Zink aus Industrieabgasen: Selbst das abgelegenste Meer ist nicht mehr unberührt

Der Südpazifik galt lange als einer der letzten Orte auf der Erde, die weitgehend frei vom direkten Einfluss des Menschen sind. Tausende Kilometer entfernt von Industriezentren, Großstädten und dichtem Schiffsverkehr schien dieser Teil der Natur fast unangetastet. Doch selbst in diesem abgelegenen Ozean taucht heute Zink auf, das eigentlich aus Kraftwerken, Industrieanlagen und Metallhütten stammt.

Das ist mehr als nur ein weiteres Umweltproblem. Zink gehört im Meer zu den Spurenelementen, die winzige Algen für ihr Wachstum brauchen. Diese Algen, das sogenannte Phytoplankton, bilden die Grundlage vieler Nahrungsketten. Außerdem helfen sie dabei, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu binden. Wenn sich ihr Nährstoffhaushalt verändert, kann das Folgen für Fischbestände, das Klima und das Gleichgewicht ganzer Meeresregionen haben.

Wie Zink aus Fabriken bis in den entferntesten Ozean gelangt

Ein Forschungsteam der ETH Zürich und des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel hat diesen Zusammenhang genauer untersucht. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Nature Communications Earth and Environment.

Zink gelangt vor allem bei der Verbrennung von Öl und Kohle in die Luft. Auch Industrieprozesse und die Metallverhüttung setzen das Metall frei. In der Atmosphäre heftet es sich an winzige Partikel, sogenannte Aerosole. Diese Partikel können Tausende Kilometer zurücklegen, bevor sie sich wieder auf der Oberfläche des offenen Ozeans absetzen.

So erreichen Metalle aus Industriegebieten sogar Regionen, in denen kaum Menschen leben. Tal Ben Altabet, Erstautor der Studie und Postdoc in der Arbeitsgruppe von Geochemie-Professor Derek Vance an der ETH Zürich, beschreibt das deutlich:

Es gibt keine unberührte Natur mehr, nicht mal mehr im Südpazifik, der so weit entfernt von der nächsten Zivilisation ist wie die Astronauten der Internationalen Raumstation.

Die Daten aus dem Ozean sind eindeutig

Für die Untersuchung nutzten die Forscher Proben der Forschungsfahrt GEOTRACES GP21. Das Forschungsschiff war zwischen Februar und April 2022 von Chile bis nach Neukaledonien unterwegs und sammelte Wasser- und Luftproben im Südpazifik. Besonders interessant waren die oberen 500 Meter der Wassersäule. Dort kamen die Wissenschaftler einen eindeutigen Ergebnis: In mehr als 85 Prozent der 213 untersuchten Proben lag der Anteil von Zink aus menschlichen Quellen bei über 80 Prozent.

Das bedeutet: In vielen Bereichen stammt fast das gesamte nachweisbare Zink nicht mehr aus natürlichen Prozessen, sondern aus menschlichen Emissionen. Spuren von natürlichem Zink waren dort kaum noch messbar. „Praktisch das gesamte Zink in den Partikeln aus den Oberflächengewässern des Südpazifik ist unnatürlich. Diese Ergebnisse zeigen, dass selbst Elemente, die bisher als nicht stark von menschlichen Aktivitäten beeinflusst galten, mittlerweile von industrieller Verschmutzung dominiert werden, die die abgelegensten Teile des offenen Ozeans erreicht hat“, berichtet Ben Altabet.

Warum gerade Zink für den Ozean so wichtig ist

Viele verbinden Zink eher mit Nahrungsergänzung oder Sonnencreme. Im Meer erfüllt das Spurenelement jedoch eine wichtige biologische Aufgabe. Phytoplankton braucht Zink für die Photosynthese. Diese winzigen Algen nehmen Kohlendioxid auf, produzieren Sauerstoff und bilden die Nahrungsbasis für viele Meereslebewesen. Damit beeinflussen sie auch das Klima auf der Erde.

