Algen als CO2-Speicher

Abb. 1: Kelp-Wedel mit Stengel und gasgefüllten Blasen

Makroalgen als Kohlenstoffspeicher

Neben Küstenökosystemen wie Mangroven und Seegraswiesen gelten in jüngster Zeit auch Makroalgen als bedeutende ozeanische Kohlenstoffsenke. Zwei Arten mit einem hohen Speicherpotential sind Tangwälder (auch Allgen-, Kelp- oder Seetangwälder) in gemäßigten bis kühlen Küstengewässern und Sargassum in tropischen und gemäßigten Küstengebieten. Sargassum zeichnet sich durch eine schwimmende Lebensweise aus und kann dadurch z.B. durch Meeresströmungen und Wind zu Algenmatten mit Dicken von 0,1 bis 2 m zusammengetrieben werden. Tangwälder verankern sich mit wurzelartigen Haftorganen am felsigen Meeresboden und nutzen Stiele und blattartige Wedel, um das Sonnenlicht unterhalb der Meeresoberfläche zu erreichen. Viele Arten verfügen zudem über gasgefüllte Blasen, die die Wedel unter der Wasseroberfläche aufrecht halten (Abb. 1).

Die von Makroalgen bedeckten Flächen und Speicherpotentiale für Kohlendioxid sind nur grob bekannt und werden auf 600-722 Millionen Hektar bzw. 61-268 Mio. Tonnen Kohlenstoff jährlich geschätzt. Ein großer Teil des in Makroalgen ursprünglich gespeicherten Kohlenstoffs wird von Meeresströmungen in größere Entfernungen verfrachtet, gelangt in die marine Nahrungskette und in größere Meerestiefen. Ein Viertel soll nach jüngeren Schätzungen sogar die Sedimente der Tiefsee unter 4000 m erreichen.

Tangwälder

CO₂-Aufnahme und -Speicherung durch Tangwälder

Tang- oder Kelp-Wälder wachsen in den Uferzonen der Meere. In Europa finden sich die größten Algenwälder vor den Küsten Norwegens, Islands und Grönlands. In der Nordsee kommen die Seetangwälder in der Deutschen Bucht bei Helgoland und in der Ostsee, unter anderem im Biosphärenreservat Südost-Rügen, vor. Sie können bis zu 30 m hoch sein (Abb. 2) und besitzen eine enorm große Artenvielfalt. Oft werden sie deshalb auch als "Regenwälder der Meere" bezeichnet. Anders als die tropischen Regenwälder finden Tangwälder jedoch nur wenig Aufmerksamkeit und Unterstützung für ihre Erhaltung.

Abb. 2: Der Riesentang – die weltweit größte Meeresalgenart – zählt zu den am schnellsten wachsenden Lebewesen der Erde. Er kann an einem einzigen Tag bis zu 60 Zentimeter (zwei Fuß) wachsen und gewaltige Unterwasserwälder bilden, die zahlreichen Meeresbewohnern als Lebensraum dienen. Photo: Steve Lonhart/NOAA

Abb. 3: Felsiger Untergrund der Kelp-Pflanzen sowie CO2-Aufnahme und -Abgabe bei Kelp-Wäldern

Für die Kohlenstoffaufnahme durch den Ozean spielen sie eine wichtige Rolle. Tangwälder weisen ein ungewöhnlich schnelles Wachstum auf. Der zu den Tangwäldern zählende Riesentang z.B. kann an einem einzigen Tag bis zu 60 Zentimeter wachsen und so gewaltige Unterwasserwälder bilden. Großalgenwälder assimilieren aufgrund ihrer außergewöhnlichen Produktivität und großen räumlichen Ausdehnung beträchtliche Mengen an Kohlenstoff in der Küstenzone. Die starke CO₂-Aufnahme führt dazu, dass in dem darüber liegenden Wasser die CO2-Konzentration sinkt. Das wiederum bewirkt, dass dieses Wasser mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen kann.

