Öko-Kompendium Teil III - Seen: Stoffkreisläufe und das Problem Eutrophierung

Aquat. Ökologie, Teil III - Seen: Stoffkreisläufe und das Problem Eutrophierung

V. 2.0

Hier folgt nun der dritte Teil des ökologischen Kompendiums über stehende Gewässer. In diesem Teil steht die Chemie im Vordergrund, nicht die Biologie, denn wir wollen uns mit den Kreisläufen der wichtigsten Nährstoffe im Wasser vertraut machen. Unter den Bedingungen eines eutrophierten (überdüngten) Gewässers kommt es zu einigen Folgeerscheinungen, die ebenso interessant wie durch unser aller Handeln am Gewässer beeinflussbar sind.

Halten wir uns aber nicht mit langen Vorreden auf, sondern stürzen uns mitten hinein in die Thematik, die im dritten Teil vor allem etwas für die wirklich Interessierten sein wird. Es wird ziemlich ins Detail gehen, ich hoffe aber, dass für alle die eine oder andere interessante Information oder Erklärung herausspringen wird.


1. Atomare Makro-Nährelemente und ihre molekularen Verbindungen, eine Übersicht

Organismen benötigen die Nährelemente, überwiegend in Form molekularer Verbindungen, für Wachstum (Aufbauprozesse), Stoffwechselprozesse (Umbau, Metabolismus) und Abbauprozesse (Katabolismus), manche davon in größeren Mengen (Makro-Nährelemente), andere in sehr geringen Mengen (Mikro-Nährelemente).

Die Liste der Makro-Nährelemente ist kurz: C, H, O, N, S, P ... Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor.

Diese treten in stehenden Gewässern in einigen wenigen, charakteristischen Verbindungen (Molekülen) auf, die das zentrale Thema dieses dritten Kompendiums sein sollen.

Wir erinnern uns gemeinsam noch einmal daran, dass die photoautotrophe Algenzelle, die Zucker aus Lichtenergie (photo), Wasser und CO₂ aufbaut und somit selbstversorgend (autotroph) ist, Grundlage für jedes tierische Leben ist, das Leben der Verwerter der pflanzlichen Aufbauleistung, der heterotrophen Organismen.

Was ist eigentlich interessant an Stoffkreisläufen? Seen verlanden im Laufe der Zeit, sie sind keine geschlossenen Ökosysteme, sondern wandeln sich final zu Landökosystemen um!

Die Stoffe, die periodisch eingetragen werden, können meist nicht vollständig abgebaut werden, die Bilanz ist Jahr für Jahr negativ, somit werden die Seen immer flacher und irgendwann im Laufe der Zeit erobern Pflanzen das einstige Seenbecken.

Das ist der natürliche Alterungsprozeß eines Sees, der zu folgenden Nachfolge-Ökosystemen führt: Seggenried, der in einen Bruchwald hinüberführt, oder Moorbildung (Stichwort für die Sonderform Schwingrasen: eine Pflanzendecke, die sich vom Ufer her immer weiter in den See hineinschiebt). Tröstlich für uns, dass solche Vorgänge sehr viel Zeit benötigen ... viele Menschenleben.

Die Kreisläufe, die zu besprechen sein werden, sollen folgende sein: der Kohlenstoff-, Stickstoff-, Schwefel- und Phosphor-Kreislauf, zuerst besprechen wir aber den pH-Wert:



2. Der pH-Wert

Zuerst einmal müssen wir für die weiteren Ausführungen den Begriff pH-Wert klären, denn dieser ist evtl. nicht jedem geläufig, das Verständnis aber grundlegend für die weiteren Ausführungen.

pH heißt ausgeschrieben potentia hydrogenii, die Macht oder Kraft des Wasserstoffes, chemisch wird er in einer Skala von 0 bis 14 angegeben.

pH 0 ist die stärkste Säure (Magensäure: etwa 1, „saure Reaktion“)
pH 7 ist der Neutralpunkt
pH 14 ist die stärkste Base (=Lauge, „alkalische Reaktion“)

Zur Verdeutlichung und genaueren Einstufung von pH-Werten schauen wir auf die nachfolgende Graphik, die uns die Färbung eines Universalindikator-Papieres nach Eintauchen in eine zu untersuchende Lösung zeigt:

http://www.gw-forum.de/attachment.ph...2&d=1296740210

Wie kommt aber die „Kraft des Wasserstoffes“ zustande?

