Diese Treibhausquelle hatte kaum jemand auf dem Zettel

Flüsse geraten weltweit unter Druck. Sie werden wärmer, verlieren Sauerstoff und geben dabei immer mehr Treibhausgase an die Atmosphäre ab. Eine neue Studie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zeigt nun, wie sehr sich dieser Effekt in den vergangenen 20 Jahren verstärkt hat – und warum steigende Temperaturen und intensive Landnutzung das Problem verschärfen.

Das Forschungsteam hat die Entwicklung von Flüssen zwischen 2002 und 2022 modelliert. Sie kombinierten dabei Messdaten, Satellitenbeobachtungen und maschinelles Lernen. Die Schätzung fällt eindeutig aus: In diesem Zeitraum kamen rund 1,5 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalent an zusätzlichen, vom Menschen beeinflussten Emissionen aus Flüssen zusammen.

Der weitaus größte Teil davon entfiel auf Kohlendioxid. „Insgesamt schätzen wir die zusätzlichen anthropogenen Emissionen aus Flüssen auf etwa 1,5 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalent im Untersuchungszeitraum von 2002 bis 2022“, sagt Dr. Ricky Mwanake, der die Berechnungen maßgeblich durchgeführt hat. Diese Menge sei der Studie zufolge in bisherigen globalen Treibhausgasbudgets nicht enthalten gewesen.

Warum Flüsse Treibhausgase freisetzen

Das Problem beginnt nicht erst am Wasser selbst, sondern oft schon auf Feldern, in Städten und an Abwasserleitungen: Gelangen Nährstoffe, Düngerreste oder organisches Material in die Flüsse, bauen Mikroorganismen diese Stoffe ab. Dabei verbrauchen sie Sauerstoff. Zudem entstehen Gase wie Kohlendioxid, Methan und Lachgas, die anschließend in die Atmosphäre entweichen. Auch zunehmende Niederschläge spielen dabei eine Rolle, weil sie zusätzliche Stoffe aus dem Umland in die Gewässer spülen können.

Die Studie sieht in dem Zusammenhang einen globalen Trend: Flüsse erwärmen sich, verlieren Sauerstoff und sind immer häufiger mit Treibhausgasen übersättigt. Im Mittel lag die Übersättigung bei 400 Prozent für Kohlendioxid, bei 6324 Prozent für Methan und bei 146 Prozent für Lachgas. Nicht jeder Fluss ist gleich stark betroffen, doch sie wirken weltweit als Quellen für diese Gase.

Methan ist den Forschern besonders aufgefallen. Dieses Gas reagiert laut Studie sehr empfindlich auf steigende Temperaturen. In stark belasteten Einzugsgebieten nahm die Methan-Übersättigung kräftig zu.

Flüsse werden wärmer – das hat zwei gravierende Folgen

Die Forscher errechneten für die weltweiten Flüsse einen Anstieg der Wassertemperatur von durchschnittlich 0,27 Grad Celsius pro Jahrzehnt. Zugleich sank der Sauerstoffgehalt um 0,058 Milligramm pro Liter und Jahrzehnt. Solche Werte wirken auf den ersten Blick klein, für Flüsse und ihre Stoffwechselprozesse sind sie jedoch von Bedeutung.

Wärmeres Wasser hat gleich zwei Folgen:

1. Es beschleunigt die Aktivität von Mikroorganismen
2. Es kann weniger Sauerstoff binden

Beides zusammen verschiebt das Gleichgewicht im Gewässer. „Im Mittel sinkt der Sauerstoffgehalt um 0,058 Milligramm pro Liter und Jahrzehnt – also deutlich schneller als in Seen und Ozeanen“, sagt Mwanake. Die Autoren der Studie erklären, dass Flüsse Sauerstoff inzwischen bis zu 2,5-mal schneller verlieren könnten als Seen und Ozeane, die in dieser Hinsicht besser erforscht sind.

