Riesige Algenteppiche treiben immer häufiger über die Ozeane, und erstmals gibt es dazu ein umfassendes globales Bild. Eine KI-gestützte Auswertung von rund 1,2 Millionen Satellitenaufnahmen zeigt, dass sich schwimmende Algen über weite Teile der Weltmeere ausbreiten. Betroffen sind sowohl große Matten aus Makroalgen als auch feiner mikroskopischer Oberflächenschleim. Die Entwicklung verändert Lebensräume im offenen Meer und kann an den Küsten spürbare Folgen haben.
Schwimmende Algen sind ein natürlicher Bestandteil mariner Ökosysteme und dienen im offenen Ozean vielen Tieren als Nahrung und Unterschlupf. Problematisch werden sie erst, wenn sie in großer Menge auftreten und an Land gespült werden, wo sie faulen, Sauerstoff zehren und ganze Küstenabschnitte belasten. Lange ließ sich das Ausmaß solcher Blüten nur regional erfassen, weil die verstreuten Algen auf Satellitenbildern schwer zu erkennen sind. Häufig machen die verräterischen Signale weniger als ein Prozent eines einzelnen Bildpunkts aus, obwohl sich die Matten über viele Pixel erstrecken. Ein Forschungsteam der University of South Florida und der US-Ozeanbehörde NOAA hat dieses Problem nun mit künstlicher Intelligenz angegangen und die Verteilung der Algen über zwei Jahrzehnte hinweg rekonstruiert.
Für die Analyse wertete das Team Satellitendaten aus den Jahren 2003 bis 2022 aus und deckte damit rund zwanzig Jahre ab. Untersucht wurden dreizehn geografische Zonen und fünf Kategorien von Algen, von großen Braunalgenmatten bis zu mikroskopischem Grünalgenschleim. Ein tiefes lernendes Modell wurde darauf trainiert, die feinen Farb- und Helligkeitssignale zu erkennen, die auf treibende Algen an der Wasseroberfläche hindeuten. Erst diese Technik machte es möglich, die schwachen Muster zuverlässig aus der riesigen Datenmenge herauszufiltern. Das Resultat ist nach Angaben der Forscher die erste vollständige, quantifizierte Bestandsaufnahme schwimmender Algen für den gesamten Ozean, die regionale Einzelstudien zu einem zusammenhängenden globalen Bild verbindet.
Der Schlüssel der Arbeit liegt in der Kombination aus enormer Datenmenge und maschinellem Lernen, wie die in Nature Communications erschienene Auswertung darlegt, für die Hochleistungsrechner monatelang im Einsatz waren. Anders als das menschliche Auge kann das Modell noch dort ein Algensignal aufspüren, wo die Pflanzen nur einen winzigen Anteil eines Bildpunkts einnehmen. Auf diese Weise ließen sich Millionen von Bildmerkmalen automatisch klassifizieren und zu Karten der globalen Algenverteilung zusammenführen. Die Forscher betonen, dass eine solche Auswertung ohne die Rechenleistung und die langjährige Zusammenarbeit zwischen Behörde und Universität nicht möglich gewesen wäre. Damit wird die Untersuchung auch zu einem Beispiel dafür, wie künstliche Intelligenz die Auswertung großer Umweltdatensätze verändert und Muster erschließt, die zuvor verborgen blieben.
Die Karten zeigen einen deutlichen Aufwärtstrend über die zwei Jahrzehnte hinweg. Der mikroskopische Oberflächenschleim nahm mit rund einem Prozent pro Jahr moderat, aber stetig zu. Die Matten aus Makroalgen legten hingegen im tropischen Atlantik und im westlichen Pazifik um etwa 13,4 Prozent pro Jahr zu, mit dem stärksten Zuwachs nach dem Jahr 2008. In der Summe erreichten diese Blüten eine kumulierte Fläche von rund 43,8 Millionen Quadratkilometern und brachen damit klar mit den historischen Mustern. Vor 2008 galten größere Makroalgenblüten außerhalb der Sargassosee als Ausnahme. Ein erster großer Ausbruch der Grünalge Ulva ereignete sich 2008 im Gelben Meer, ein bedeutender Sargassum-Teppich bildete sich 2011 im tropischen Atlantik. Die Forscher sprechen von einem Regimewechsel von einem makroalgenarmen zu einem makroalgenreichen Ozean.
Als Ursachen für die Ausbreitung nennen die Autoren ein Zusammenspiel aus menschlichen Einflüssen und natürlicher Klimavariabilität, dessen Gewicht sich je nach Region unterscheidet. Eine wichtige Rolle spielt der Nährstoffeintrag, etwa aus der Landwirtschaft, der über Flüsse ins Meer gelangt und das Algenwachstum ankurbelt. Hinzu kommen veränderte Wassertemperaturen und Strömungen, die günstige Bedingungen für die Blüten schaffen. Dass sich die Meere spürbar erwärmen, ist längst belegt, so steigt etwa die Wassertemperatur vor Mallorca auf Rekordwerte, mit Folgen für Arten und Nahrungsnetze. Solche Erwärmung verschiebt die Lebensbedingungen im Meer und kann in manchen Regionen das Algenwachstum begünstigen, während in anderen Zonen der Eintrag von Nährstoffen dominiert. Die Studie ordnet die Entwicklung damit in ein größeres Bild sich rasch wandelnder Ozeane ein.
Im offenen Meer können Algenmatten Lebensraum bieten, doch an den Küsten kippt der Nutzen rasch in eine Belastung. Angespülte Massen faulen, verströmen einen strengen Geruch und entziehen dem Wasser Sauerstoff, was Fischen und anderen Meerestieren schadet. Für Tourismus und lokale Wirtschaft entstehen erhebliche Kosten, wenn Strände unbenutzbar werden und aufwendig gereinigt werden müssen. Küstenregionen stehen damit unter mehrfachem Druck, denn zugleich häufen sich andere Extreme, etwa wenn Meereshitzewellen ganze Meeresregionen auf Rekordflächen erfassen und Ökosysteme zusätzlich schwächen. Solche gleichzeitig auftretenden Belastungen können die Erholung der Bestände erschweren und regionale Fischerei treffen. Die globale Kartierung macht sichtbar, wie stark sich die Bedingungen für das Leben an der Meeresoberfläche innerhalb weniger Jahre verschoben haben.
Der eigentliche Fortschritt liegt darin, dass sich das Phänomen erstmals durchgängig und weltweit verfolgen lässt, wie auch eine Mitteilung der University of South Florida hervorhebt. Wer weiß, wo und warum sich Algen anhäufen, kann Küstengemeinden früher warnen und Reinigung oder Schutzmaßnahmen besser planen. Zugleich eröffnet die Methode die Möglichkeit, weitere Satellitendaten einzubeziehen und die Ursachen der Ausbreitung genauer zu entschlüsseln. Die Forscher wollen nun mehr Datensätze auswerten, um regionale Unterschiede besser zu verstehen. Langfristig könnte die Verknüpfung von Überwachung aus dem All mit einer Verringerung der Nährstoffeinträge an Land die beste Aussicht bieten, die Ausbreitung wieder in Richtung eines Gleichgewichts zu lenken. Bis dahin bleibt die weltweite Zunahme ein deutliches Signal für den Zustand der Ozeane.
Nature Communications, Global floating algae blooms are expanding; doi:10.1038/s41467-025-66822-5