Kampf dem Krach im Meer

Die menschengemachte Kakophonie wird unterlegt vom Lärmteppich der Schiffsdiesel, deren tiefes Dauerbrummen sogar abseits der stark befahrenen Schifffahrtsrouten zu hören ist. Der tieffrequente Schall, den die schweren Maschinen von Containerschiffen erzeugen, breitet sich unter Wasser kilometerweit aus. Auf der Nordhalbkugel ist die Schifffahrt laut Umweltbundesamt Hauptquelle von Unterwasserlärm im tieffrequenten Bereich. „Der Schiffsverkehr hat sich in den letzten 50 Jahren verdreißigfacht“, berichtet Andreas Ruser von der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover. „Zudem sind die Schiffe größer und schneller geworden.“ Der Lärm der Schiffsdiesel sei inzwischen fast in jedem Winkel der Weltmeere zu hören, stellt der Biophysiker fest.

Der natürliche Klang der Ozeane

Nicht, dass es in den Ozeanen jemals still gewesen wäre. Entgegen dem Bild von der schweigenden Welt unter Wasser, geprägt von Filmen wie denen des Meeresforschers Jacques-Yves Cousteau, sind die Ozeane voller Klang: durch den Wellengang, niederprasselnden Regen und Wind, der übers Wasser streicht. In Regionen mit Korallenriffen klingt das anders als in solchen mit ausgedehnten Seegraswiesen. Im Nordatlantik dominiert das Krachen und Knirschen brechender und sich übereinanderschiebender Eisschollen. Davon heben sich die Laute der in der jeweiligen Region heimischen Tiere ab – die Pfiffe und Triller tauchender Robben, die hohen Rufe der Delphine, die knarrenden Töne der Schwertwale und das Klicken balzender Seepferdchen. Ein vielstimmiger Chor, der in der Morgen- und Abenddämmerung lauter ertönt.

Doch die marinen Klanglandschaften werden überlagert von der technischen Lärmkulisse des Menschen. Der Frequenzbereich vieler Störgeräusche überlappt zum Teil mit den Schallwellen, die Meerestiere erzeugen oder hören können. Der Krach, wie er beispielsweise von Ölplattformen oder Baggerschiffen ausgeht, deckt fast die gesamte Bandbreite von ganz tief bis ganz hoch ab. Das Ergebnis ist ein Klangbrei über nahezu alle Frequenzen – von wenigen Kilohertz bis in den Ultraschallbereich mit einigen Dutzend Kilohertz –, der Wale und andere Tiere, die per Schall kommunizieren, massiv beeinträchtigt.

Besonderheiten des Wasserschalls

Schall erzeugt Druckwellen, die sich in Schallrichtung ausbreiten – im Wasser vier- bis fünfmal so schnell wie in der Luft, denn Wasser besitzt eine höhere Dichte. Aus diesem Grund nimmt die Schallgeschwindigkeit mit der Wassertiefe zu, weil der Druck immer größer wird. Außerdem beeinflussen Salzgehalt und Wassertemperatur die Schallausbreitung, da sie die Dichte das Wasser verändern. Als Messgröße für die Stärke des Wasserschalls dient – wie beim Luftschall – der sogenannte Schalldruckpegel, angegeben in der Einheit Dezibel (dB). Der Schalldruckpegel ist jedoch historisch bedingt eine relative Größe, die den gemessenen Druck auf einen für Wasser und Luft unterschiedlichen Referenzwert bezieht. Aus diesem Grund sind Wasser- und Luftschall kaum miteinander vergleichbar. Um einen Vergleich zu ermöglichen, zieht man vom Wasserschalldruck 62 dB ab. Angewendet auf ein modernes Hochleistungssonar, das im Wasser – gemessen im Abstand von einem Meter – etwa 220 dB laut ist, ergäbe sich damit an Land ein Schalldruckpegel von 158 dB. Das ist eine Lautstärke, die die Schmerzschwelle des menschlichen Gehörs, die zwischen 120 und 140 dB liegt, weit überschreitet.

Derart ohrenbetäubender Lärm beeinträchtigt aufgrund der guten Schallübertragung unter Wasser auch weit entfernt schwimmende Tiere. Zahnwale zum Beispiel, die per Ultraschall jagen, können schwerhörig oder sogar taub werden. Hinter ihren Ohren, zwei unscheinbaren Löchern schräg unter dem Maul, verbirgt sich ein komplexes Hörsystem, das Frequenzen von über 100 Kilohertz wahrnimmt. Zum Vergleich: Der Mensch hört Frequenzen bis maximal 20 Kilohertz.

Orientierung per Ultraschall

Der Schall, den Zahnwale über den Unterkiefer auffangen, wird über eine extrem schnelle Nervenleitung zum Gehirn übertragen. Das ermöglicht den Tieren neben der Kommunikation auch die Orientierung. Denn Zahnwale, zu denen neben Schnabelwalen auch Orcas, Delphine, Pottwale oder Schweinswale gehören, tasten ihre Umgebung mit Ultraschall ab. Dazu erzeugen sie Klicklaute weit oberhalb des menschlichen Hörbereichs, die sie mithilfe der sogenannten Melone – eines fettgefüllten Organs hinter ihrer Stirn – wie mit einer Linse in verschiedene Richtungen lenken. Die Klicks werden von Hindernissen, etwa einem Riff oder einem Heringsschwarm, reflektiert und als Echo zurückgesendet. Daraus formt das Walgehirn ein exaktes Bild der Umgebung.

