Ölverschmutzung im Ozean
Vor der Küste des Oman ist der Tanker Caroline Bezengi, der der sogenannten russischen Schattenflotte zugerechnet wird, nach einer Havarie im Juni auf Felsen aufgelaufen. Das Schiff liegt vor den Hallaniyat-Inseln. Nach Auswertungen von Satellitenbildern tritt Öl aus; die sichtbare Verschmutzung hat sich zuletzt deutlich ausgeweitet. Die Ursache der Havarie ist bislang nicht abschließend geklärt.
Berichten zufolge hatte der unter EU-Sanktionen stehende Tanker russisches Rohöl im Schwarzmeerhafen Noworossijsk geladen und war in Richtung Indien unterwegs. An Bord sollen sich 800.000 Barrel Rohöl befunden haben. Fragen zur Verantwortung für die Bergung sind bislang nicht vollständig geklärt. Oman hat inzwischen Maßnahmen zur Eindämmung der Verschmutzung eingeleitet. Der beschädigte Tanker bleibt jedoch vor Ort und damit eine potenzielle Quelle für weiteren Ölaustritt.
Der Fall zeigt die Risiken, die von größeren Ölaustritten im Meer ausgehen können. Tankerunfälle und Havarien von Bohrplattformen erhalten dabei häufig große mediale Aufmerksamkeit. Langfristig gelangt jedoch auch über andere menschliche Aktivitäten Öl in die Meere, etwa durch den regulären Schiffsverkehr, Abwässer und diffuse Einträge. Hinzu kommen natürliche Ölquellen am Meeresboden.
Die aktuellen Ereignisse vor Oman nimmt das Science Media Center Germany daher zum Anlass, die Hintergründe und Folgen von Öl im Meer genauer zu betrachten: Was passiert mit Öl, wenn es ins Meer gelangt? Welche Maßnahmen stehen nach einem Ölunfall zur Verfügung? Und wer ist für die Bekämpfung einer möglichen Ölverschmutzung in Nord- und Ostsee zuständig?
Das Fact Sheet kann hier als pdf heruntergeladen werden.
Welche Öle treten allgemein aus?
- austretende Rohöle sind komplexe organische Gemische aus über 15.000 Komponenten, die im Durchschnitt schwer, aber dennoch sehr unterschiedlich in Wasser löslich oder damit mischbar sind, Bioverfügbarkeit und Toxizität vor allem durch besser wasserlösliche Bestandteile, zum Beispiel aromatische Verbindungen
- Unterteilung in vier große Gruppen: gesättigte (Alkane, Cycloalkane) und aromatische Kohlenwasserstoffe, Harze und Asphaltene
- gesättigte Kohlenwasserstoffe machen den Großteil des Öls aus, können meist am schnellsten biologisch abgebaut werden, danach folgen die anderen Gruppen in der oben genannten Reihenfolge
- Unterscheidung zwischen „leichten“ und „schweren“ Ölen; schwere Öle enthalten höheren Anteil Harze und Asphaltene und sind daher schlechter beziehungsweise langsamer biologisch abbaubar
- jedes Öl ist einzigartig; charakteristische Zusammensetzung ermöglicht Ermittlung der Förderregion und gegebenenfalls Identifikation des Verursachers der Verschmutzung
Wie viel Öl gelangt aus welchen Quellen in die Ozeane?
- Schätzungen rechnen mit weltweit etwa eine Million Tonnen Öl pro Jahr aus verschiedenen Quellen [1]
- Tankerunfälle meist nur für relativ geringen Anteil verantwortlich
- fortlaufende Einträge erfolgen über Abwässer, zum Beispiel von Bohrinseln oder aus anderen industriellen Prozessen oder aus kommunalen Quellen, und durch die reguläre Schifffahrt, zum Beispiel über den Austausch von Ballastwasser
- natürliche Einträge über sogenannte oil seeps am Meeresboden; dort steigt Öl aus unterirdischen Reservoirs durch das Sediment nach oben in die Wassersäule auf; Großteil des natürlich aufsteigenden Öls wird bereits an Boden-Wasser-Grenzschicht biologisch abgebaut
- etwa 5 Prozent stammen aus unbekannten Quellen
- Anteil der Einträge variiert je nach Quelle: World Ocean Review [1] [2] sieht 5 Prozent aus natürlichen Quellen, 10 Prozent durch Tankerunfälle, 35 Prozent durch Schiffsbetrieb, 45 Prozent über Abwässer; [3] quantifiziert im Jahr 2003 mit 46 Prozent aus natürlichen Quellen, 37 Prozent aus Einträgen durch den Verbrauch von Öl, 12 Prozent Schifffahrt und 3 Prozent durch die Förderung, sieht aber in Neuauflage des Reports [4] 2022 von Land kommende Einträge über Abwässer und Flüssen als mit Abstand größte Quelle, gefolgt von natürlichen Quellen
Freigesetzte Ölmengen bei prominenten Ölkatastrophen
Was passiert mit dem Öl im Ozean?