Was aber passiert, wenn das CO₂ durch Veratmung, Zerstörung und Zersetzung der Tangwälder wieder freigesetzt wird? Drei Mechanismen bestimmen den Verbleib des Kohlenstoffs (Abb. 3):

1. Z.T. wird CO₂ in Küstengewässern gelöst und kann direkt an die Atmosphäre abgegeben werden.
2. Ein anderer Teil kann als Pflanzenpartikel in die Nahrungskette gelangen oder in marine Sedimente in Küstennähe eingebettet werden, wodurch die Abgabe von CO₂ an die Atmosphäre stark eingeschränkt wird. Da die meisten Makroalgen auf felsigen Untergrund wachsen, ist dafür ein Transport in entferntere Sedimentablagerungen erforderlich.
3. Schließlich wird ein dritter Teil durch Strömungen in Tiefen unterhalb von 1000 m und mehr transportieret und in Sedimenten der Tiefsee eingeschlossen und über Jahrzehnte oder 100 Jahre gespeichert. Die Einbettung von organischem Kohlenstoff in Sedimenten ist einer der wichtigsten Wege zur langfristigen Kohlenstoffbindung.

Gefährdung von Tangwäldern

Abb. 4: Links: gesunder Kelp-Wald; rechts: durch Hitzewellen zerstörter Kelp-Wald

Tangwälder unterliegen allerdings verschiedenen Risiken, die ihre Funktion als Kohlenstoff-speicher bedrohen. Zum einen handelt es sich dabei um direkte menschliche Eingriffe wie Änderungen der Landnutzung, Meeresverschmutzung, Überfischung und direkte Nutzung der Algen als Nahrung, wovon 40-60% der Tangwälder betroffen sind. Zum anderen stellt der Klimawandel eine wachsende Bedrohung dar. So können Stürme Teile von Tangwäldern abreißen und verfrachten. Auch die Versauerung der Meere durch die erhöhte Kohlendioxid-Aufnahme beeinträchtigt das Wachstum von Tangwäldern.

Die größte Bedrohung für Tangwälder geht jedoch von der Erhöhung der Ozeantemperatur und besonders von marinen Hitzewellen aus (Abb. 4). Marine Hitzewellen unterscheiden sich von Hitzewellen auf dem Land. Da Meerwasser Wärme langsamer aufnimmt und abgibt als Luft, sind Temperaturextreme im Ozean weniger ausgeprägt als an Land. Sie dauern jedoch oft über Wochen oder Monate hinweg an und breiten sich über große Gebiete aus. Im Laufe des vergangenen Jahrhunderts hat sich die Häufigkeit von marinen Hitzewellen verdoppelt; sie sind zudem intensiver, dauern länger an und erstrecken sich über größere Gebiete.

Abb. 5: Umwandlung von Kelp-Wäldern in Seeigelwüsten durch Marine Hitzewellen und Seeigel-Fraß

Durch Erwärmung und Hitzewellen ändern sich die marinen Ökosysteme und die Nahrungskette. So kann die Verbreitung von Seesternen und Ottern durch höhere Temperaturen abnehmen, was wiederum den wärmeliebenden Seeigeln erlaubt, sich stärker auszubreiten. Seeigel sind jedoch die Hauptfressfeinde für Tangwälder (Abb. 5). In verschiedenen Küstengewässern der Welt haben Seeigel Tangwälder so stark geschädigt, dass nur noch regelrechte Seeigelwüsten übrigblieben. Das war etwa bei den Kelpwäldern des „Great Southern Reef“ der Fall, das sich entlang der Küsten Südaustraliens und Tasmaniens erstreckt. Ähnlich sind die Kelp-Bestände in Nordkalifornien als Folge der über mehrere Jahre anhaltenden extremen Ozeanerwärmung „The Blob“ um 95% geschrumpft., ,

