Eine lebenslange Forschung verbindet die „tote Zone“ im Golf von Mexiko mit dem Düngemittelabfluss im Mittleren Westen

Die renommierte Meeresbiologin Nancy Rabalais steht am 15. März am Heck des Forschungsschiffs Acadiana in Cocodrie, La.

COCODRIE, Louisiana – Im Sommer 1985 segelte Nancy Rabalais mit einem Forschungsschiff in den Golf von Mexiko – und in das wissenschaftliche Unbekannte.

Damals wussten Wissenschaftler wenig über weite Flächen sauerstoffarmen Wassers, sogenannter Hypoxie, die manchmal im Golf und anderen Buchten und Flüssen auftraten. In diesem Sommer wollte das Team von Rabalais herausfinden, wie diese Gebiete mit den Lebewesen auf dem Grund des Golfs in Verbindung stehen.

Bei der Analyse von Wasser- und Sedimentproben kilometerweit vor der Küste entdeckte das Team des Louisiana Universities Marine Consortium und der Louisiana State University schnell, dass sich die Hypoxie vom Mississippi bis nach Texas erstreckte – und dass sie den größten Teil des Sommers anhielt.

Später ermittelten sie die Ursache: erhöhte Mengen an Stickstoff und Phosphor im Golf, hauptsächlich aufgrund des Abflusses von landwirtschaftlichen Düngemitteln und anderen Quellen im Mississippi-Einzugsgebiet.

Rabalais' Forschung brachte die „tote Zone“ des Golfs von Mexiko auf die wissenschaftliche Landkarte und in die Psyche des Landes, was zur Gründung der Mississippi River/Gulf of Mexico Hypoxia Task Force der US-Umweltschutzbehörde und einer Reihe von Bemühungen zur Bekämpfung der Nährstoffverschmutzung führte , das die EPA als „eines der am weitesten verbreiteten, kostspieligsten und herausforderndsten Umweltprobleme Amerikas“ bezeichnet.

In fast vier Jahrzehnten hat sich Rabalais zu einer Gigantin auf ihrem Gebiet entwickelt. Sie hat Hunderte von Interviews mit Journalisten geführt, einen TED-Vortrag gehalten, mehrfach vor dem Kongress ausgesagt, unzählige Studenten an der LSU betreut und fast 160 Studien veröffentlicht.

Die 73-jährige Rabalais sagte, sie habe aufgrund ihres Alters und gesundheitlicher Probleme nicht mehr vor, an den Forschungskreuzfahrten teilzunehmen. Sie bleibt ihrer Arbeit treu, auch wenn sie eine neue Generation von Wissenschaftlern für die Übernahme ausbildet.

„Ich glaube daran, Forschung zu betreiben, die dem Gemeinwohl dienen kann“, sagte sie. „Und das ist einer dieser Wege.“

Nancy Rabalais hält Sauerstoffmessgeräte auf einer Forschungskreuzfahrt um das Jahr 2000.

Rabalais erhielt eine einfache Anweisung von Don Boesch, dem ersten Geschäftsführer von LUMCON, bevor sie zu ihrer ersten Forschungskreuzfahrt aufbrach: „Nancy, geh hin und studiere Hypoxie.“

Der Rest ist Geschichte – und eine Menge Daten.

Boesch brachte erste Mittel nach Louisiana, um die von ihm begonnene Arbeit in der Chesapeake Bay fortzusetzen, die über eigene hypoxische Zonen verfügt, die durch übermäßige Nährstoffe verursacht werden.

Zu dieser Zeit hatte Rabalais gerade seinen Doktortitel in Zoologie mit Nebenfach Meereswissenschaften an der University of Texas in Austin abgeschlossen. Sie wurde in Wichita Falls, Texas, geboren, wuchs mit einer Liebe zum Wasser auf und studierte während eines Großteils ihrer akademischen Laufbahn Meereswissenschaften und Biologie. Im Alter von 19 Jahren erhielt sie das Tauchzertifikat, eine Fähigkeit, die sich beim Austausch von Monitoren 60 Fuß unter der Golfoberfläche als nützlich erweisen würde.