- bei Tankerunfällen oder anderen Einträgen an der Meeresoberfläche unterliegt das Öl physikalischen, chemischen und biologischen Abbau- und Veränderungsprozessen; bei Einträgen am Meeresgrund – wie bei Deep Water Horizon – verändern sich diese
physikalisch-chemisch
- an Meeresoberfläche beginnt sofort physikalisch-chemische Veränderung des Öls, wird dadurch allerdings nicht eliminiert
- Abbau und Umwandlung nur durch Abbrennen, Verdampfen, Photooxidation und Mikroorganismen
- folgende physikalisch-chemische Prozesse bewirken eine Veränderung des Öls
- Verdampfen: leicht flüchtige Kohlenwasserstoffe verdampfen, gelangen so in die Atmosphäre und werde dort in andere Substanzen umgewandelt; unter experimentellen Bedingungen verflüchtigen sich ungefähr 50 Prozent eines „leichten“ Öls innerhalb von 20 Stunden; Zusammensetzung des Öls und vorherrschenden Umweltbedingungen dabei sehr wichtig: „leichtes“ Öl verflüchtigt sich schneller als „schweres“ Öl, geringer Wellengang, höhere Temperaturen und Sonneneinstrahlung wirken begünstigend
- Photooxidation: chemische Veränderung durch Zusammenwirken von UV-Strahlung und Sauerstoff; vor allem bei polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen; wenig Einfluss auf die Menge des Öls, da Licht nicht sehr weit in Ölteppiche eindringt; manche der entstehenden Produkte sind toxischer als die Ausgangsstoffe; Photooxidation kann auch Wasserlöslichkeit steigern und damit höheres toxisches Potential generieren [5]; die Produkte der Photooxidation reichern sich meist an der Wasser-Öl-Grenzfläche an, sodass sich feine Krusten um die zu Teer werdenden Tropfen bilden; diese sinken entweder auf den Meeresboden ab oder werden mit den Meeresströmungen über weite Strecken transportiert; können über Jahrzehnte erhalten bleiben
- Lösung: einige Komponenten von Öl lösen sich in Wasser
- Dispersion: Bildung kleiner Öltröpfchen in Wasser; stark vom Wellengang abhängig; kann verhindern, dass sich Ölteppiche bilden beziehungsweise dass Öl an Wasseroberfläche verdampft; führt zur Verteilung von Öl in der Wassersäule; dadurch vergrößert sich die Oberfläche des Öls, was den mikrobiellen Abbau fördert; Dispersion kann auch durch den Einsatz von Dispersionsmitteln herbeigeführt werden; einige Dispersionsmittel können schädlich auf das Ökosystem wirken [6]
- Emulsion: Bildung von großen Öltropfen in Wasser beziehungsweise Wasser in Öl, Bildung von sogenanntem chocolate mousse; hängt stark vom Wellengang ab; Öl nimmt so größeres Volumen ein; erschwert das Abpumpen von der Oberfläche
- Sedimentation: Absinken auf den Meeresboden; kann etwa 25 Prozent der gesamten Ölmenge sein; am Meeresboden angelangt, verweilt Öl dort länger als an der Oberfläche – kein Licht und im Sediment kein oder nur wenig Sauerstoff, allerdings biologscher Abbau effektiv
biologisch
- Mikroorganismen können einige Komponenten von Öl als Energie- und Kohlenstoffquelle nutzen, sie „ernähren“ sich von Öl
- es gibt sowohl Mikroben, die sich vorzugsweise von Öl ernähren als auch solche, die Öl nur abbauen, wenn andere Nahrung fehlt
- Öl abbauende Mikroorganismen überall in geringer Anzahl vorhanden, machen nur einen kleinen Teil der Mikrobengemeinschaft aus, bei Öleintrag Vermehrung nach einer gewissen Verzögerungsphase