2008 hat eine Studie gezeigt, dass das Hörsystem der in Nord- und Ostsee heimischen Schweinswale bei einem Schallpegel von mehr als 164 Dezibel geschädigt wird, berichtet Kim Detloff, Meeresschutz-Experte des Naturschutzbunds NABU. Das ist ein Wert, den der Lärm beim Rammen von Windkraft-Fundamenten oder beim Sprengen von Altmunition, von der in Nord- und Ostsee 1,6 Millionen Tonnen vor sich hin rotten, bei Weitem übertrifft. „Es kommt zu einer Hörschwellenverschiebung“, erklärt Detloff. Die Tiere leiden unter zeitweiliger Schwerhörigkeit, wenn Lärm hoher Intensität über längere Zeit in ihre Ohren dröhnt. Man kennt das beim Menschen auch unter dem Namen „Disco-Effekt“. Eine solche Hörstörung geht normalerweise im Verlauf einiger Tage vorbei, doch wenn die Ohren keine Zeit haben, sich zu erholen, droht dauerhafte Schwerhörigkeit. „Dann wird es gefährlich“, sagt Detloff, „denn das gesamte Leben eines Schweinswals stützt sich auf die Akustik.“ Tiere, die schlecht hören, tun sich beim Jagen schwer, haben Probleme bei Orientierung und Partnersuche und sind eine leichte Beute für ihre Fressfeinde.

Zusammenhang schwer zu belegen

Doch so überzeugend es ist, dass Unterwasserlärm die marine Fauna schädigt, so schwer tun sich die Wissenschaftler in den meisten Fällen, diesen Zusammenhang zweifelsfrei nachzuweisen. Selbst als Ende August 2019 innerhalb von zehn Wochen nach Minensprengungen im Naturschutzgebiet Fehmarnbelt über 40 tote Schweinswale an die Küste von Schleswig-Holstein angeschwemmt wurden, war der Obduktionsbefund nicht eindeutig. Zwar wies ein Drittel der untersuchten 24 Tiere tödliche Verletzungen im Bereich der Hörorgane auf, doch ihr Tod ließ sich aufgrund des wochenlangen Untersuchungszeitraumes nicht mit absoluter Sicherheit auf die Sprengungen zurückführen.

Um Klarheit zu schaffen, hat 2021 ein internationales Wissenschaftlerteam in einer groß angelegten Übersichtsarbeit mehr als 500 aktuelle Studien zum Thema Meereslärm ausgewertet. Die untersuchten Beispiele decken das gesamte Spektrum der marinen Fauna ab, angefangen bei Walen über Fische, Robben und Reptilien bis hin zu Wirbelllosen. „Dass Schweinswale in der Nordsee bei Rammarbeiten für Windparks flüchten, wissen wir schon lange“, sagt Ilse van Opzeeland, Biologin am Alfred-Wegener-Institut (AWI) in Bremerhaven und Mitautorin der Übersichtsstudie. „Die von uns ausgewerteten Studien zeigen jetzt aber, dass offenbar noch ganz andere Tierarten auf Lärm reagieren – etwa Nesseltiere, zu denen Quallen gehören, und sogar Muscheln.“

So waren bei Quallen, die man zuvor künstlich beschallt hatte, die Organe, mit denen sich die Tiere orientieren, schwer geschädigt. Zooplankton – die Basisnahrung vieler höherer Organismen – stirbt ab, wenn in der Nähe Schallkanonen im Einsatz sind. Fische, die sich dort aufhalten, erleiden Hörverluste oder zeigen Verhaltensänderungen. Schiffslärm vertreibt Belugas und Narwale, und Buckelwale werden beim Fressen gestört. Die mit Abstand häufigste Schädigung, die die untersuchten Studien bei Meerestieren feststellten, waren Hörverluste.

Bislang ist die Lärmverschmutzung der Ozeane im öffentlichen Bewusstsein kaum präsent. Kein Wunder, ist Meereslärm im Gegensatz zur Plastikmüllflut und dem Abschmelzen des Packeises doch unsichtbar und für Landbewohner zudem meist unhörbar. Auch bei internationalen Meeresschutzkonferenzen ist Lärm allenfalls ein Nebenthema. Immerhin hat die EU mit ihrer Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie 2008 einen ersten Schritt gewagt. Demnach muss jeder Mitgliedstaat eine Strategie entwickeln, mit der sich seine Meeresgebiete wieder in einen guten Zustand versetzen lassen – und dazu gehört auch die Lärmminderung. Doch der gute Zustand der Meere, der 2020 hätte erreicht werden sollen, lässt noch immer auf sich warten.