„Ich habe enormen Respekt vor ihr entwickelt, nicht nur wegen ihres Engagements und ihrer Intelligenz, sondern auch wegen ihrer Standhaftigkeit“, sagte Boesch.

Rabalais war 1985 für die erste Hypoxie-Forschungskreuzfahrt im Golf von Mexiko verantwortlich und leitete das Schiff, unter anderem wo und wann Wasserproben entnommen werden sollten. Fünf Tage lang teilte die Besatzung ihre Zeit zwischen Tag- und Nachtschichten auf, um Vollzeit auf dem 116 Fuß langen Forschungsschiff Pelican zu arbeiten.

„Und ich habe Entscheidungen getroffen, als wüsste ich, was ich tue“, sagte sie lachend.

Die Besatzung brach von Terrebonne Bay aus auf und reiste etwa sechs bis acht Stunden, um die tote Zone zu erreichen, wo sie an ihren etablierten Stationen mit der Sauerstoffmessung begann. Die Zahl der Stationen wuchs schließlich von etwa 40 auf 80 und erstreckte sich über die Küste von Louisiana bis Texas.

Rabalais und ihre Kollegen befassten sich im wahrsten Sinne des Wortes auch mit der Geschichte der Nährstoffe. Indem sie Röhren in den Schlamm vom Grund des Golfs einführten und diese in Scheiben schnitten, konnten sie die verschiedenen Sedimentschichten datieren und die Mengen an Kohlenstoff und Stickstoff aus Jahrzehnten zuvor identifizieren. Das bewies, dass der Golf nicht immer sauerstoffarm gewesen war.

„Wir sind nicht einfach rausgegangen und haben den Sauerstoffgehalt am Boden gemessen“, sagte Rabalais. „Wir haben alles Mögliche getan, um die Geschichte zusammenzusetzen und den langfristigen Datensatz zu entwickeln.“

Im Laufe der Zeit wuchs die Crew um Professoren, Wissenschaftler, Studenten und Freiwillige verschiedener Disziplinen. Viele sind zu bekannten Gesichtern geworden.

Einer davon war sein Ozeanographenkollege Eugene Turner, heute Professor an der LSU. Er war von Anfang an eine tragende Säule der Hypoxieforschung und wurde auch Rabalais‘ Partner, obwohl sie schwor, dass es auf dem Boot keine Romanze gab. Sie heirateten 1988. Schließlich trug sie ihren Ehering, während sie Unterwassermonitore auswechselte, das Glitzern von Gold glitzerte im trüben grünen Wasser, der Fisch knabberte an ihren Haaren und verwechselte sie mit Algen.

Ihre Arbeit bei LUMCON bot Rabalais Möglichkeiten zur beruflichen Weiterentwicklung, aber auch Momente persönlicher Schwierigkeiten. Öffentliche Reden brachten Rabalais früher zum Zittern. Während eines Vortrags, erinnerte sich Turner, zitterte sie so sehr, dass sie sich am Rednerpult festhalten musste, um stabil zu bleiben. Er ging sogar in die Nähe des Podiums, für den Fall, dass sie ohnmächtig wurde.

Aber mit etwas Übung überwand Rabalais ihre Angst. 1998 sagte sie vor Kongressausschüssen aus, um den Gesetzgebern zu erklären, warum sie sich über Hypoxie Sorgen machen sollten. Infolgedessen beschloss der Kongress, dass der National Oceanic and Atmospheric Administration jedes Jahr Bundesmittel zur Eindämmung der Hypoxie zur Verfügung gestellt werden sollten.