- Bakterium Alkanivorax borkumensis eine der weltweit wichtigsten ölabbauenden Bakterienarten; spezialisiert auf Kohlenwasserstoffe aus Öl als Energie- und Kohlenstoffquelle; reagiert schnell auf einen Öleintrag und ist fast überall vorhanden
- Genomanalyse zeigt besondere Fähigkeiten von A. borkumensis: genügsamer Lebensstil, hohe Affinität zu Kohlenwasserstoffen, Biofilmbildung an der Öl-Wasser-Grenzschicht, Produktion von natürlichen Dispersionsmitteln und die Fähigkeit selbst geringe Substratkonzentrationen noch zu nutzen
- generell nimmt die Biodiversität der Mikrobengemeinschaft nach Öleintrag ab
- kein Mikroorganismus kann alle Komponenten von Öl oder große Mengen in kurzen Zeiträumen abbauen
- nur Gemeinschaften von Mikroorganismen können Öl langfristig effektiv abbauen, jedoch auch nicht vollständig; insbesondere Harze und Asphaltene nur schwer abbaubar
- neben Mikroorganismen, die Öl direkt abbauen, ebenso Mikroorganismen wichtig, die zum Beispiel Nährstoffe recyceln, natürliche Dispersionsmittel produzieren oder Zwischenprodukte abbauen und so indirekt Beitrag zum Ölabbau leisten
- Mikroorganismen können bis zu 90 Prozent von „leichten" Ölen abbauen
- mikrobieller Ölabbau meist zu langsam, um ökologische Schäden zu verhindern
- mikrobieller Ölabbau findet nicht linear über die Zeit statt – wenn die Hälfte des Öls in einer Woche abgebaut ist, heißt das nicht, dass das Öl in zwei Wochen komplett abgebaut ist
- folgende Faktoren fördern den mikrobiellen Ölabbau:
- hohe Temperaturen
- Verfügbarkeit von Sauerstoff
- Verfügbarkeit von Nährstoffen (Nitrat, Ammonium und Phosphat)
- feine Verteilung und große Öl-Wasser-Grenzfläche
- Verfügbarkeit von Licht
- der biologische Ölabbau ist dementsprechend langsamer in kalten Regionen, im Dunkeln und unter sauerstoffarmen Bedingungen
Einträge am Meeresgrund
- Beispiel Havarie der Bohrplattform Deep Water Horizon: 2010 strömten im Golf von Mexiko über 87 Tage 800 Millionen Liter Öl in 1.500 Metern Tiefe ins Meer [7]
- große Teile des Öls erreichten innerhalb von Stunden die Oberfläche, dort den oben beschriebenen Prozessen ausgesetzt
- signifikante Ölmenge blieb unter Wasser und durch Tiefenströmungen verdriftet, Monate nach dem Unfall in 1.100 Metern Tiefe noch eine 35 Kilometer lange Schadstoffwolke gefunden, die keine Anzeichen bakterieller Zersetzung zeigte [8]; in der Nähe der Austrittsstelle ausgebrachte Dispersionsmittel zerlegten Öl in kleine Tröpfchen, das so lange unter Wasser bleibt [9]
Maßnahmen bei einer Ölkatastrophe
- physisches Eindämmen: schwimmende Ölbarrieren verhindern weitere Ausbreitung des Ölteppichs; besonders empfindliche Küstengebiete könnten so geschützt werden
- Abschöpfen: durch Ölskimmer und/oder Saugeinrichtungen; nur möglich, wenn es einen Ölteppich an der Wasseroberfläche gibt, bei großflächigen Ölfilmen technisch schwierig
- Abbrennen: nur möglich, wenn Öl das Wasser großflächig in einer wenigstens einige Millimeter dicken Schicht bedeckt und durch Wellen nicht zu stark mit Wasser vermischt wurde; führt zu Luftverschmutzung, allerdings schnelle Verteilung und damit Verdünnung in der Atmosphäre, zudem dort photochemischer Abbau
- Biostimulation: Verbesserung des mikrobiellen Abbaus des Öls
