Unterwasser-Lärmbelästigung

Schall als Leben: Warum akustische Ökologie wichtig ist

Wasser überträgt Schall etwa 4,5-mal schneller als Luft und über wesentlich größere Entfernungen. Im tiefen Ozean fungiert ein Phänomen namens SOFAR-Kanal (Sound Fixing and Ranging channel) – eine Schicht minimaler Schallgeschwindigkeit in etwa 1.000 Metern Tiefe – als natürlicher akustischer Wellenleiter, der es niederfrequenten Klängen ermöglicht, Tausende von Kilometern mit minimaler Dämpfung zurückzulegen. Blauwale nutzen diesen Kanal, um über Ozeanbecken hinweg zu kommunizieren. Finnwale erzeugen 20-Hz-Rufe, die einst von Island bis zu den Azoren reichten. Pottwale nutzen komplexe Biosonare-Klicks, um in der lichtlosen Tiefe zu jagen. Für diese Tiere sind akustische Kommunikation und Echolokation keine Ergänzungen zu anderen Sinnen – sie sind primäre Überlebenswerkzeuge. Die Störung der akustischen Umgebung ist daher nicht nur eine Belästigung; es ist ein Angriff auf die biologische Infrastruktur des Meereslebens.

Die Duarte-Studie von 2021 fasste jahrzehntelange Forschung über Taxa hinweg zusammen und kam zu dem Schluss, dass Lärmbelästigung Organismen im gesamten Tierreich des Ozeans betrifft, vom Zooplankton bis zu den Großwalen [1]. Die Untersuchung identifizierte drei primäre Schädigungsmechanismen: direkte physiologische Verletzung (vorübergehende oder dauerhafte Gehörschwellenverschiebung), Maskierung (Lärm, der sich mit biologisch wichtigen Signalen überlappt und deren Empfang verhindert) und Verhaltensstörung (Tiere, die als Reaktion auf Lärm Futteraufnahme, Migration, Fortpflanzung oder Kommunikation verändern). Alle drei Wege können die Überlebens- und Fortpflanzungschancen verringern, mit Kaskadeneffekten auf die Populationsdynamik.

Kommerzielle Schifffahrt: Die dominante Breitbandquelle

Mehr als 90 % des Welthandels werden auf See abgewickelt, an Bord von schätzungsweise 90.000 kommerziellen Schiffen, die zu jedem Zeitpunkt auf See sind. Diese Schiffe erzeugen kontinuierlichen Breitbandlärm, der von Frequenzen zwischen 10 und 1.000 Hz dominiert wird – genau der Bereich, den Bartenwale für die Fernkommunikation nutzen. Eine akustische Analyse moderner kommerzieller Schiffe von McKenna und Kollegen am Scripps Institution of Oceanography aus dem Jahr 2012 quantifizierte die Quellpegel und identifizierte Propellerkavitation – die Bildung und das Kollabieren von Dampfblasen an den Propellerspitzen – als den dominanten Lärmmechanismus, gefolgt von der Maschinenerschütterung, die durch den Rumpf übertragen wird [7]. Containerschiffe und Massengutfrachter gehören zu den lautesten Schiffen pro Einheit, während langsamere oder besser konstruierte Schiffe dramatisch leiser sein können.

Schätzungen von Unterwasser-Akustiküberwachungsanlagen deuten darauf hin, dass der Niederfrequenz-Umgebungslärm in großen Schifffahrtsrouten seit den 1950er Jahren um etwa 15 dB – einen Faktor von etwa 32 im Druck – zugenommen hat, was mit dem explosiven Wachstum des Welthandels zusammenfällt. Eine Studie aus dem Jahr 2017 in *Frontiers in Marine Science* maß Quellenspektren von Schiffen in der Ostsee über lange Aufnahmezeiten und bestätigte, dass selbst halbgeschlossene regionale Meere mit moderatem Verkehr anhaltend erhöhte Grundgeräuschpegel aufweisen [2]. Die Konsequenzen für Arten, die auf Niederfrequenzkommunikation angewiesen sind – Blauwale, Finnwale, Nordkaper –, sind tiefgreifend: Ihre effektive Kommunikationsreichweite könnte um eine Größenordnung geschrumpft sein.

Maskierung und Kommunikationszusammenbruch

Akustische Maskierung tritt auf, wenn sich eine Lärmquelle in Frequenz und Zeit mit einem biologisch wichtigen Signal überlappt und dessen Erkennbarkeit reduziert. Bei den Nordatlantischen Glattwalen – den am stärksten gefährdeten großen Säugetieren der Erde mit einer Population von unter 360 Individuen – maskiert Schifffahrtslärm im Niederfrequenzbereich direkt ihre Kontaktrufe, die für die Kommunikation zwischen Mutter und Kalb verwendet werden. Eine Studie von Rolland und Kollegen, die automatische Rufdetektoren verwendete, zeigte, dass Glattwale in Gebieten mit reduziertem Schiffsverkehr (während Hafenschliessungen nach 9/11) deutlich niedrigere Werte von Stresshormonen aufwiesen, was einige der stärksten kausalen Beweise dafür lieferte, dass chronischer Schiffslärm messbare physiologische Schäden verursacht [8]. Einige Walarten haben eine bemerkenswerte Plastizität gezeigt, indem sie die Ruftonfrequenz oder das Timing verschoben haben, um Überlappungen zu vermeiden – aber solche Verschiebungen sind mit energetischen Kosten verbunden und reichen möglicherweise nicht als Kompensation aus.