„Als wir anfingen, lachte sie mich aus. Sie sagte: ‚Oh, du wirst einen Aufsatz schreiben und die Richtlinien ändern?‘“, sagte Turner. „Aber genau das machen wir.“

Mit dem Wachstum des Datensatzes und der Veröffentlichungen von Rabalais wuchsen auch ihre Autorität und ihr Einfluss. Im Jahr 2005 wurde sie Geschäftsführerin von LUMCON und behielt diese Position bis 2016. Im Jahr 2012 erhielt sie ein „Genius Grant“ der MacArthur Foundation und im Jahr 2021 wurde sie in die National Academy of the Sciences, eine der renommiertesten Akademien der USA, gewählt wissenschaftliche Gesellschaften.

Rabalais‘ Forschung hat das meiste dokumentiert, was wir heute über Golf-Hypoxie wissen. Von etwa Mai bis September jedes Jahr entwickelt sich im Golf die größte hypoxische Zone in den USA. Hypoxische Bedingungen treten auf, wenn eine Wasserfläche weniger als 2 Milligramm Sauerstoff pro Liter Wasser enthält. Dies bedeutet normalerweise den Tod oder die Flucht der meisten Lebewesen in der Region.

Hypoxie kann im Wasser auf natürliche Weise auftreten, aber der Mensch hat das Problem seit dem 20. Jahrhundert verschlimmert. Nährstoffabflüsse aus landwirtschaftlichen Düngemitteln und anderen Quellen gelangen in Flüsse und Bäche und erhöhen den Stickstoff- und Phosphorgehalt in den Gewässern. Nährstoffe aus Staaten und Provinzen im Mississippi-Becken werden im Frühjahr und Frühsommer in das Wassereinzugsgebiet und in den Golf gespült. Das Süßwasser mit überschüssigen Nährstoffen liegt über dem Salzwasser des Golfs und begünstigt die Algenblüte. Die Algen sterben schließlich ab und versinken im darunter liegenden Salzwasser, wodurch der Sauerstoffvorrat aufgebraucht wird.

Matt Rota, der leitende politische Direktor der Interessenvertretung Healthy Gulf, sagte, die Bekämpfung der Nährstoffverschmutzung sei nicht nur für den Golf, sondern auch für seine vorgelagerten Nachbarn wichtig.

„Die Dinge, die wir tun, um die Totzone zu verursachen, führen auch dazu, dass wir weniger gesunde Böden haben und dass unsere Trink- und Freizeitgewässer verschmutzt werden“, sagte er.

Hypoxische Bedingungen im Golf verkleinern auch die verfügbaren Fanggebiete für die Garnelenindustrie und verschärfen so den Wettbewerb unter den Fischern. Thomas Olander, Berufsfischer in dritter Generation aus Louisiana, sagte, er habe seinem Sohn geraten, aus dem Geschäft auszusteigen, aber seine Leidenschaft für das Angeln trieb ihn dazu zurück.

„Ich möchte, dass mein Sohn in diesem Geschäft bleibt, weil mein Vater es getan hat und sein Vater es getan hat“, sagte Olander. „Es ist traurig, dass diese Branche mit meiner Generation aufhören könnte.“

Das hypoxische Monster erstreckte sich im Jahr 2022 über etwa 3.275 Quadratmeilen des Golfs. Es war kleiner als im Vorjahr, was hauptsächlich auf den geringeren Abfluss aus dem Mississippi zurückzuführen war. Die Trendlinie des Wachstums des Gebiets hat im Laufe der Zeit weitgehend zugenommen. Die durchschnittliche Größe über fünf Jahre ist immer noch mehr als doppelt so groß wie das Ziel der Task Force für 2035.

„Wir sind nicht auf dem richtigen Weg“, sagte Rabalais über das Tor. „Ich sage immer wieder, dass es keinen gesellschaftlichen Willen gibt.“

Jedes Jahr im Juni geben Wissenschaftler eine Vorhersage über die Größe der toten Zone dieses Sommers ab. Die diesjährige Ankündigung ist für diese Woche geplant. Rabalais und Turner werden etwa zur gleichen Zeit ihre eigene Pressemitteilung veröffentlichen.