- Einsatz von Dispersionsmitteln: Mischung von Tensiden und Lösungsmitteln, die das Öl in Form von kleinen Tröpfchen im Wasser verteilen; dadurch vergrößert sich die Oberfläche des Öls, was den mikrobiellen Ölabbau begünstigt; führt allerdings nicht zu einer Verringerung der Ölmenge, sondern lediglich zu einer Umverteilung von der Wasseroberfläche in die Wassersäule; bei vielen verfügbaren Dispersionsmitteln ist nicht ausreichend bekannt, ob sie toxisch für das marine Ökosystem sind; zudem versorgt höhere Bioverfügbarkeit nicht nur abbauende Mikroorganismen mit mehr Öl, sondern erhöht auch die Sauerstoffzehrung und die Bioverfügbarkeit/Toxizität des Öls für Plankton und Meerestiere; in Deutschland ist Einsatz von Dispersionsmitteln auf See generell verboten; bei der Explosion der Bohrinsel Deepwater Horizon im Golf von Mexiko 2010 wurde COREXIT verwendet
- Einsatz von Düngemitteln: zur Beschleunigung des mikrobiellen Abbaus; führt nicht zu einem vollständigeren Abbau; Einsatz mit Bedacht, da Gefahr der Eutrophierung durch Überdüngung; wurden zum Beispiel massenweise nach dem Unglück der Exxon Valdez in Alaska erfolgreich eingesetzt
- Bioaugmentation: Zusatz von ölabbauenden Mikroorganismen; bisher nicht erfolgreich im Feld durchgeführt worden; nicht nur primär abbauende Mikroorganismen sind von Bedeutung, sondern auch sekundär abbauende Mikroorganismen; natürliche/heimische ölabbauende Mikroorganismen sind überall in geringer Anzahl vorhanden
Wie lange dauert es, bis sich die betroffene Region regeneriert hat?
- Ölabbau abhängig von mehreren Faktoren: vom umgebenden Medium (Wasser, Sediment oder Porenwasser), Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und deren Aktivität, der anfänglichen Reinigungsaktivität nach dem Unfall durch den Menschen, Sauerstoffgehalt und Temperatur des Wassers
- zudem natürliche Energie der betroffenen Region wichtig, Unterscheidung zwischen ‚energiereichen‘ Küsten (zum Beispiel Fels- und Sandküsten) und vergleichsweise ‚energiearmen‘ Küsten (zum Beispiel Wattenmeer, hier zwar Wasserdynamik geringer, dafür aber Tidenzyklus stark ausgeprägt), an der Küste Faktoren wie Intensität der Brandung und Stärke der Gezeiten wesentlich
- ungefähre Regenerationszeiten:
- exponierte Fels- und Sandküsten: wenige Monate bis fünf Jahre
- geschützte Felsküsten und Korallenriffe: zwei bis länger als zehn Jahre
- geschützte Weichböden, Salzwiesen und Mangroven: zwei bis länger als 20 Jahre
- biologischer Abbau umso schneller, je sauerstoffreicher und wärmer ein Gewässer
- Ölrückstände in Sedimenten langlebiger als im Meerwasser
Welche Auswirkungen hat das Öl auf Tiere und Pflanzen?
- giftige Ölkomponenten können je nach Tierart den Stoffwechsel, das Wachstum, die Fortpflanzung und/oder die Orientierung beeinträchtigen
- Vögel: Gefieder verliert durch Öl wasserabweisende und isolierende Wirkung, infolgedessen kommt es zur Unterkühlung und zum Tod
- Säugetiere: Fell kann durch Öl verkleben, Tiere können an Unterkühlung sterben
- Vögel und Säugetiere nehmen Öl über die Nahrung oder beim Putzen auf, was zu einer Vergiftung führen kann
- Fische: nehmen bestimmte Ölkomponenten über die Kiemen und die Haut auf und können so vergiftet werden
- Filtrierer (zum Beispiel Muscheln): filtern Wasser nach Nahrungspartikeln, Öl verklebt Filterapparat, weitere Nahrungsaufnahme wird stark beeinträchtigt; kann so auch zu Vergiftungen führen; beides führt zum Tod
- Pflanzen: Öl verhindert Gasaustausch über die Blätter und Nährstofftransport in die Wurzeln, infolgedessen sterben die Pflanzen ab
Was passiert bei einer Ölkatastrophe in Nord- oder Ostsee?
