Verhalten von Öl im Meer

Im Meer ist das Öl einer Reihe von physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen unterworfen, die letztendlich zu einem Abbau der Erdölkohlenwasserstoffe führen. Man unterscheidet den Ölabbau in der Wassersäule von dem im Sediment, da hier deutliche Unterschiede hinsichtlich der Bedeutung der einzelnen Abbauprozesse und in der Geschwindigkeit des Abbaus bestehen.

• Ausbreitung und Verdriftung des Ölflecks
  
  Sobald Öl ins Wasser gelangt, bildet es auf der Wasseroberfläche einen Film, der sich vom Einbringungsort aus zur Peripherie des Flecks hin ausdünnt. Der Ablauf dieses Vorganges ist abhängig von den stofflichen Eigenschaften des Öls und der Temperatur. Die Verdriftung des Ölflecks wird dagegen vor allem von den herrschenden Winden und in geringerem Maße auch von den Meeresströmungen beeinflusst. Eine Faustregel besagt hierbei, dass sich ein solcher Fleck mit ca. 3 bis 4% der Windgeschwindigkeit fortbewegt. Die Veränderung des Öls durch verschiedene Alterungsprozesse führt auch zu einer Veränderung seiner Drifteigenschaften. Den Weg eines Ölteppichs vorhersagen zu können, ist für die erfolgreiche Bekämpfung von Ölunfällen von großer Bedeutung.



• Physikalische und chemische Alterung des Öls
  
  Öl ist im marinen Milieu einer Reihe von physikalischen und chemischen Veränderungen ausgesetzt, die wesentlich den Fortbestand eines Ölflecks bestimmen. Zu den wichtigsten Prozessen gehören
  • Verdunstung und Photooxidation der leicht flüchtigen Ölbestandteile
  • Bildung von "chocolate mousse", einer sehr stabilen "Wasser-in-Öl-Emulsion", die das 4-fache Volumen der ursprünglichen Menge betragen kann und nur sehr schwer zu bekämpfen ist
  • Bildung von Ölklumpen ("tar balls") unterschiedlicher Größe, die zum sogenannten "tainting" von Organismen und Fischernetzen führen können
  • Dispersion in der Wassersäule durch Wellenbewegungen
  • Lösung im Meerwasser (z.T. resultieren stark toxische Lösungen)
  • Anlagerung an Schwebstoffe und Sedimentation auf den Meeresgrund



• Biodegradation des Öls
  
  Unter Biodegradation versteht man den Abbau des Öls durch Organismen. Die Mehrzahl der Meeresorganismen ist in der Lage, aufgenommenes Öl in wasserlöslichere Stoffwechselprodukte umzuwandeln und auszuscheiden. So ist der Abbau einfacher Aromaten durch planktische Cyanobakterien und Algen nachgewiesen. Einige Erdölkohlenwasserstoffe sind jedoch schon in mäßigen Konzentrationen für die betreffenden Tiere toxisch und können somit nicht abgebaut werden. Die Biodegradation durch Mikroorganismen (Bakterien und Pilze), die das Öl als Kohlenstoffquelle nutzen, macht den größten Anteil aus. Da sich die ölabbauenden Bakterien wie Bakterien allgemein durch sehr hohe Vermehrungsraten auszeichnen, sind sie auch in der Lage, auf günstige Umweltbedingungen mit einem raschen Bestandsanstieg zu reagieren.
  
  Die unterschiedlichen, im Öl enthaltenen Stoffgruppen unterscheiden sich in der Geschwindigkeit ihres Abbaus. Der mikrobielle Abbau verlangsamt sich mit zunehmendem Molekulargewicht und steigender Zahl an Verzweigungen und Substitutionen. Am schnellsten werden unverzweigte Alkane abgebaut, gefolgt von einfachen Aromaten. Der Abbau von Isoalkanen, Cycloalkanen und kondensierten Aromaten nimmt deutlich mehr Zeit in Anspruch. Die durch Photooxidation von Erdölkohlenwasserstoffen entstehenden Produkte unterliegen ebenfalls nur einem langsamen biologischen Abbau. Die Rangfolge der verschiedenen Stoffgruppen hinsichtlich der Abbaugeschwindigkeit kann allerdings in Abhängigkeit von den Umständen variieren. Faktoren, die den Abbau durch Bakterien positiv beeinflussen sind
  • hohe (Wasser-)Temperatur
  • Oberfläche des Öls (Vergrößerung ggf. durch Einsatz von Dispersionsmitteln)
  • ausreichende Sauerstoffversorgung
  • Nährstoffversorgung der Bakterien
  • geringe Menge an Fressfeinden

Die oben geschilderten Abbauwege des Öls im Meer haben unterschiedliche Anteile, die je nach den Umständen variieren können. Als Faustregel gilt, dass kurz nach einem Unfall der relative Anteil schneller Abbauprozesse wie z.B. Verdunstung größer ist, während der mikrobielle Abbau erst später an Bedeutung gewinnt.

Der Ölabbau im Sediment verläuft prinzipiell nach den gleichen Mechanismen wie für den Ölabbau im Wasser geschildert, unterscheidet sich jedoch deutlich im Anteil der verschiedenen Abbauwege und in der Geschwindigkeit. Ein zügiger Abbau von Öl durch Bakterien ist nur in der Gegenwart von Sauerstoff zu beobachten. Ein anaerober Ölabbau durch Bakterien ist im Labor zwar nachgewiesen, aber bisher im Freiland nicht beobachtet worden. Physikalisch-chemische Alterungsprozesse können nur an der Grenze zwischen Sediment und Wasser stattfinden, in den tieferen Sedimentschichten sind sie ohne große Bedeutung.
Der vornehmlich mikrobielle Ölabbau im Sediment geht deutlich langsamer vonstatten als der mehr von physikalischen Alterungsprozessen dominierte Ölabbau im freien Wasser. Das in anaeroben Schichten gelagerte Öl ist oft noch nach Jahren nachweisbar und dabei kaum durch Abbauprozesse gealtert.

Untersuchungen zeigen, dass im Sediment abgelagertes Öl keineswegs unbeweglich und bis zu seinem Abbau an einem Ort bleiben muss. Erfahrungen nach dem Ölunfall der "Arrow" in Kanada zeigten, dass auch noch nach fünf Jahren Öl aus dem Sediment über das Porenwasser zurück in den Wasserkörper gelangte. Hier unterliegt es wiederum den in den vorangegangenen Abschnitten beschriebenen Abbaumechanismen. Ölablagerungen im Sediment sind somit keineswegs als statisch zu betrachten.

Ins Meer geflossene Ölmengen können zu unterschiedlichen Mengen an die Küste gespült werden und dabei Schäden auch an Land verursachen. Um die Schäden einschätzen zu können, wird versucht, die Verweildauer von gestrandetem Öl an einem Küstenabschnitt abzuschätzen. Die wichtigsten Kriterien hierfür sind seine Exposition gegenüber Wellenbewegungen und die Korngröße des Sedimentes.
Entsprechend der Persistenz von gestrandetem Öl wurde von Experten ein Vulnerabilitätsindex für verschiedene Küstentypen eingeführt (GUNDLACH & HAYES 1978).

Quelle:

Der Inhalt dieser Seite wurde erstmals veröffentlicht in:

C.v. Bernem, T. Lübbe (1997): Öl im Meer - Katastrophen und langfristige Belastungen, Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt.

• GUNDLACH, E.R. & M.O. HAYES (1978): Vulnerability of coastal environments to oil spill impacts. Mar. Technol. Soc. J. 12: 18-27.