Dieses von der National Oceanic and Atmospheric Administration veröffentlichte Diagramm zeigt die Größe der hypoxischen Zone im Golf von Mexiko, gemessen während Forschungskreuzfahrten seit 1985 (grüne Balken), im Vergleich zum Fünfjahresdurchschnitt (gepunktete Linie) und dem Ziel (gestrichelte Linie). gegründet von der Mississippi River/Golf of Mexico Watershed Nutrient Task Force.

Seit den 1950er Jahren hat sich die Stickstoffmenge im Wassereinzugsgebiet des Mississippi verdreifacht, und auch die Phosphormenge hat zugenommen, was teilweise auf Düngemittel zurückzuführen ist, die in den Bundesstaaten des Mittleren Westens entlang des Mississippi-Einzugsgebiets ausgebracht werden.

Der Kongress nahm die Landwirtschaft vom Clean Water Act von 1972 aus und überließ die Verantwortung für die Kontrolle der Nährstoffverschmutzung den einzelnen Bundesstaaten. Dies schränkt die Fähigkeit der EPA ein, den Nährstoffabfluss aus nicht punktuellen Quellen wie landwirtschaftlichen Betrieben zu begrenzen. Das Ergebnis sind zahlreiche von Bund und Ländern finanzierte Bemühungen zur Nährstoffreduzierung durch freiwillige Programme für Landwirte, wie z. B. Fruchtwechsel, um den Boden auf natürliche Weise ohne Dünger anzureichern. Diese Bemühungen haben jedoch noch nicht das Ziel erreicht, die Größe der toten Zone drastisch zu verringern.

„Wenn man versucht, ein Problem dieser Größenordnung durch individuelle Maßnahmen zu lösen, gibt es kein Beispiel, wo das jemals gemacht wurde“, sagte Chris Jones, ein kürzlich pensionierter Hydrowissenschafts- und Ingenieurforscher an der University of Iowa. Jones hat kürzlich ein Buch über den Zusammenhang zwischen Landwirtschaft und Wasserqualität veröffentlicht und betreibt einen eigenen Blog zum gleichen Thema.

Jones argumentierte, dass die Verantwortung für die Reduzierung des Nährstoffabflusses nicht allein bei den Landwirten, sondern beim Landwirtschaftssystem selbst liegen sollte. Wie alle Menschen, sagte er, handelten Landwirte in ihrem eigenen Interesse. Da es in der Regel keinen finanziellen Anreiz seitens der Staaten gibt, ihre Düngemittelausbringungspraktiken zu reduzieren, verzichten Landwirte häufig auf alternative Praktiken.

Für Rabalais ist Beharrlichkeit das A und O. Sie ist der Meinung, dass wir auch die Rolle des Einzelnen nicht außer Acht lassen sollten. Durch eine Ernährungsumstellung, so Rabalais, könnten die Menschen ihren Widerstand gegen den unangemessenen Einsatz von Düngemitteln zum Ausdruck bringen. Sie isst weniger Fleisch und vermeidet Ethanolkraftstoff, um ihre persönlichen Auswirkungen zu verringern. Und sie bleibt trotz der Größe des Problems positiv.

„Ich versuche, meinen Optimismus aufrechtzuerhalten, dass gute Bemühungen zu guten Ergebnissen führen können“, schrieb sie 2021 in einer Reflexion über ihre Arbeit. „Es ist befriedigender, als in Pessimismus oder Versagensängsten zu verharren.“

Nach einer Woche mit 16-Stunden-Schichten schmeckte nichts besser als Eis am Bug des Pelican.

Als das offene, sonnenbeschienene blaue Wasser den Rumpf umspülte, verspürte die Meeresbiologin Cassandra Glaspie ein Gefühl der Vollendung, das sie und ihre Crew überkam. Als sie das Boot wieder in Richtung der Küste Louisianas drehten, folgte ihnen das Gefühl in Form von Großen Tümmlern, die sanft in den Golf eintauchten und wieder heraustauchten.