Das liegt an der Tatsache, dass 2 Wassermoleküle miteinander interagieren und in ihre Bestandteile dissoziieren:

2 H₂O ---> H₃O⁺ + OH^-
(eigentlich: H₂O ---> H⁺ + OH^-)

Die freien H⁺-Ionen sorgen für eine saure Reaktion, das freie Hydroxid-Ion (OH^-) für eine basische Reaktion, hier gleichen sie sich aber mengenbedingt zur Neutralität aus. Diese Reaktion nennt sich die Autoprotolyse des Wassers (gr. autos=selbst, gr. lysis=Auflösung).

Wenn wir z.B. einen Liter destilliertes Wasser bei 25° C. betrachten, reagiert aber nur ein winziger Bruchteil der Wassermoleküle nach obiger Reaktionsgleichung: nämlich genau 10 hoch minus 7 mol/l.

Das ist eine ziemlich krumme Zahl, die den Wissenschaftlern etwas unhandlich erschien, daher entschlossen sie sich, die Zahl anders darzustellen, nämlich in der negativ dekadischen, logarithmischen Schreibweise.

Der negative dekadische Logarithmus von 10 hoch minus 7 ist: 7, und das ist unser komplett neutraler pH-Wert für destilliertes Wasser.

Nun haben wir prinzipiell unser Rüstzeug beisammen, um zu den Stoffkreisläufen überzugehen.



3. Der Kohlenstoffkreislauf

Die beiden wichtigsten Kohlenstoff-Verbindungen sind zum einen Kohlendioxid (CO₂) mit seinen gelösten Formen in Wasser, zum anderen CH₄ (Methan), das zusammen mit H₂S (Schwefelwasserstoff) auch als sog. Faulgas bezeichnet wird.

CO₂wird von Pflanzen für die Photosynthese benötigt, wird aber auch bei Abbauprozessen frei oder von vielen Organismen ausgeatmet, und zwar als gasförmiges Endprodukt des Stoffwechsels.

CO₂ befindet sich natürlich in der Atmosphäre, der größte CO₂-Speicher der Erde sind aber die Weltmeere, hier wird 50 mal mehr CO₂ einbehalten und gebunden....die wichtigsten Reaktionen von CO₂ in Wasser sind auch für unseren Süßwasser-Modellsee gleich. CO₂ löst sich besser als O₂ oder N₂ in Wasser, die Löslichkeit selbst ist temperaturabhängig.

CO₂ diffundiert passiv ins Wasser oder wird bei Regenfällen aus der Atmosphäre eingetragen, somit haben wir unsere ersten Reaktionen:

http://www.gw-forum.de/attachment.ph...3&d=1296740863
Die Gleichgewichtskohlensäure

Zuerst reagiert Wasser mit Kohlendioxid zu Kohlensäure (Gleichung 1).
Diese dissoziiert zu einem positiven Wasserstoff-Ion und einem negativ geladenem Hydrogencarbonat-Ion (Gleichung 2).
Bei sehr hohen pH-Werten dissoziiert das negativ geladene Hydrogencarbonat-Ion weiter zu einem doppelt negativ geladenen Carbonatrest und einem positiv geladenen Wasserstoff-Ion (Gleichung 3).

Grundsätzlich ruft der CO₂-Eintrag ins Gewässer also eine leicht saure Reaktion hervor (wegen der freien H⁺-Ionen!).

Bitte beachtet 2 Dinge: die pH-Abhängigkeit der Reaktionen zum einen, die Umkehrbarkeit der Reaktionen (Doppelpfeil) zum anderen!

