Die zehnte Grenze, der die Zahl fehlt

Sauerstoff im Wasser ist nichts, was man sehen kann. Er ist darin gelöst wie Zucker im Tee, und solange genug davon vorhanden ist, denkt niemand daran. Fällt er aber unter eine bestimmte Schwelle, dann wird aus einem Stück Meer sehr schnell ein Ort, an dem nichts Atmendes mehr bleiben kann. Der Umbau geschieht lautlos und unter der Oberfläche — und genau deshalb lohnt es sich, zuerst die Zahlen anzuschauen, bevor man über Begriffe und Erklärungsmodelle spricht.

Der greifbarste dieser Befunde sind die sogenannten Todeszonen: küstennahe Meeresgebiete, in denen so wenig Sauerstoff gelöst ist, dass Fische, Muscheln oder Krebse dort nicht mehr überleben. Weltweit sind mehr als 400 solcher küstennahen Todeszonen bekannt. Sie sind keine exotischen Ausnahmen an entlegenen Küsten, sondern liegen unter anderem in der Ostsee, im Indischen Ozean, im Schwarzen Meer und vor der US-Golfküste. Der überwiegende Teil von ihnen geht auf Eutrophierung zurück, auf einen Überschuss an Pflanzennährstoffen.

Das offene Meer verliert seinen Sauerstoff unauffälliger, dafür flächendeckend. Denise Breitburg vom Smithsonian Environmental Research Center und ihr Team haben zusammengetragen, wie groß der marine Sauerstoffschwund inzwischen ist; einem Bericht über diese Arbeit zufolge hat der offene Ozean in den vergangenen 50 Jahren rund zwei Prozent seines Sauerstoffs eingebüßt. Zwei Prozent klingen nach wenig — bezogen auf das gewaltige Volumen des Weltmeers sind sie es nicht. Parallel dazu haben sich die sauerstoffarmen Zonen im offenen Meer um 4,5 Millionen Quadratkilometer vergrößert, was etwa der Fläche der Europäischen Union entspricht. Und die Entwicklung beschleunigt sich: Innerhalb von 50 Jahren haben sich die vollständig sauerstofffreien Wasserbereiche vervierfacht, die küstennahen Todeszonen sogar verzehnfacht.

Es bleibt nicht beim Meer. Auch im Süßwasser sind die Werte gefallen, und zwar deutlich schneller als im Ozean: Seen haben seit 1980 rund 5,5 Prozent ihres gelösten Sauerstoffs verloren, Stauseen sogar 18,6 Prozent. Über alle Gewässertypen hinweg — von Bächen und Flüssen über Seen, Stauseen und Teiche bis zu Ästuaren, Küsten und dem offenen Ozean — sind die Sauerstoffkonzentrationen in den vergangenen Jahrzehnten rasch und erheblich zurückgegangen.

Was sich hier abzeichnet, ist also kein regionaler Sonderfall und kein reines Meeresthema. Es ist ein Muster, das sich in sehr unterschiedlichen Gewässern gleichzeitig zeigt — und das erklärt, warum Fachleute inzwischen anders darüber sprechen als noch vor wenigen Jahren.

Sauerstoff im Wasser ist nichts Selbstverständliches. Anders als in der Luft, die uns umgibt und sich ständig durchmischt, verteilt er sich in einem Gewässer keineswegs von allein. Wer verstehen will, warum den Meeren heute der Atem ausgeht, muss deshalb bei der Nachschubkette anfangen — jede Ursache setzt an einem anderen ihrer Glieder an.

Der Anfang dieser Kette ist eine überraschend dünne Schicht. Nur die obersten rund hundert Meter des Ozeans stehen in Kontakt mit der Atmosphäre; durch die stabile Dichteschichtung des Meeres sind sie weitgehend vom riesigen Ozeaninneren darunter getrennt. Und in diesem Inneren gibt es keine eigenen Sauerstoffquellen. Auch was die Algen an der Oberfläche produzieren, hilft dort unten kaum: Das oberflächennahe Wasser ist ohnehin schon nahezu gesättigt und gibt den Überschuss rasch wieder an die Atmosphäre ab. Sauerstoff kommt also ausschließlich über den Kontakt des Oberflächenwassers mit der Atmosphäre ins Meer.