Seismische Untersuchungen: Impulslärm in den Ozeanbecken

Seismische Airgun-Untersuchungen werden von der Öl- und Gasindustrie verwendet, um die Geologie unter dem Meeresboden zu kartieren. Eine Reihe von pneumatischen Airguns wird hinter Schiffen hergezogen, die alle 10–15 Sekunden für Tage oder Wochen komprimierte Luftimpulse abgeben. Jeder Impuls erzeugt einen impulsiven Schall mit Spitzenpegeln von über 250 Dezibel (bezogen auf 1 µPa bei 1 m), der Tausende von Kilometern von der Quelle entfernt detektierbar ist. Eine Studie aus dem Jahr 2018, veröffentlicht im *Marine Pollution Bulletin*, untersuchte den kumulativen akustischen Beitrag mehrerer gleichzeitiger seismischer Untersuchungen in der Baffin Bay, Grönland, und fand heraus, dass das gesamte Becken während der gesamten Untersuchungsperiode erhöhten Lärmpegeln ausgesetzt war, mit potenziellen Auswirkungen auf Grönlandwale und Narwale, die das Gebiet nutzen [3].

Eine systematische Literaturübersicht über die Auswirkungen mariner seismischer Untersuchungen auf freilebende Fauna, veröffentlicht in *Frontiers in Marine Science* im Jahr 2023, fand konsistente Beweise für Verhaltensstörungen bei Fischen, Meeressäugetieren und Meeresschildkröten im Umkreis von Zehn- bis Hunderten von Kilometern von den Untersuchungsschiffen [4]. Zu den Auswirkungen gehörten vorübergehende und dauerhafte Gehörschwellenverschiebungen, verändertes Vokalverhalten, Meidung von Fütterungs- und Brutgebieten und Änderungen der Tauchprofile. Eine kontrollierte Expositionsstudie an Narwalen in Ostgrönland dokumentierte dramatische Fluchtreaktionen – anhaltendes Hochgeschwindigkeitsschwimmen und tiefes Tauchen –, die Stunden nach der Exposition anhielten und erhebliche energetische Kosten für Tiere darstellten, die mit den Anforderungen der arktischen Saisonalität zurechtkommen müssen [5].

Sonar und Massenstrandungen: Ein dokumentierter Zusammenhang

Die dramatischsten und beunruhigendsten Beweise für akustische Schäden bei Meeressäugern stammen aus dem Zusammenhang zwischen militärischem mittelfrequentem aktivem Sonar (MFAS) und Massenstrandungen von Schnabelwalen. Seit den 1960er Jahren sind zahlreiche multispezifische Schnabelwal-Strandungen während oder kurz nach Marineübungen mit MFAS aufgetreten. Die pathologischen Merkmale – Blutungen in akustischen Fettreserven und um die Ohren, Stickstoffembolien im Gewebe, die mit dekompressionsähnlichen Verletzungen übereinstimmen – deuten auf eine Verhaltenskaskade hin, bei der Wale, die schnell aufsteigen, um intensiver Sonarbelastung zu entgehen, physiologische Schäden erleiden, die der Dekompressionskrankheit ähneln. Die Kanarischen Inseln (2002), die Bahamas (2000) und die griechische Insel Kyparissia (1996) gehören zu den am besten dokumentierten Ereignissen. Nachfolgende Marineabkommen, Übungen in der Nähe von Schnabelwalhabitaten zu vermeiden, wurden mit reduzierten Strandungsraten in einigen betroffenen Gebieten in Verbindung gebracht.

Fische und Wirbellose: Ein breiterer biologischer Tribut

Wirbeltiere erhalten die größte wissenschaftliche und öffentliche Aufmerksamkeit, aber Fische und Wirbellose sind weitaus zahlreicher und ökologisch bedeutsamer in marinen Nahrungsnetzen. Fische verlassen sich auf Schall für die Laichaggregation, die Erkennung von Raubtieren und die Revierverteidigung. Viele Arten, darunter Kabeljau, Europäischer Seebarsch und mehrere Rifffische, erzeugen und erkennen Geräusche in dem Frequenzbereich, der am stärksten durch Schiffs- und Baulärm verunreinigt ist. Slabbekoorn und Kollegen charakterisierten dies als 'laute Frühling' und dokumentierten, wie anthropogener Lärm die akustische Ökologie von Fischen über Taxa und Geografien hinweg beeinträchtigt [10]. Labor- und Feldstudien haben gestörte Räuber-Beute-Interaktionen, reduzierte Larvenansiedlungserfolge an Riffen in der Nähe lauter Gebiete und beeinträchtigtes Schwarmverhalten dokumentiert. Kopffüßer – Tintenfische und Kraken – nutzen Statocysten, um niederfrequente Partikelbewegung zu erkennen, und es wurde gezeigt, dass sie durch seismische Airgun-Exposition Statocystenschäden erleiden. Die Duarte-Übersicht kam zu dem Schluss, dass die ökologischen Folgen der Lärmbelästigung wahrscheinlich weit über die charismatische Megafauna hinausgehen, die die Forschungsaufmerksamkeit dominiert [1].