Wo die Belastung besonders stark wächst

Nicht alle Regionen entwickeln sich gleich. Die stärksten Veränderungen beobachtete das Team dort, wo mehrere Belastungen zusammenkommen. Dazu gehören vor allem:

• steigende Wassertemperaturen
• wachsende Städte
• intensivere Landwirtschaft
• stärkere Niederschläge

Wo Flüsse sich stärker erwärmten und die menschliche Landnutzung zugleich zunahm, lagen die Werte im Schnitt deutlich höher. Die Studie nennt 1644 Prozent mehr Methan-Übersättigung, 52 Prozent mehr Kohlendioxid-Übersättigung und 5 Prozent mehr Sauerstoff-Untersättigung als in Einzugsgebieten mit geringeren Veränderungen.

Die Mischung macht den Unterschied: Steigende Temperaturen und intensive Nutzung der Landschaft treiben sich gegenseitig an. Die Studie beschreibt diese Effekte ausdrücklich als verstärkend: Treffen Erwärmung und menschliche Landnutzung zusammen, nehmen Treibhausgase und Sauerstoffverlust besonders stark zu.

So kamen die Forscher zu ihren Ergebnissen

Das Team stützte sich auf einen großen Datensatz. Verwendet wurden Messdaten aus bis zu 1085 Standorten in sechs Weltregionen. Daraus lernten Modelle, wie Umweltfaktoren mit Treibhausgasen, Sauerstoff und Wasserqualität zusammenhängen. Anschließend übertrugen die Forscher die Zusammenhänge auf 5084 Einzugsgebiete weltweit.

Wichtig ist dabei die saubere Einordnung: Es handelt sich um modellierte Rekonstruktionen, nicht um lückenlose Langzeitmessungen an jedem einzelnen Fluss. Die Autoren benennen diese Grenze selbst. Kurzfristige Schwankungen innerhalb eines Tages konnten ebenso wenig vollständig erfasst werden wie alle möglichen Hotspots in sehr abgelegenen Regionen. Trotzdem passen die Ergebnisse laut Studie gut zu bekannten Messdaten und regionalen Beobachtungen.

Warum das für den Klimaschutz alarmierend ist

Die Studie zeigt: Flüsse sind nicht mehr nur geschädigte Ökosysteme, sondern auch bislang unterschätzte Klimafaktoren. Das hat Folgen für die politische und fachliche Debatte. Wenn weniger Dünger und Abwasser in Flüsse gelangen, verändert sich das Geschehen im Wasser. Mikroorganismen bauen weniger Material ab – dadurch entstehen auch weniger Treibhausgase.

Die Autoren der Studie erinnern daran, dass sich Belastungen auch durch Landnutzung beeinflussen lassen. Wälder in Einzugsgebieten können helfen, das Eindringen schädlicher Stoffe zu senken und Flüsse zu entlasten. „Gelingt es, diese Stoffeinträge zu reduzieren und Flüsse besser zu schützen, lässt sich dieser Effekt umkehren“, sagt Mwanake. „Somit ist der Schutz von Flüssen immer auch aktiver Klimaschutz.“

Kurz zusammengefasst:

• Flüsse sind nicht nur Opfer von Umweltbelastungen, sondern selbst eine wachsende Quelle von Treibhausgasen: Sie werden wärmer, verlieren Sauerstoff und setzen mehr CO₂, Methan und Lachgas frei.
• Ein Forschungsteam des KIT schätzt, dass dadurch von 2002 bis 2022 rund 1,5 Milliarden Tonnen zusätzliche, vom Menschen beeinflusste Emissionen aus Flüssen entstanden sind, die in vielen Klimabilanzen bislang fehlten.
• Besonders kritisch wird es dort, wo Erwärmung, Landwirtschaft, Städte und Abwasser zusammenkommen: Diese Belastungen verstärken sich gegenseitig – und machen Flussschutz auch zu Klimaschutz.

Übrigens: Während Flüsse immer mehr Treibhausgase freisetzen, passiert ein ähnlicher Effekt auch im hohen Norden – dort treiben neue Gräser auf tauendem Permafrost den Methan-Ausstoß teils um ein Vielfaches nach oben. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Ricky Mwanake, KIT