Von dieser Kontaktzone aus führt nur ein einziger Weg nach unten: das Absinken und Zirkulieren ganzer Wassermassen. Sie tragen den Sauerstoff in die Tiefe wie ein Aufzug die Fracht in ein Gebäude ohne Treppenhaus. Diese Bewegungen sind dynamische Vorgänge, die stark von den klimatischen Bedingungen abhängen — und genau dort greift die Erwärmung ein.

Die erste Ursache ist schlichte Physik: Wird das oberflächennahe Meerwasser wärmer, nimmt es weniger Sauerstoff auf, denn die Löslichkeit des Gases sinkt.

Die zweite Ursache bremst den Aufzug selbst aus. Wärmeres, salzärmeres Wasser hat eine geringere Dichte und legt sich wie ein Deckel auf das kältere, salzigere Tiefenwasser. Diese verstärkte Schichtung behindert den Austausch zwischen sauerstoffarmer Tiefe und sauerstoffreicher Oberfläche. Sie könnte die verbleibenden 85 Prozent des globalen Sauerstoffverlusts im Ozean ausmachen, indem sie die Ventilation verringert — den Transport von Sauerstoff ins Innere des Ozeans.

An den Küsten kommt eine weitere Ursache hinzu. Nährstoffe — vor allem Stickstoff und Phosphor aus Landwirtschaft, Abwasser und Verbrennungsprozessen — regen das Algenwachstum an. Die abgestorbenen Reste dieser Blüten sinken ab, und ihr mikrobieller Abbau zehrt in der Tiefe zusätzlich Sauerstoff. Auf diese Überdüngung, Eutrophierung genannt, gehen die küstennahen Todeszonen überwiegend zurück; sie liegen vor allem vor dicht besiedelten Regionen mit intensiver Landwirtschaft.

Drei Hebel also, die an derselben Kette ziehen: weniger Sauerstoff, der überhaupt ins Wasser gelangt, ein langsamerer Transport nach unten und ein höherer Verbrauch dort, wo er ankommt.

Bevor man ermessen kann, warum eine Studie über schwindenden Sauerstoff in Seen und Meeren an einer Denkfigur rüttelt, muss man diese Denkfigur kennen. Sie heißt planetare Grenzen, und sie ist in den vergangenen anderthalb Jahrzehnten zur meistgebrauchten Landkarte dafür geworden, wie viel Druck der Mensch dem Erdsystem zumuten kann, ohne es aus dem Gleichgewicht zu kippen.

Vorgeschlagen wurde das Konzept 2009 von einer Forschungsgruppe um Johan Rockström. Es benennt neun globale Prozesse, die Stabilität und Widerstandsfähigkeit der Erde regulieren, und beschreibt für jeden davon einen "sicheren Handlungsraum für die Menschheit". Die neun sind: Klimawandel, Verlust der biologischen Vielfalt, die biogeochemischen Kreisläufe von Stickstoff und Phosphor, Landnutzungsänderung, Süßwassernutzung, Ozeanversauerung, der Abbau der stratosphärischen Ozonschicht, die Aerosolbelastung der Atmosphäre und schließlich die Einbringung neuartiger Substanzen in die Biosphäre — jener Chemikalien und Materialien, die es in der Natur so nicht gab.

Jede dieser Grenzen hängt an einer messbaren Steuergröße mit einem Schwellenwert, der nicht überschritten werden sollte. Beim Klimawandel etwa ist es die CO2-Konzentration in der Atmosphäre, für die eine Unsicherheitszone zwischen 350 ppm als Grenze und 450 ppm als äußerstem Limit definiert wurde. Wird eine Grenze überschritten, drohen nach der Logik des Rahmenwerks potenziell unumkehrbare Kettenreaktionen, die das planetare Gleichgewicht destabilisieren. Und die Grenzen stehen nicht nebeneinander, sondern greifen ineinander: Wer an einem Prozess etwas verändert, verändert das Risiko in den anderen mit.