Regulierungsrahmen: Fortschritte und hartnäckige Lücken

Die Internationale Seeschifffahrts-Organisation (IMO) thematisierte Unterwasserlärm erstmals 2014 mit der Verabschiedung von MEPC.1/Circ.833, unverbindlichen Leitlinien, die Schiffskonstrukteuren und Betreibern empfehlen, Lärmminderung durch Propelleroptimierung, Rumpfformdesign, Vibrationsisolierung von Maschinen und betriebliche Maßnahmen wie Geschwindigkeitsreduzierung in Betracht zu ziehen [6]. Diese Leitlinien wurden 2024 als MEPC.1/Circ.906/Rev.1 überarbeitet und verstärkt, was ein Jahrzehnt angesammelter Forschung und technologischen Fortschritts widerspiegelt. Da die IMO-Leitlinien jedoch unverbindlich sind, ist die Einhaltung freiwillig, und die Akzeptanz durch die Reeder war uneinheitlich. Die Geschwindigkeitsreduzierung gehört zu den am sofortigsten verfügbaren und kostengünstigsten Maßnahmen: Eine Reduzierung der Schiffsgeschwindigkeit um 10 % reduziert den abgestrahlten Lärm um etwa 2–4 dB und den Kraftstoffverbrauch um etwa 19 %, wodurch gleichzeitig Lärmminderung und Emissionsvorteile erzielt werden.

Mehrere wichtige Schifffahrtswege weisen nun freiwillige Zonen für verlangsamte Fahrt während Perioden hoher Walaktivitäten auf – insbesondere im Stellwagen Bank National Marine Sanctuary und im Salish Sea. Fortschritte im Propellerdesign, einschließlich Blattverwindung und verbesserter Spitzengeometrie, können Kavitationsgeräusche an der Quelle um mehrere Dezibel reduzieren. Weilgarts umfassende Übersicht von 2007 über die Auswirkungen anthropogenen Meereslärms auf Wale kam zu dem Schluss, dass eine Reihe technologischer und operativer Maßnahmen verfügbar war und dass die Haupthindernisse nicht die technischen Möglichkeiten waren, sondern der regulatorische Wille und wirtschaftliche Anreize [9].

Eine rückholbare Krise

Im Gegensatz zu vielen Formen der Meeresverschmutzung ist Lärm nicht persistent. Wenn ein Schiff vorbeifährt, verblasst sein Lärm innerhalb von Minuten in der Ferne. Wenn seismische Untersuchungen enden, verschwindet der Impulslärm. Das bedeutet, dass die akustische Umgebung im Gegensatz zu chemischen Verunreinigern, die sich jahrzehntelang in Sedimenten und Geweben ansammeln, das Potenzial für eine schnelle Erholung hat, wenn Lärmquellen reduziert werden. Duarte und Kollegen hoben diese Reversibilität als ein entscheidendes Merkmal der Meereslärmbelästigung hervor – und als Grund für vorsichtigen Optimismus [1]. Reduzierungen im globalen Schiffsverkehr während der COVID-19-Pandemie lieferten ein natürliches Experiment: Innerhalb von Wochen, nachdem der Verkehr um etwa 20 % zurückgegangen war, sanken die Unterwasserlärmpegel in mehreren Meeresregionen messbar, und einige Walarten erweiterten ihre Vokalbereiche wieder auf historische Normen.

Im Gegensatz zu chemischer Verschmutzung ist Meereslärm reversibel. Reduziere die Quelle, und der Ozean beginnt sich innerhalb von Tagen zu erholen.

— Duarte et al., Science, 2021 (doi:10.1126/science.aba4658)

Die akustische Zukunft des Ozeans ist nicht vorbestimmt. Sie hängt von den technologischen Entscheidungen der Schiffsbauer, den regulatorischen Entscheidungen der IMO und nationaler Regierungen, den operativen Entscheidungen von Reedereien und Ölforschern sowie der Bereitschaft der Küstenstaaten ab, Lärmgrenzwerte in ihren Ausschließlichen Wirtschaftszonen durchzusetzen. Die wissenschaftliche Argumentation für Maßnahmen ist jetzt robust. Die Werkzeuge zur Minderung existieren, und viele sind kostenneutral oder kostenpositiv. Die verbleibende Lücke ist nicht Wissen, sondern politischer Wille.