Natürlicherweise ist die oberste Meeresschicht eher arm an Zink und anderen Spurenelementen, weil das Phytoplankton diese Stoffe verbraucht. Damit die Algen gut wachsen können, müssen diese Mikronährstoffe im richtigen Verhältnis vorhanden sein. Gerät dieses Verhältnis durcheinander, kann sich das an mehreren Stellen bemerkbar machen:

• Manche Planktonarten könnten besser wachsen, andere schlechter.
• Dadurch kann sich die Nahrung für kleine Meerestiere verändern.
• Diese Veränderungen können bis zu Fischen und größeren Meereslebewesen reichen.
• Auch die Fähigkeit des Ozeans, Kohlendioxid aufzunehmen, könnte sich verändern.

Schon kleine Verschiebungen können also Folgen haben, weil Phytoplankton am Anfang vieler Nahrungsketten steht.

Industrie-Zink verdrängt natürliche Quellen

Die Studie zeigt, wie stark der menschliche Einfluss inzwischen ist. Die Zink-Anreicherung in Aerosolen lag teils beim Faktor 6153 über dem natürlichen Hintergrund. Auch beim Blei, das als klassischer Marker für Umweltverschmutzung gilt, fanden die Forscher sehr hohe Werte. Der atmosphärische Eintrag von Zink lag im Durchschnitt bei rund 29 Nanomol pro Quadratmeter und Tag. Weltweit hochgerechnet entspricht das etwa 3,9 Gigamol pro Jahr.

Dieser Wert liegt ein bis zwei Größenordnungen über dem natürlichen Eintrag durch Mineralstaub. Er ist damit ähnlich groß wie die Mengen, die über Flüsse oder hydrothermale Quellen ins Meer gelangen. Natürliche Signale im offenen Ozean werden dadurch zunehmend von menschengemachten Einträgen überlagert. Die Forscher rechnen damit, dass die steigende Menge an Zink, Eisen, Kupfer und Cadmium das empfindliche Nährstoffgleichgewicht stören könnte.

Was die Wissenschaft jetzt wissen will

Noch ist nicht eindeutig wie stark sich diese Veränderung langfristig auf das Meer auswirkt. Klar ist aber, dass zusätzliche Metalle die Zusammensetzung von Plankton-Gemeinschaften verändern können. Die Forscher wollen deshalb nun auch andere Meeresregionen genauer untersuchen.

Dabei geht es auch um die Isotopen-Zusammensetzung von Eisen und Kupfer, um besser zu verstehen, wie sich Spurenelemente weltweit im Meer verhalten. Ben Altabet sagt: „Nur wenn wir verschiedene Meeressysteme untersucht haben, werden wir verstehen, wie sich Spurenmetalle über den gesamten Ozean betrachtet verhalten und wie Meeresorganismen auf Verschiebungen des Nährstoffgleichgewichts reagieren.“

Kurz zusammengefasst:

• Selbst im abgelegenen Südpazifik stammt ein großer Teil von Zink im Ozean nicht mehr aus natürlichen Quellen, sondern aus Industrie, fossiler Verbrennung und Metallproduktion. Über winzige Aerosole gelangt das Metall über Tausende Kilometer bis ins offene Meer.
• Zink ist für das Phytoplankton lebenswichtig, weil diese winzigen Algen damit Photosynthese betreiben, Kohlendioxid binden und Sauerstoff produzieren. Veränderungen bei diesem Spurenelement können deshalb Nahrungsketten, Fischbestände und das Klimagleichgewicht der Meere beeinflussen.
• In mehr als 85 Prozent der 213 untersuchten Proben lag der Anteil von menschlich verursachtem Zink bei über 80 Prozent. Die Forscher warnen deshalb, dass selbst die entlegensten Meeresregionen heute deutlich vom Einfluss menschlicher Emissionen geprägt sind.

Übrigens: Nicht nur Zink erreicht selbst entlegene Meeresregionen – auch Rückstände aus Medikamenten, Kosmetik und Industriechemikalien verteilen sich über Strömungen bis weit in den offenen Ozean. Selbst Korallenriffe tragen messbare Spuren dieser unsichtbaren Belastung. Mehr dazu in unserem Artikel.

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