Der Befund, der dem Raster seine Dringlichkeit gibt, stammt aus dem Jahr 2023. Damals legte das Stockholm Resilience Centre eine Aktualisierung vor, in der erstmals alle neun Grenzen quantifiziert wurden — mit dem Ergebnis, dass sechs von ihnen bereits überschritten sind: Klimawandel, Integrität der Biosphäre, die Stickstoff- und Phosphorkreisläufe, Landnutzungsänderung, Süßwassernutzung und die neuartigen Substanzen. Der Planet liegt damit deutlich außerhalb des sicheren Handlungsraums.

So dicht das Raster wirkt, es hat eine Schlagseite. Eine Vorarbeit derselben Forschungsrichtung hatte bereits darauf hingewiesen, dass die planetaren Grenzen unverhältnismäßig stark auf terrestrische und atmosphärische Systeme ausgerichtet sind: Von den ursprünglich neun Grenzen betreffen nur drei überhaupt Gewässer — Ozeanversauerung, Süßwasserwandel und die Störung der biogeochemischen Kreisläufe. Wasser bedeckt 70 Prozent des Planeten. Neun Felder also, und nur drei davon liegen im Wasser.

Wer wissen will, wie belastbar eine wissenschaftliche Aussage ist, sollte zuerst fragen, wie sie zustande kam. Nicht jede Arbeit, die in einer Fachzeitschrift erscheint, misst selbst etwas. Manche sammeln, ordnen und verknüpfen, was andere gemessen haben – und genau das ist die Bauart der Arbeit des Teams um Ferrer. Sie ist keine Messkampagne, sondern eine Durchsicht der vorhandenen Literatur. Das ist keine Schwäche, sondern ein anderes Werkzeug, das anderes leisten kann und anderes eben nicht.

Die Pressemitteilung der Scripps Institution of Oceanography beschreibt die Studie als ein Review-Paper unter Leitung von Forschenden der UC San Diego. Es sichtet die Wechselwirkungen zwischen dem Sauerstoffverlust in Ozeanen, Küstengewässern, Flüssen und Seen und den neun Prozessen des Rahmenwerks der planetaren Grenzen. Laut derselben Mitteilung entstand diese Durchsicht im Rahmen der Doktorarbeit der Erstautorin Erica Ferrer am Scripps.

Der Vorschlag, den Sauerstoffverlust als zehnte planetare Grenze aufzunehmen, ist älter: Das Paper nennt dafür drei Vorarbeiten seit 2023. Die neue Arbeit erfindet die Idee also nicht, sie unterfüttert sie.

Das entscheidende Argument dafür, dass es eine eigene Grenze braucht, ist ein Abgrenzungsargument. Der Sauerstoffverlust hängt eng mit anderen Prozessen zusammen – Erwärmung, Nährstoffeinträge, veränderte Durchmischung. Die Arbeit hält jedoch fest, dass die Kontrollgrößen der bestehenden Grenzen die beobachteten Muster des Sauerstoffverlusts nicht vollständig erklären. Er ist damit weder deckungsgleich mit den anderen Grenzen noch zu ihnen redundant.

Aus dieser Zusammenschau zieht das Team um Ferrer seinen Schluss: Die vielen Rückkopplungen, das lange Gedächtnis aquatischer Systeme und die begrenzten Erholungspfade für gelösten Sauerstoff sprechen für eskalierende Risiken auf planetarer Ebene. Bemerkenswert ist, wie die Arbeit diesen Schluss selbst einordnet: Ein förmlicher Nachweis nach den Konventionen des Rahmenwerks, also mit einer globalen Kontrollgröße, stehe noch aus und erfordere weitere Forschung.

Damit ist der Anspruch der Arbeit sauber abgesteckt. Sie legt eine Beweisführung vor, keine Zahl, an der sich eine Grenze ablesen ließe. Wer nach einem harten Schwellenwert sucht, wird hier nicht fündig – wer wissen will, warum ein solcher Schwellenwert überhaupt gesucht werden sollte, schon.