Hypoxia-Kreuzfahrttechnikerin Gina Woods (links) mit Nancy Rabalais (Mitte) und Cassandra Glaspie auf einer Forschungskreuzfahrt im Jahr 2021.

Es war 2020 und Glaspie hatte gerade ihre erste Forschungskreuzfahrt zur Messung des Sauerstoffgehalts im Golf geleitet. Die Reise sollte für Rabalais eine Gelegenheit sein, Glaspie die Grundlagen zu zeigen. Doch nur wenige Tage vor der Reise musste Rabalais verletzungsbedingt absagen und war nur noch telefonisch erreichbar. Glaspie machte sich keine Sorgen.

„Die gesamte Besatzung der Pelican weiß genau, was zu tun ist, weil sie das schon viele, viele Jahre lang getan hat“, sagte sie. „Es war eine gut geölte Maschine.“

Cassandra Glaspie beugt sich am 15. März über die Acadiana, um in Terrebonne Bay, La, einen Leitfähigkeits-, Temperatur- und Tiefensensor ins Wasser zu bringen. Der Sensor misst wesentliche Elemente des Wassers.

Glaspie untersucht benthische Organismen, Lebewesen, die in Grundgewässern leben. Nach Abschluss eines Postdoktorandenprogramms in Oregon zum Thema Hypoxie wurde Glaspie Professor an der LSU in derselben Abteilung wie Rabalais.

Der entscheidende Wendepunkt ihrer Karriere ereignete sich in Mobile, Alabama, als Rabalais Glaspie bei einer Universitätsveranstaltung beiseite nahm.

„Sie sagte: ‚Ich habe viel in diese Hypoxie-Kreuzfahrt gesteckt, aber ich kann das nicht ewig machen, deshalb möchte ich Sie bitten, darüber nachzudenken, es als Teil Ihres Forschungsprogramms zu übernehmen‘“, sagte Glaspie. „Das wird, glaube ich, immer eine wirklich wunderbare Erinnerung bleiben.“

Als sie ihre neue Rolle übernimmt, findet Glaspie, dass Rabalais‘ Mentorenschaft für sie hilfreich ist, um sich in der Welt der Wissenschaft und Politik zurechtzufinden. Sie sagte, Rabalais habe ihr beigebracht, auf lange Sicht zu spielen, reflexartige Reaktionen zu vermeiden und Beziehungen zu jedem in ihrem Netzwerk aufzubauen, unabhängig von der Meinung.

„Nancy meistert einen Großteil des politischen Feldes mit Anstand und behält ihre intellektuelle Integrität“, sagte sie. „Das macht sie sehr respektiert, und deshalb konnte sie viel erreichen.“

Glaspie leitet nicht nur die jährliche Forschungsreise und einige Studien, sondern übernimmt auch Teile von Rabalais‘ Labor und entscheidet, was die Zukunft bringen wird. Sie möchte zur kontinuierlichen Überwachung der Hypoxie in bestimmten Bereichen zurückkehren, ein Unterfangen, das Rabalais einst leitete, und die Überwachungstechnologie aktualisieren. Sie hat auch Interesse daran, ein Praktikum für Studenten aus unterrepräsentierten Gruppen, darunter auch Bauernkinder, zu beginnen.

Doch in Zukunft könnte die Finanzierung anderer Forschungsarbeiten und neuer Programme eine Herausforderung darstellen.

Die NOAA finanziert die Forschungskreuzfahrt zur Messung des Sauerstoffgehalts im Wasser, wodurch der Datensatz über einen längeren Zeitraum hinweg erhalten bleibt. Allerdings erfordert die Fortsetzung der langfristigen Untersuchung von Faktoren, die zur Hypoxie beitragen, wie z. B. die Verteilung von Nährstoffen, zusätzliche Mittel.

„Zu dieser Forschung gehört mehr als nur der Sauerstoff“, sagte Glaspie. „Nancy und ich haben versucht, Wege zu finden, den Rest zu finanzieren.“

David Scheurer, Ozeanograph für die National Centers for Coastal Ocean Science der NOAA, sagte, die zukünftige Finanzierung durch die Organisation sei schwer vorherzusagen.