Schalldämpfung à la Gartenschlauch

Immerhin gilt in Deutschland für Rammarbeiten an den Fundamenten von Windkraftanlagen inzwischen ein Grenzwert. In einer Entfernung von 750 Metern darf es maximal 160 dB laut werden. Um dieses Limit einzuhalten, hat sich ein sogenannter Blasenschleier etabliert, berichtet Elke Burkhardt, Biologin am AWI: „Das muss man sich vorstellen wie einen großen, durchlöcherten Gartenschlauch, der um die Baustelle gelegt wird.“ In den Schlauch wird mittels Kompressoren Druckluft gepumpt, die in Form kleiner Blasen aus den Löchern aufsteigt. „Die Blasenwand absorbiert den Lärm der Rammschläge“, erläutert Burkhardt. „Der Schalldruck wird dadurch so weit reduziert, dass Tiere nicht mehr verletzt werden.“

Doch Blasenschleier haben technische Grenzen. Zwar wird der Schalldruck bei hohen Frequenzen um etwa 20 dB gedämpft, doch die tiefen Frequenzen rauschen ungehindert durch. Ein sogenannter Hydroschalldämpfer, eine Weiterentwicklung, deckt dagegen den gesamten Frequenzbereich ab. Das wird erreicht mit Schaumstoffkörpern unterschiedlichster Formen, befestigt an einem engmaschigen Netz, das die Baustelle wie ein Umhang einhüllt und das Dröhnen der Rammschläge abfängt. Oft werden Blasenschleier und Hydroschalldämpfer kombiniert. Doch es geht auch ganz ohne Rammen: Beim sogenannten Saugeimer-Verfahren sind die Fundamente des Windrads wie umgedrehte Eimer ausgebildet, in deren Innern Pumpen einen starken Unterdruck erzeugen. Dadurch saugen sich die Fundamente nahezu geräuschlos in den Boden und verankern sich fest im Meeresgrund.

Als leisere Alternative zu den für seismische Erkundungen des Meeresbodens gebräuchlichen Schallkanonen – mit Spitzenschallpegeln bis zu 260 dB eine der lautesten Lärmquellen überhaupt – bieten sich Verfahren der Vibroseismik an. Bei dieser Technik, die an Land schon seit Jahrzehnten angewandt wird, im Wasser aber noch nicht ausgereift ist, bewegen sich U-Boot-artige, mit hydraulisch betriebenen Rüttelplatten ausgerüstete Roboter über den Meeresgrund. Dort schicken sie Vibrationen in die Tiefe, deren Echo ausgewertet wird. Marine Vibroseismik, bei der die Schallsignale nicht durch die gesamte Wassersäule geschickt werden müssen, erzeugt wesentlich niedrigere Spitzenschallpegel als herkömmliche Schallkanonen und schont damit die Meeresumwelt.

Containerfrachter sind am lautesten

Schwieriger ist es, dem allgegenwärtigen Dauerlärm der Schifffahrt beizukommen. Die Hälfte davon stammt laut einer aktuellen Studie von nur einem Siebtel der rund 56.000 Handelsschiffe, die auf den Weltmeeren unterwegs sind. Das sind vor allem die großen Containerfrachter, die von allen Schiffsklassen den größten Krach machen. Die internationale Seeschifffahrtsorganisation IMO hat Empfehlungen zur Reduzierung von Unterwasserschall herausgegeben, die bei Konstruktion und Betrieb von Schiffen berücksichtigt werden sollen. Zudem gilt für den Neubau von Seeschiffen ein Regelwerk mit verbindlichen Grenzwerten.

Doch was auf dem Papier steht, ist das eine – was auf See geschieht, das andere. Ein Großteil des Lärms, der von Schiffen ausgeht, entsteht durch Kavitation an der Schiffsschraube. Je schneller sich diese dreht, desto geringer ist der statische Druck und damit auch die Verdampfungstemperatur des Wassers an der Schraube. Die Folge: Es bilden sich Dampfblasen, die schlagartig und laut knallend implodieren, sobald sie in Bereiche mit höherem Druck gerissen werden. Dabei entstehen Druckstöße von so enormer Kraft, dass auf Dauer die Schiffsschraube perforiert wird. Größere Schiffsschrauben mit angepasstem Design, die bei gleicher Drehgeschwindigkeit weniger Gasblasen erzeugen, könnten den Kavitationslärm verringern. Die Technik ist einsetzbar, doch sie wird kaum genutzt, denn sie braucht Platz – und das kostet Laderaum.

Und es gäbe noch ein ganz einfaches Mittel, das den Schiffslärm sofort und dauerhaft reduzieren würde, wie ein Versuch auf einer Schifffahrtsroute im östlichen Mittelmeer gezeigt hat. Dort wurde im Zeitraum zwischen 2007 und 2013 die erlaubte Maximalgeschwindigkeit für besonders laute Frachter von 15,6 Knoten (28,9 Kilometer pro Stunde) auf 13,8 Knoten (25,5 Kilometer pro Stunde) herabgesetzt. Der Schiffslärm halbierte sich dadurch. „Ein Tempolimit hätte einen großen Effekt“, sagt AWI-Wissenschaftlerin Elke Burkhardt. „Und dabei ließe sich sogar Sprit sparen.“