Die Nordsee in 300.000 Datensätzen

25. Januar 2018, von Iris Hinrichs

Foto: UHH/CEN/T.Wasilewski

Die Nordsee verändert sich – nicht nur zum Schlechten. Doch auch eine positive Entwicklung kann der Wissenschaft unerwartet Überstunden bescheren. Wenn Zuflüsse wie Elbe und Weser auf dem Weg durch das Land Abwässer aus Industrie und Landwirtschaft aufnehmen, befördern sie diese Richtung Meer.

Auch über die Luft werden große Mengen Abgase aus Autoverkehr und Kraftwerken transportiert und lösen sich im Ozean. So gelangen viele zusätzliche – potenziell unerwünschte – Nährstoffe wie Phosphat und Stickstoff in die Nordsee und tragen zur Überdüngung bei.

Seit jedoch in den 1980er Jahren die Phosphate aus den Waschmitteln verbannt wurden, ist ihr Anteil im Wasser erfreulicherweise gesunken. Ebenso gehen die Werte für Stickstoff zurück. Die Wasserrahmenrichtlinie der Europäischen Union aus dem Jahr 2000 setzt hier Grenzwerte. Doch noch immer werden diese in Spitzenzeiten zum Beispiel durch Düngung auf den Feldern weit überschritten.

Am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) interessieren mein Kollege Johannes Pätsch und ich uns dafür, wie sich die Nordsee in Zukunft verändern wird. Wie stark werden sich welche Nährstoffe an Küsten und im offenen Meer verteilen? Welchen Einfluss haben Klimawandel und steigende Temperaturen?

Vor 30 Jahren gab es noch reichlich Stickstoff im Wasser

Wir nutzen ein Klimarechenmodell, das detaillierte Prognosen für den Nordseeraum abgeben kann. Es bildet die komplexen Vorgänge dort mit Hilfe mathematischer Formeln möglichst genau ab. Um die Ergebnisse zu testen, werden vergangene Zeitabschnitte modelliert und mit echten Messdaten von damals verglichen. Je ähnlicher die Ergebnisse, desto besser das Modell.

Doch der für unser Modell passende Prüf-Datensatz umfasst nur Messungen aus den 1970er bis 1990er Jahren. Für einen aktuellen Abgleich ist er kaum geeignet, weil es damals noch reichlich Phosphat und Stickstoff im Wasser gab. Ein neuer Datensatz musste her. Unser Ziel: Alle offiziell gemessenen Daten für den Nordseeraum von 1960 bis heute zu sammeln, aufzubereiten und weltweit zur Verfügung zu stellen – ein Megaprojekt.

Zunächst habe ich dafür von verschiedenen Ozeanografischen Zentren die Zahlenpakete für jeden Tag inklusive Messzeit und Ort abgefragt. Die Zentren erhalten diese Werte gewöhnlich von Forschungsschiffen, Messbojen oder Küstenstationen. So bekam ich mehr als 300.000 Datensätze mit Angaben zu Salzgehalt, Wassertemperatur in verschiedenen Tiefen und Nährstoffen wie Phosphat, Stickstoff und Silikat – alle unterschiedlich in Standard und Güte.

Neues Klärwerk oder weniger Abgase - was hilft wirklich?

Jetzt mussten doppelte Nennungen gefunden und eliminiert, Ausreißer identifiziert und auf Plausibilität geprüft werden. Aus den bereinigten Daten haben wir eine interaktive Karte der Nordsee mit Messwerten für jeden Monat entwickelt. Sie ist online frei zugänglich im ICDC-Datencenter der Universität – ein Schatz für Meeresbiologen und Modellierer.

Schon jetzt geben uns die neuen Daten wichtige Hinweise, wo das Rechenmodell noch hakt. In den Simulationen sinkt zum Beispiel der Wert für Phosphat nie ganz auf Null. Im Meer ist dies aber häufig der Fall, wenn im Sommer sämtliche Nährstoffe aufgebraucht sind. So muss das Modell noch weiter verfeinert werden, bis es die tatsächlichen Zustände immer besser abbildet. Erst wenn es die vergangenen 30 Jahre möglichst passgenau simuliert, ist es fit für Rechnungen in die Zukunft: Als nächstes werden wir Szenarien für die Nordsee bis 2100 vorausberechnen.

Solche Prognosen sind gefragt. Denn was hilft wirklich, den Eintrag von Nährstoffen zu begrenzen? Ein neues Klärwerk? Autoabgase ohne Stickstoff? Die Politik ist daran interessiert, die vorgeschriebenen EU-Grenzwerte einzuhalten. Das verbesserte Nordsee-Modell trägt dazu bei, sinnvolle Maßnahmen zu finden.

Dieser Artikel erschien am 17. Januar 2018 als Gastbeitrag im Hamburger Abendblatt.

Iris Hinrichs ist Ozeanografin an der Universität Hamburg.

Zur kompletten Abendblatt-Serie

Link zum neuen Nordsee-Datensatz (Biogeochemische Nordsee-Klimatologie - NSBC)