- nach Havarie der Pallas, die 1998 vor Nordseeinsel Amrum auf Grund lief und daraufhin eine Ölkatastrophe im Schleswig-Holsteinischen Wattenmeer verursachte, wurde ein Havariekommando mit Sitz in Cuxhaven ins Leben gerufen; stellt einheitliche und strukturierte Einsatzleitung einschließlich der Unterrichtung der Öffentlichkeit sicher [10]
- Havariekommando betreibt auch ein VPS-System (Vorsorgeplan: Schadstoff-Unfall-Bekämpfung), das Sensitivitätskarten für den gesamten deutschen Küstenraum beinhaltet [11]
- Sensitivitätsabstufungen geben an, wie empfindlich einzelne Küstenabschnitte gegenüber Ölverschmutzung sind; besonders schützenswert sind bestehende Schutzgebiete wie Nationalparks
- entlang der gesamten deutschen Küstenlinie sind Materialdepots eingerichtet und Spezialschiffe für den Öleinsatz stationiert
- in Deutschland und Nachbarstaaten wird Öl hauptsächlich mit unterschiedlichen mechanischen Systemen (Bürsten, Saugeinrichtungen usw.) von der Wasseroberfläche entfernt
- internationale Zusammenarbeit erfolgt unter Beachtung des Bonn-Übereinkommen [12] für die Nordsee und des Helsinki-Übereinkommens [13] für die Ostsee
- Kooperation mit der Europäischen Agentur für die Sicherheit des Seeverkehrs (EMSA) [14]
Quellen, die zitiert wurden
[1] World Ocean Review (2010): Die Verschmutzung der Meereslebensräume durch Öl. In Kapitel 4: Endstation Ozean – von der Verschmutzung der Meere. World Ocean Review 1: Mit den Meeren leben.
[2] World Ocean Review (2014): Von der Verölung der Ozeane. In Kapitel 1: Öl und Gas aus dem Meer. World Ocean Review 3: Rohstoffe aus dem Meer.
[3] National Academies of Sciences (2003): Oil in the Sea III – Inputs, Fates, and Effects.
[4] National Academies of Sciences (2022): Oil in the Sea IV – Inputs, Fates, and Effects.
[5] Nicodem DE et al. (2001): Photochemistry of petroleum. Progress in Reaction Kinetics and Mechanism. DOI: 10.3184/007967401103165262.
[6] Prince RC (2015): Oil spill dispersants: boon or bane? Environmental science & technology. DOI: 10.1021/acs.est.5b00961.
[7] National Commission on the BP Deeptwater Horizon Oil Spill and Offshore Drilling (2011):
Deep Water – The Gulf Oil Disaster and the Future of Offshore Drilling. Report to the President. ISBN: 978-0-16-087371-3
[8] Camilli R et al. (2010): Tracking Hydrocarbon Plume Transport and Biodegradation at Deepwater Horizon. Science. DOI: 10.1126/science.1195223.
[9] French-McCay DP et al. (2021): Oil fate and mass balance for the Deepwater Horizon oil spill. Marine Pollution Bulletin. DOI: j.marpolbul.2021.112681.
[10] Havariekommando – Central Command for Maritime Emergencies. Webseite.
[11] VPS-System: Vorsorgeplan Schadstoffunfallbekämpfung der deutschen Küstenländer und des Bundes. Webseite.
[12] Bonn Agreement: Working together for cleanes seas. Webseite.
[13] HELCOM: Response to spills. Webseite der HELCOM Response Working Group.
[14] European Maritime Safety Agency EMSA
Weitere Recherchequellen
Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (2011): Öl im Meer - Risiken, Vorsorge und Bekämpfung. Tagungsband.
Umweltprogramm der Vereinten Nationen UNEP: Global Marine Oil Pollution Information Gateway. Webseite.
American Society für Microbiology (2020): How Microbes Clean up Oil: Lessons From the Deepwater Horizon Oil Spill.
Xue J et al. (2015): Marine Oil-Degrading Microorganisms and Biodegradation Process of Petroleum Hydrocarbon in Marine Environments: A Review. Current Microbiology. DOI: 10.1007/s00284-015-0825-7.