Wer eine neue planetare Grenze vorschlägt, steht vor einer doppelten Beweislast: Sie darf keine Umbenennung eines längst erfassten Problems sein — und sie darf auch nicht als Fremdkörper danebenstehen, ohne Bezug zu allem, was das Rahmenwerk sonst beschreibt. Genau hier liegt das eigentliche Ergebnis der Arbeit.

Der Befund lautet: Der Sauerstoffverlust steht nicht quer zu den anderen Grenzen, ist ihnen aber auch nicht gleichbedeutend oder überflüssig danebengestellt — was ihn nach Lesart des Teams um Ferrer zu einem eigenständigen Grenzprozess macht. Getrieben wird der Sauerstoffschwund vor allem von der Erderwärmung, von Nährstoffeinträgen, von nachlassender Durchmischung und von Veränderungen in der Belüftung tieferer Wasserschichten. Die Kontrollvariablen, mit denen das Rahmenwerk diese Prozesse beschreibt, erklären die beobachteten Muster des Sauerstoffverlusts jedoch nicht vollständig. Dabei ist das Rahmenwerk genau dafür gedacht, gemeinsame Treiber, Rückkopplungen und gekoppelte Risiken sichtbar zu machen, die verborgen bleiben, solange man jeden Stressfaktor für sich betrachtet.

Einen Verbindungspunkt hebt das Team um Ferrer ausdrücklich als kritisch und häufig unterschätzt hervor: die Aerosolgrenze, die Luftverschmutzung, Klimaregulierung und Sauerstoffverlust miteinander verknüpft. Aerosole wirken dabei in beide Richtungen — sie kühlen, indem sie einfallendes Sonnenlicht zurückwerfen, und sie wärmen, etwa als Ruß, der Wärmestrahlung aufnimmt.

Eine Vorarbeit von 2025 hält fest, dass der Sauerstoffverlust mit allen anderen planetaren Grenzen in Wechselwirkung steht. Zum einen können extrem sauerstoffarme Ereignisse gemeinsam mit Meereshitzewellen und Säure-Extremen auftreten, als gefährliche „Compound"-Ereignisse, in denen mehrere Belastungen zusammenfallen. Zum anderen könnte Sauerstoffverlust im Zusammenspiel mit der Erwärmung bis zum Ende des Jahrhunderts Meeresleben massenhaft verschwinden lassen. Das Paper von 2026 knüpft daran an: Schwerer Sauerstoffmangel bedeutet für fast alles, was unter Wasser atmet, akute Erstickungsgefahr — sichtbar in Massenfischsterben und küstennahen Todeszonen; und mit sinkendem Sauerstoffgehalt sinkt auch die Artenvielfalt.

Entscheidend ist die Rückrichtung, die aus der Folge eine Ursache macht. In sauerstoffarmen Gewässerregionen erzeugen mikrobielle Prozesse vermehrt potente Treibhausgase wie Lachgas und Methan, die die Erwärmung weiter antreiben — also jene Kraft, die den Sauerstoffschwund überhaupt erst befeuert. Sauerstoffarme Zonen steuern schon heute einen großen Teil der ozeanischen Lachgas-Abgabe bei; dehnen sie sich weiter aus, dürfte dieser Beitrag deutlich wachsen.