„Die NOAA unterstützt im Großen und Ganzen die weitere Überwachung der toten Zone“, sagte er. „Wir werden versuchen, das zu tun, was für ein bestimmtes Jahr am sinnvollsten ist.“

Am Bug eines kleineren Forschungsschiffs namens Acadiana scheinen Finanzierung und Düngemittel im friedlichen Kielwasser der Bucht weit weg zu sein. Aber ihre Auswirkungen finden sich in den kleinsten Organismen, die sich durch den Schlamm winden.

Während Glaspie eine Schlammprobe aus der Bucht einholt, vermischt sich der leichte Schwefelgeruch mit dem salzigen Geruch des Wassers. Sie gräbt einen Finger in das schwarzbraune Sediment und findet einen Wurm namens Capitellid, der zum Überleben nicht viel Sauerstoff benötigt.

Die Meeresbiologin Cassandra Glaspie hält eine Handvoll Schlamm und benthische Organismen aus einer Probe, die am 15. März in Terrebonne Bay, Louisiana, aus dem Wasser entnommen wurde. Das Vorhandensein bestimmter Organismen kann auf ein hypoxisches Gebiet hinweisen.

„Das sind die Unkräuter von Würmern“, sagte sie und zeigte auf das kleine, lange und dünne Wesen. In Kombination mit dem Mangel an anderen Arten in der Gegend, die mehr Sauerstoff benötigen, kann deren Vorhandensein ein Indikator für Hypoxie sein.

In gewisser Weise hat Glaspie viel mit dem Tier gemeinsam. Trotz der Herausforderungen der Todeszone ist sie hier, um zu bleiben und Rabalais‘ Erbe fortzuführen.

Zurück an Land begleitet Glaspie Rabalais ins Labor. Sie lachen und plaudern über ihre verbleibende Arbeit und nehmen sich einen Moment Zeit, um einen Blick in einen Behälter zu werfen, in dem sich ein kleiner Tintenfisch befindet, der auf dem Boot gefangen wurde. Darüber hängt ein gerahmtes Gemälde von der Kreuzfahrt 2007, auf dem handgefertigte Ikonen wie Unterwassersensoren und Taucher in Tauchausrüstung zu sehen sind.

Die Arbeit ist nie abgeschlossen, aber Rabalais blickt hoffnungsvoll in die Zukunft.

„Ich würde gerne einen gesunden Golf sehen“, sagte sie. „Wir können nie dorthin zurückkehren, wo wir waren, aber wir können Fortschritte machen.“

Nancy Rabalais (links) und Cassandra Glaspie stehen am 15. März vor dem Heck von LUMCONs Forschungsschiff Acadiana in Cocodrie, Louisiana.

Cassandra Glaspie und Nancy Rabalais lachen am 15. März in einem LUMCON-Labor in Cocodrie, La.

Diese Geschichte ist Teil von „The Price of Plenty“, einem Sonderprojekt zur Untersuchung von Düngemitteln des University of Florida College of Journalism and Communications und der University of Missouri School of Journalism, das von der landesweiten Berichterstattungsinitiative „Connected Coastlines“ des Pulitzer Centers unterstützt wird.

The Price of Plenty hat studentische Journalisten der University of Florida und der University of Missouri zusammengebracht, um von Grund auf über die Düngemittelindustrie zu berichten. Das Projekt wurde durch einen Zuschuss der landesweiten Berichtsinitiative „Connected Coastlines“ des Pulitzer Centers finanziert. Weitere Geschichten aus dem Projekt finden Sie unter columbiamissourian.com/priceofplenty.

Landesregierungsreporter Frühjahr 2022, Studium Journalismus und Politikwissenschaft. Erreichbar unter [email protected] oder im Newsroom unter (573) 882-5700. Sie finden mich auch auf Twitter @joyamazur.