrt sind, gibt es kein weiteres Wachstum mehr, die Stoffe wirken begrenzend.
 

Langzeitliche Nährstoff-Entwicklung

Die vom Menschen durch Landwirtschaft, Industrie und Verkehr zusätzlich in die Nordsee eingetragenen Nährstoffe wirken sich heute hauptsächlich noch in der Küstenzone (Salzgehalt = 30) aus. Die Phosphatkonzentration hat deutlich abgenommen, der Vergleichswert aus dem Jahre 1936 mit 0,56 μmol/L (= mikromol pro Liter ist eine Konzentrationsangabe, die für Nährstoffe am häufigsten verwendet wird) ist fast erreicht. Anfang 1978 war der Phosphatwert mit 2,40 μmol/L hier noch viermal so hoch wie der 1936er Vergleichswert. In der offenen See (Salzgehalt = 33-35) lag der Phosphatgehalt 1936 bei 0,53 μmol/L, die heutigen Werte unterscheiden sich kaum noch von diesem Wert.

Langzeitliche Phosphatentwicklung in der Deutschen Bucht. Die blaue Linie entspricht dem im Rahmen der MSRL anzustrebenden guten Zustand (Orientierungswert = 0,6 μmol/L).

Langzeitliche DIN-Entwicklung in der Deutschen Bucht. Die blaue Linie entspricht dem im Rahmen der MSRL anzustrebenden guten Zustand (Orientierungswert = 11 μmol/L).

Nicht so positiv stellt sich die Situation für die löslichen Stickstoffverbindungen (DIN) dar, hier werden im Winter 2015 immer noch Werte von 41 μmol/L im küstennahen Bereich gemessen. Der im Rahmen der MSRL angestrebte Wert von 11 μmol/L, der den guten Zustand in der Meeresumwelt widerspiegelt, wird noch nicht erreicht, da die Einträge über die Flüsse (Landwirtschaft, Industrie, Verkehr) und die Atmosphäre (Schifffahrt) nach wie vor sehr hoch sind. Nur in der zentralen Nordsee bleibt der Stickstoff-Eintrag durch den Verdünnungseffekt ohne erkennbare Auswirkungen.
 

Sauerstoff im Meerwasser

Gelöster Sauerstoff im Wasser ist die Voraussetzung für alles höhere Leben im Meer. Der Vorrat des gelösten Sauerstoffs im Wasser ist sehr viel kleiner als der in der Luft. In einem Liter Luft sind 300 mg Sauerstoff enthalten gegenüber 8 bis 9 mg in einem Liter von gesättigtem Seewasser.
Das Oberflächenwasser ist durch seinen unmittelbaren Kontakt mit der Luft in der Regel gut mit Sauerstoff versorgt. Während dem Algenwachstum im Frühjahr kann es bei anhaltend ruhigem Wetter zur Sauerstoffübersättigung kommen. In seltenen Fällen wurden Übersättigungen bis 200% gemessen. Die Übersättigung ist unschädlich und wird durch Seegang aufgelöst.
Im Sommer kann der Sauerstoffvorrat im Bodenwasser durch den mikrobiellen Abbau (= Abbau durch Mikroorganismen – kleine einzellige Organismen wie z.B. Bakterien) von Biomasse aufgezehrt werden, wenn während einer stabilen Hochdruckwetterlage durch eine starke vertikale Temperaturschichtung oder Salzgehaltssprungschicht der Nachtransport aus der Luft behindert wird. Dadurch entstehen Sauerstoffdefizite, die jedoch durch die Herbststürme immer wieder vollständig aufgefüllt werden.

Sauerstoffsättigung [%] im Bodenwasser der Deutschen Bucht im Sommer 2015

Schon eine Sauerstoffsättigung unter 70 % (ca. 6 mg/L) kann bei Fischen zu Beeinträchtigungen des Wachstums führen; bei Gehalten unter 50% (ca. 4 mg/L) sind Stoffwechselstörungen bei am Boden lebenden Tieren feststellbar.


Langzeitliche Entwicklung des pH-Wertes

Neben der Überwachung der Nährstoffe und der Sauerstoffkonzentration wird auch der pH-Wert im Meerwasser regelmäßig untersucht. Der pH-Wert spiegelt einerseits das biologische Geschehen wider (Anstieg des pH-Wertes während Planktonblüten), andererseits können Gewässerverunreinigungen und Auswirkungen des Klimawandels (Eintrag von Kohlendioxid in die Meeresumwelt) identifiziert werden.

Jahreszeitlicher Verlauf der pH-Werte in der Deutschen Bucht zwischen Januar 1990 und Januar 2017

Der Verlauf der pH-Werte zeigt deutliche Anstiege während der Vegetationsperioden und Abnahmen während der Remineralisierungsphasen. Auch hohe Wassertemperaturen können sich negativ auf die Höhe des pH-Wertes auswirken, da weniger Kohlendioxid in der Wasserphase gelöst wird. Trotz jahreszeitlicher Schwankungen und interannueller Unterschiede zeichnet sich bedingt durch eine steigende Kohlendioxidbelastung, verursacht durch Industrie und Verkehr, ein abnehmender Trend bei der pH-Wert Entwicklung in der Deutschen Bucht ab. Negative Auswirkungen auf die Meeresumwelt, wie z.B. negative Einflüsse auf das Korallen- und Kieselalgenwachstum sind die Folge.

Weitere und aktuelle Informationen erhalten Sie unter:
http://www.bsh.de/de/Meeresdaten/Beobachtungen/Nordseezustand_Aktuell_/Nordseezustand-Meereschemie.jsp

 

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 © 2017 Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie Aktualisiert am: 07.04.2017 08:00:38  
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