Das Paper zieht solche Fäden zu allen neun Grenzen. Am dichtesten belegt sind die Verbindungen zu Klima, Nährstoffeinträgen, Aerosolen, Ozeanversauerung und Biosphären-Integrität; die Landnutzung erscheint mittelbar, über die Nährstoffe, die von den Feldern ins Wasser gelangen. Beim Ozonabbau greift derselbe Stoff: Lachgas gilt derzeit als größter Einzelbeitrag zum Abbau der stratosphärischen Ozonschicht, sodass aus dem Sauerstoffschwund eine eigene biogeochemische Rückkopplung wird — deren Stärke und Zeithorizont das Team um Ferrer ausdrücklich als schlecht verstanden bezeichnet. Bei den neuartigen Substanzen nennt das Paper die Wechselwirkung selbst untererforscht und führt Mikroplastik als Beispiel an: Es könnte das tierische Plankton sättigen und dessen Fraßdruck auf das pflanzliche senken. Mehr organischer Kohlenstoff sänke dann in die Tiefe, wo er veratmet wird. Für die Süßwassergrenze führt der Weg über das Sediment. Grabende Bodenfauna bringt in dessen obersten Millimetern Sauerstoff zu den Mikroben, und geht ihre Grabtätigkeit bei Sauerstoffmangel zurück, verschieben sich die chemischen Umsetzungen: welche Stoffe dort oxidiert werden und wie schnell abgestorbenes Material wieder zu gelösten Nährstoffen zerfällt — woraus sich, so das Paper, Änderungen der Süßwasserqualität denken lassen. Das Geflecht reicht damit bis in Grenzen hinein, die man nicht als Erstes mit Sauerstoff in Verbindung bringt.

Eine planetare Grenze ist nur so gut wie die Größe, an der man sie abliest. Beim Sauerstoff im Wasser ist noch offen, welche das sein soll. Die Arbeit des Teams um Ferrer kürt deshalb keinen Sieger: Sie legt mehrere Kandidaten nebeneinander, beschreibt sie mit ihren Stärken und Schwächen und prüft, ob sie als Kontrollvariable einer Sauerstoff-Grenze taugen. Vier davon lohnen einen genaueren Blick.

Der naheliegendste Kandidat ist der Sauerstoffgehalt des Wassers selbst: Ein Schwellenwert soll dort liegen, wo höhere Organismen verdrängt werden und festsitzende Arten sterben. Nur lässt sich dieser Punkt schlecht auf eine Zahl festlegen. Der gebräuchliche Schwellenwert von zwei Milligramm pro Liter geht auf Sterblichkeitswerte von Flachwasserarten der gemäßigten Breiten zurück; bei rund der Hälfte der küstennahen Bodenlebewesen dieser Breiten treten schon oberhalb dieses Werts tödliche Effekte auf. Die Auswertung, aus der er stammt, legt deshalb 4,6 Milligramm pro Liter als strengeren Wert nahe. Anderswo passt derselbe Wert schlecht: In den Sauerstoffminimumzonen zwischen 100 und 1000 Metern Tiefe verbringen manche Fische, Kleinstlebewesen und Mikroben ihr ganzes Leben nahe null. Auch zwischen den Artengruppen schwankt der Bedarf: Krebstiere und Fische brauchen im Allgemeinen deutlich höhere Konzentrationen als Muscheln oder Schnecken.

Wo keine Messgeräte hängen, kann man die Tiere befragen. Zeigerarten sind Arten, die verlässlich mit hohem oder niedrigem Sauerstoff einhergehen: große, gepanzerte Tiere, Spitzenjäger und ausgedehnte Wasserpflanzen gelten oft als Zeichen für sauerstoffreiches Wasser, bestimmte kleine oder weichkörperige Tiere und Bakterienmatten für sauerstoffarmes. Aus ihrem Vorkommen oder Fehlen lässt sich auf die Sauerstofflage schließen, aus Verschiebungen in Häufigkeit und Verhalten auf deren Veränderung. Wertvoll ist dieses Ersatzmaß vor allem dort, wo viel ökologisches Grundwissen vorliegt, die Mittel aber fehlen, um Sauerstoffsensoren auszubringen.

Der dritte Kandidat, der Metabolic Index, misst nicht das Wasser, sondern das Tier darin: das temperaturabhängige Verhältnis von Sauerstoffangebot zu Sauerstoffbedarf. Er beschreibt den Spielraum zum Atmen, den ein Organismus an einem Ort hat. Fällt er unter die artspezifische Untergrenze, reicht der Spielraum nicht mehr: Die Tiere wandern ab, senken ihre Aktivität, stellen den Stoffwechsel um oder sterben. So lässt sich abschätzen, wie sich der atembare Lebensraum über die Zeit verändert. Der Preis sind physiologische Messdaten, die schwer und teuer zu bekommen sind und bislang nur begrenzt vorliegen.

