Dr. Wolfgang Matthäus, Institut für Ostseeforschung Warnemünde

1. Einleitung

Die Ostsee ist eines der größten Brackwassermeere der Erde. Der Wasseraustausch mit dem offenen Weltmeer ist stark eingeschränkt, da er sich ausschließlich über die engen und flachen Belte und den Öresund vollzieht. Mit der Integration des Ostseeraumes in ein wachsendes Europa, insbesondere durch die Norderweiterung der Europäischen Union, ist die ökonomische und verkehrspolitische Bedeutung der Ostseeregion erheblich gestiegen. Neben der hohen Verkehrsdichte im Seegebiet und der weiteren Urbanisierung und Industrialisierung der Küstenbereiche können in zunehmenden Maße Großprojekte wie der Bau fester Verbindungen über die dänischen Meerengen Gefahren für die Meeresumwelt der Ostsee mit sich bringen.

Bei Großbauvorhaben ist eine, zumindest zeitweilige erhebliche Beeinträchtigung der marinen Umwelt im Nahbereich der Konstruktionen grundsätzlich nicht zu vermeiden. Aber auch Auswirkungen auf die ozeanographischen Bedingungen in der zentralen Ostsee, insbesondere bei Konstruktionen in den für das Ökosystem der Ostsee sensiblen Gebieten wie den Meerengen, sind nicht auszuschließen.

Im folgenden Beitrag werden die Besonderheiten der Ostsee gegenüber anderen Schelfmeeren erläutert. Die Brückenbauten im Bereich des Großen Belts und des Öresunds werden kurz vorgestellt und mögliche Auswirkungen, insbesondere auf das Tiefenwasser der Ostsee, diskutiert und mit der Entwicklung seit Beginn des Jahrhunderts in Beziehung gesetzt.
 
 

2. Besonderheiten der Ostsee

Die Ostsee als eines der größten Brackwassermeere der Erde lebt mit all seinen Lebensformen zwischen Süß- und Meerwasser vom Wasseraustausch mit der Nordsee. Sie ist ein vom europäischen Kontinent nahezu völlig eingeschlossenes, relativ stark gegliedertes flaches Nebenmeer des Atlantischen Ozeans (Abb. 1).

Der Wasseraustausch mit der Nordsee vollzieht sich ausschließlich über die engen und flachen Belte und den Öresund. Aus ozeanographischer Sicht liegt die Grenze zwischen Nord- und Ostsee an der Darßer und Drogden Schwelle (Abb. 1), die die Ostsee vom sog. Übergangsgebiet zur Nordsee trennen. Unter dem Einfluß starker westlicher Winde kommt es zu Einströmen salz- und sauerstoffreichen Wassers, die von erheblicher Bedeutung für die ozeanographischen Bedingungen im gesamten Tiefenwasser der Ostsee sind. Sie führen zu einer Erhöhung des Salz- und Sauerstoffgehaltes und zur Umschichtung des Wassers. Das über die Belte und den Öresund in die Ostsee gelangende salzreichere Wasser breitet sich entsprechend seiner Dichte in den tieferen Wasserschichten aus (vgl. Abb. 1). Dadurch existiert ganzjährig eine stabile vertikale Schichtung, die durch einen als Sprungschicht bezeichneten Dichteübergang das Ostseewasser in spezifisch leichteres salzärmeres Oberflächen- und schweres salzreicheres Tiefenwasser trennt.

Infolge der stabilen Schichtung ist das salzreiche aber sauerstoffarme Tiefenwasser weitgehend vom Austausch mit dem gut durchlüfteten Oberflächenwasser ausgeschlossen. Deshalb kann es nur durch horizontalen Zustrom, der vor allem durch die episodisch auftretenden Salzwassereinbrüche erfolgt, effektiv erneuert werden. Die Ausbreitung des eingeströmten salzreichen (im allgemeinen auch sauerstoffreichen) Wassers erfolgt auf dem Talweg durch die Ostsee über das Bornholmsgat und entgegen dem Uhrzeigersinn um die Insel Gotland (vgl. Abb. 1), wird jedoch durch die kaskadenförmig angeordnete Beckenstruktur der Ostsee zusätzlich behindert. Das ganzjährig stark geschichtete Ostseewasser und das eingeschränkte Austauschgeschehen (im Mittel wird das Wasser der zentralen Ostsee nur alle 25 - 35 Jahre ausgetauscht) machen die Ostsee in besonderem Maße sensitiv gegenüber natürlichen und anthropogenen Einflüssen.
 