Anbau und Wiederherstellung von Tangwäldern

Abb. 6: Seetang-Farm in Sansibar

Unter den ozeanbasierten CDR-Ansätzen stößt die großflächige Aufforstung der Ozeane mit Makroalgen auf ein begrenztes, aber wachsendes Interesse. Makroalgen können eine photosynthetische Produktivität aufweisen, die mit der eines tropischen Regenwaldes vergleichbar ist, und verfügen über einen hohen Kohlenstoffgehalt, was sie zu potenziellen Kandidaten für ozeanbasierte CDR-Maßnahmen macht. Zudem konkurrieren sie nicht mit landwirtschaftlichen Nutzflächen und können lokale Vorteile bieten, wie etwa eine Verringerung von Eutrophierung und Versauerung. Außerdem können geerntete Makroalgen als Ersatz für synthetischer Düngemittel dienen und senken die Methanemissionen von Rindern, wenn sie Futtermitteln beigemischt werden. Darüber hinaus tragen sie zur Anpassung an den Klimawandel bei, indem sie die Wellenenergie dämpfen und Küstenlinien schützen. So wurde etwa in Norwegen beobachtet, dass Tangwälder Wellenhöhen um 60% reduzieren können. Da sie eine hohe Artenvielfalt unterstützen, schützen sie z.B. Krustentiere vor der Ozeanversauerung.

Obwohl die Algenzucht (Abb. 6) derzeit eine weitaus geringere Fläche einnimmt als natürliche Makroalgen – weltweit geschätzt 2000 km² –, bietet sie ein erhebliches Expansionspotenzial sowohl in Küstengewässern als auch im Offshore-Bereich. Jährlich werden rund 1,5 Mt Kohlenstoff (MtC) fixiert und in die geerntete Makroalgenbiomasse eingebaut. Ein Teil dieses Kohlenstoffs geht vor der Ernte verloren und kann sich in den darunterliegenden Sedimenten ablagern; dort kann er sich unter günstigen Bedingungen mit Raten zwischen 25 und 71 gC m⁻² Jahr⁻¹ anreichern und langfristig gespeichert werden.

Es gibt verschiedene Maßnahmen, Tangwälder zu schützen oder ihre Verbreitung zu erweitern. Eine Möglichkeit besteht darin, die Überweidung von Kelpbeständen durch Seeigel einzudämmen. Praktiziert werden dabei die manuelle Tötung von Seeigeln sowie der Einsatz chemischer Mittel oder die Umsiedlung der Seeigel. Die meisten solcher Maßnahmen werden räumlich nur sehr begrenzt angewandt. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass dadurch die Tangwälder in den meisten Fällen zugenommen haben. Die zugrunde liegende Ursache wird dadurch jedoch nicht berührt, weshalb die Erfolge nur kurzfristig anhalten. Der Schutz von Seeigel-Fressfeinden kann das Wiederwachsen von Makroalgen dagegen nachhaltiger ermöglichen. Viele Fressfeinde von Seeigeln wie Ottern oder werden stark überfischt. So hat die Wiederansiedlung von Seeottern auf den Aleuten zu einem Rückgang der Seeigel und einer Zunahme von Kelp geführt. Eine aktive Wiederansiedlung von Kelp bietet zusätzliche Möglichkeiten, die Erholung der Kelpbestände nach der Entfernung von Seeigeln zu unterstützen. Dazu gehören die Umpflanzung oder erneute Aussaat von Kelp aus Wild- oder Zuchtbeständen sowie die Möglichkeit, neue Stämme zu entwickeln, die sich an veränderte Umweltbedingungen anpassen können.

Angesichts des weltweiten Rückgangs von Kelpwäldern ist eine wirksame Wiederherstellung erforderlich. Kelpwälder sind eine wichtige Stütze für viele unserer Küstenökosysteme in gemäßigten Breiten. Die vielfältigen Leistungen von Kelpwäldern (z. B. hohe Produktivität, Funktion als Ökosystemgrundlage, Kohlenstoffbindung, Unterstützung der Küstenfischerei) lassen die Entfernung von Seeigeln in vielen Situationen sinnvoll erscheinen.

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Kontakt: Dieter Kasang