Der vierte Kandidat ist ein etabliertes Maß: Die Klimageschwindigkeit — climate velocity — gibt in Strecke pro Zeit an, in welche Richtung und wie schnell eine Art wandern müsste, um in ihrer angestammten Nische zu bleiben. Auf den Metabolic Index angewandt, verrät ihr Vorzeichen, ob sich die Atemlage an einem Ort bessert oder verschlechtert, ihr Betrag das Tempo, das die betroffenen Arten vorlegen müssten.

Keiner der vier ist fertig. Zusammen aber zeigen sie, woran sich eine Sauerstoff-Grenze festmachen ließe: weniger an einer Zahl als an der Frage, wo Leben im Wasser noch atmen kann.

Am Ende jeder Grenzziehung steht die Frage nach der Zahl: Wo genau verläuft die Linie, ab wann ist der sichere Bereich verlassen? Das Team um Ferrer beantwortet diese Frage nicht — und es macht aus der Lücke kein Geheimnis, sondern eine Forschungsagenda.

Die zentrale Einschränkung benennt das Team um Ferrer selbst: Um die aquatische Sauerstoffarmut nach den Konventionen des Konzepts der planetaren Grenzen förmlich nachzuweisen, wäre eine globale Kontrollvariable nötig — und die steht noch aus. Was die Arbeit stattdessen vorlegt, sind Indizien: die vielfachen Rückkopplungen zwischen dem Sauerstoffverlust und den übrigen planetaren Grenzen, das lange Gedächtnis aquatischer Systeme und die begrenzten Erholungspfade, wenn der Sauerstoff einmal fort ist. Zusammen sprechen sie nach Einschätzung des Teams um Ferrer deutlich für wachsende Risiken planetaren Ausmaßes.

Unter den vorrangigen Forschungsfeldern nennt das Team gezielte Auswertungen von Paläo-Archiven, aus denen sich überhaupt erst ein ökologisch sinnvoller Vergleichsmaßstab für den heutigen Wandel gewinnen ließe. Daneben stehen die fortlaufende Beobachtung und Zusammenführung von Sauerstoffmessungen, eine erweiterte Erdsystem-Modellierung — besonders für die Tiefsee, für Süßwassersysteme und für schwer vorhersagbare Regionen wie den äquatorialen Pazifik — sowie ein besseres Verständnis der ökophysiologischen Reaktionen auf Sauerstoffmangel.

Die ursprüngliche Fassung des Konzepts von 2009 bezifferte nur sieben der neun Grenzen. Für die Einbringung neuartiger Substanzen ist bis heute keine Kontrollvariable definiert und kein Grenzwert beziffert; auch die überarbeitete Fassung des Konzepts legt keine quantifizierte Grenze fest. Der einzige wirklich sichere Handlungsraum ist dort einer, in dem solche Stoffe gar nicht vorkommen, solange ihre möglichen Auswirkungen auf das Erdsystem nicht gründlich geprüft sind. Eine Grenze darf also benannt sein, ohne beziffert zu sein.

Wie weit die Unsicherheit im Wasser reicht, zeigt der Blick auf die Folgenabschätzung: In manchen Fällen lässt sich nicht einmal mit Sicherheit sagen, ob die Folgen den Klimawandel weiter anheizen oder ihn eventuell sogar abschwächen. Offen ist dann nicht die Stärke eines Effekts, sondern seine Richtung.

Was gewönne man also durch die Anerkennung? Die IOC-UNESCO erwartet vor allem eine Bündelung: Die Anerkennung der aquatischen Sauerstoffarmut als planetare Grenze würdige deren enge Verflechtung mit den anderen Grenzen und helfe, internationale Beobachtungs-, Forschungs- und Politikanstrengungen zu bündeln.