 

3. Umweltrelevanz von Brückenbauten

Neben der weiteren Urbanisierung und Industrialisierung der Küstenbereiche der westlichen und mittleren Ostsee, dem Neu- und Ausbau der Häfen (z.B. Rostock, Danzig, Tallinn) sowie von Ölterminals können in zunehmenden Maße auch Großbauten (Abb. 2) wie Brücken- und Tunnelprojekte, die "Verkabelung" der Ostsee mit Hochspannungsübertragungskabeln oder Pipelines Einfluß auf die Meeresumwelt nehmen.

Große Veränderungen insbesondere im Bereich der Meerengen zwischen Nord- und Ostsee können erhebliche Auswirkungen auf die Meeresumwelt der Ostsee haben. Jede Einschränkung des Querschnitts in diesem sensiblen Gebiet durch die Brückenbauten zwischen Skandinavien und Mitteleuropa beeinflußt den Wasseraustausch.

Ein erster Anlauf zum Bau einer festen Verbindung über den Großen Belt im Jahre 1978 scheiterte, weil durch die damals in erheblichem Umfang vorgesehene Errichtung von Dämmen und Rampen drastische Veränderungen im Austauschgeschehen zwischen Nord- und Ostsee zu erwarten waren. Seit 1988 wurde jedoch an einer festen Straßen- und Eisenbahnverbindung gebaut, die 1998 zur Nutzung übergeben wurde.

Die Verbindung über den Großen Belt (Abb. 3) besteht aus der 6,8 km langen Ostbrücke für den Straßenverkehr einschließlich der Hochbrücke mit einer freien Spannweite von 1624 m und einer Durchfahrtshöhe von 65 m über den Transitweg für tiefgehende Schiffe in die Ostsee. Der mit 8 km längste gebohrte Tunnel Europas führt in zwei Röhren die Eisenbahn bis 70 m Tiefe unter dem Meeresspiegel des Hauptfahrwassers hindurch auf die durch Aufspülung auf das vierfache vergrößerte Insel Sprogö. Von dort führt die 6,6 km lange Westbrücke die Straßen- und Eisenbahnverbindung auf einer Ebene auf die dänische Insel Fünen.

Die Öresundquerung mit einer Bauzeit von etwa 8 Jahren (1993 - 2000) besteht aus einem 3,5 km langen, eingespülten Tunnel, der in vier Tunnelröhren die Straßen- und Eisenbahnverbindung unter dem mit 8 m Tiefe relativ flachen dänischen Fahrwasser durch den Öresund - dem Drogden Kanal - von einer 430 m langen, künstlichen Halbinsel vor der Insel Amager auf die etwa 4 km lange künstliche Insel Pepparholm führt. Von dort führt eine ca. 7,8 km lange Brücke den Verkehr in zwei Ebenen über die ca. 1 km lange Hochbrücke mit einer freien Spannweite von 490 m und einer Durchfahrtshöhe von 57 m über das schwedische Fahrwasser des Flint Kanals zur schwedischen Küste.

Für die erst in der Planung befindliche Fehmarbelt-Querung mit ca. 18 km Länge sind drei grundlegende Varianten in der Diskussion: (a) eine Brücke für Straße und Eisenbahn mit einer Kabel- oder Hängebrücke über den Hauptschifffahrtsweg oder jeweils ein gebohrter oder eingespülter Tunnel für (b) Eisenbahn mit Pendelzügen oder für (c) Straße und Eisenbahn mit Ventilationsinsel(n).

Basis für den Bau aller Brücken und Tunnel im Bereich der Meerengen zwischen Nord- und Ostsee ist die sog. "Null-Lösung", die vom dänischen Parlament im Jahre 1987 als Gesetz verabschiedet wurde und seitdem als Grundlage für alle Großbauten dieser Art im Bereich der Meerengen dient. Diese beinhaltet, daß durch alle Baumaßnahmen der Wasseraustausch zwischen Nord- und Ostsee und damit die Salzbilanz der Ostsee nicht verändert werden darf. Die "Null-Lösung" schließt ein, daß der Bau in der Weise zu erfolgen hat, daß die Meeresumwelt - außer in unmittelbarer Umgebung der Konstruktion (Nahbereich) während der Bauphase - nicht beeinflußt werden darf. Für alle Veränderungen des Querschnitts, die durch die Konstruktion nicht zu vermeiden sind (z.B. Brückenpfeiler, Aufschüttungen, künstliche Inseln) müssen Kompensationen erfolgen. Das soll zum einen durch eine hydraulisch optimale Konstruktion, zum anderen durch Ausbaggerungen erreicht werden.

Als Nahbereich wird ein Gebiet von 30 - 40 km beiderseits der Konstruktion angesehen. Innerhalb des Nahbereichs kann die Umwelt während der Bauphase erheblich beeinträchtigt werden. Für diesen Bereich wurden hydrographische und biologische Langzeit-Überwachungsprogramme entwickelt, die bereits vor Beginn der Bauphase den weitgehend ungestörten Zustand erfaßt haben. An einem umfangreichen Netz von Beobachtungsstationen wurden hydrographische Größen (Wassertemperatur, Salzgehalt, Sauerstoffgehalt, Nährstoffe, Wasserstand, Wellen, Wassertrübung) und die Verteilung von Tieren und Pflanzen am Meeresboden, speziell von Muschelbänken sowie von Seegras- und Tangbeständen erfaßt. Darüber hinaus wurden die Bestände an brütenden und überwinternden Wasservögeln, an Laichbeständen des Herings im Großen Belt und der Heringswanderung durch den Öresund, die Laichgebiete von Dorsch und Plattfisch im Öresund sowie der Krötenpopulation auf der Insel Sprogö ermittelt.

Zur Abschätzung der Auswirkungen auf die Meeresumwelt im Nahbereich wurden Computermodelle herangezogen. Die hydrodynamischen Modelle berechnen Strömung, Wasserstand und Wellen. Die Ausgabedaten der hydrodynamischen Modelle wurden auch zur Berechnung der Mengen an suspendiertem Material im Wasser und der Sedimentation bzw. Resuspension von Material verwendet. Diese Modellrechnungen wurden u. a. genutzt, um die Kriterien zur Begrenzung der Baggerarbeiten in Zeit, Raum und Intensität zu definieren. Mit Hilfe eines ökologischen Modells wurde der Zusammenhang der physikalisch-chemischen Veränderungen in der Meeresumwelt mit den Effekten auf das pflanzliche Plankton, auf Seegras, Großalgen und Miesmuscheln berechnet.

Für den Öresund hat man z.B. Kriterien und Strategien entwickelt, um die Effekte zu minimieren oder wenigstens zu optimieren. So wurde ein zeitweiliger, akzeptabler Rückgang in der Population der Eiderenten definiert. Auch für die am Meeresboden lebenden Tiere wurde ein zeitweiliger Rückgang in Menge und Artenzusammensetzung klar festgelegt. Die seit 1987/88 laufende Umweltüberwachung im Großen Belt ergab, daß in diesem durch starke kurzzeitige Veränderlichkeiten der ozeanographischen Bedingungen gekennzeichneten Seegebiet die Wiederbesiedlung der bei den Konstruktions- und Baggerarbeiten zerstörten oder beeinträchtigten Umwelt jedoch innerhalb weniger Jahre vor sich gehen kann.

Kritische Abschätzungen und komplexe Modellrechnungen zeigen, daß die Auswirkungen auf die zentrale Ostsee vernachlässigbar klein bleiben. Das bestätigen auch die Beobachtungen im Tiefenwasser. In die Bauphase seit 1988 fiel sowohl der letzte Abschnitt der langen Stagnationsperiode (1977 - 1992) als auch der sehr starke Salzwassereinbruch 1993 und kleinere Einstromereignisse 1993/94 (Abb. 4), die insgesamt keine signifikanten Veränderungen im Langzeittrend von Salz- und Sauerstoffgehalt im Tiefenwasser durch die Konstruktionen in den Meerengen erkennen lassen.
 

4. Schlußfolgerungen

Die Ausführungen haben deutlich gemacht, welchen Einfluß Variationen im Einstromgeschehen auf die Meeresumwelt im Tiefenwasser der zentralen Ostsee haben können. Infolge des stark eingeschränkten Wasseraustausches mit dem offenen Ozean, der permanenten Schichtung und ihrer durch untermeerische Schwellen geprägten Beckenstruktur ist die Ostsee in besonderem Maße empfindlich gegenüber natürlichen und anthropogenen Einwirkungen. Ein derart empfindliches Ökosystem erfordert besonders verantwortungsvolles und vorsorgliches Handeln.

Bei Großbauvorhaben, insbesondere in den für das Ökosystem der Ostsee sensiblen Gebieten wie den Meerengen, sind Auswirkungen auf die ozeanographischen Bedingungen in der zentralen Ostsee nicht zu erwarten, wenn durch geeignete Kompensationsmaßnahmen der Wasser- und Salzaustausch unverändert bleibt. Eine, zumindest zeitweilige erhebliche Beeinträchtigung der marinen Umwelt im Nahbereich der Konstruktionen ist allerdings nicht zu vermeiden.

Planung, Design und Konstruktion der festen Verbindungen über den Großen Belt und den Öresund waren riesige Herausforderungen sowohl in technischer Hinsicht als auch mit Blick auf den Schutz der Meeresumwelt. Neue Strategien, Standards und Methoden zum Schutz der Meeresumwelt wurden als integrierter Bestandteil bei Großbauten im marinen Bereich entwickelt, die für zukünftige Projekte wie die geplante Fehmarbelt-Querung beispielgebend sind und zum Nutzen unserer Umwelt weiterentwickelt und optimiert werden müssen.