In unserem Gewässer befinden sich Ca²⁺-Ionen (Calcium-Ionen), die „gern“ Hydrogenkarbonate oder Carbonatreste einfangen: dabei entsteht Ca(HCO₃)₂ (Calciumhydrogenkarbonat) oder CaCO3 (Kalk) – je nach im Gewässer vorherrschendem pH-Wert (s. Abbildung oben)!

Das Calciumhydrogencarbonat (auch als sog. Karbonathärte bezeichnet) ist das Puffersystem des Sees, es gewährleistet, dass eine hohe Menge chemisch gebundenes CO₂ im See gespeichert werden kann, sowie durch Umkehr der Reaktionen eine erneute Bereitstellung von CO₂ im ungebundenen Zustand, ist also zugleich die Kohlendioxidreserve des Systems.

Die wichtigste Funktion des Puffers ist es aber, den pH-Wert im See annähernd gleich zu halten, und somit für stabile Lebensbedingungen für die Organismen des Ökosystems zu sorgen!

Das Ausfällen von Kalk haben einige von euch durch Beobachtung bestimmt schon einmal erkennen können: auf den Blättern von Wasserflanzen bilden sich weiße Überzüge, die auch weiter grundwärts absinken können – die sog. Seenkreide.
Kalk ist sehr schwer löslich – es sei denn, in CO₂-haltigem Wasser.

Mindestens am bzw. sicher im Grund (Sediment) ist wegen der erhöhten Abbauaktivität der Mikroorganismen CO₂ als deren Endprodukt auf jeden Fall wieder vorhanden, somit kann der ausgefällte Kalk abermals in Lösung gehen:

http://www.gw-forum.de/attachment.ph...4&d=1296741505
Lösung des Hydrogencarbonats in CO2-haltigem Wasser

Viele Wasserpflanzen bedienen sich aber auch direkt am Hydrogenkarbonat HCO₃^-, um ihren CO₂-Bedarf für die Photosynthese zu decken....dabei verbleibt dann ein OH^- (Hydroxidion), d.h.: photosynthetische Aktivität bedeutet stets ein Ansteigen des pH-Werts! Ein „normales“ Gewässer mit „normaler“ Photosyntheseaktivität wird also einen pH-Wert um etwa 8 aufweisen.

Nun zum Methan: wenn zur Zeit der Sommerstagnation nur noch wenig oder gar kein Sauerstoff grundwärts gerichtet zur Verfügung steht, herrschen reduzierende Eigenschaften, denn Sauerstoff für Oxidationsprozesse steht nicht mehr oder nicht ausreichend zur Verfügung. Das Kohlenstoff-Atom verbindet sich mit 4 Wasserstoff-Atomen zum CH₄, dem gasförmigen Methan.

Jeder von euch kennt die Blasen, die ohne Gründelaktivität von Friedfischen vom Gewässergrund her aufsteigen: das sind meist Methan-Blasen, die sich aus dem Sediment heraus abgeschnürt haben und zur Oberfläche steigen, die sogenannte Methankonvektion.


Fassen wir noch einmal kurz zusammen:
Das Calciumhydrogencarbonat ist ein Puffersystem und eine CO₂-Reserve für unser stehendes Gewässer. Es steht im Gleichgewicht zum im Wasser gelösten CO₂, der sogenannten Gleichgewichtskohlensäure. Wenn dem Wasser des Sees CO₂ durch Photosynthese oder Temperaturerhöhung entzogen wird, kann CaCO₃ (Kalk, Seenkreide) ausfallen, weil durch hohe Photosyntheseleistungen der pH-Wert tendentiell ins Basische (Alkalische) ansteigt. Das Gleichgewicht von gelöstem CO₂, Hydrogencarbonat und Kalk ist, wie aus den ersten drei Gleichungen von 1.2 ersichtlich, pH-abhängig. Je härter, also kalkreicher, unser Seewasser ist, umso pH-stabiler ist das gesamte Ökosystem. Und das ist durchaus nicht unwichtig.

Im letzten Teil des Kompendiums werden wir noch einmal auf den Kohlenstoff-Kreislauf zurückkommen und einige Auswirkungen unter dem Aspekt der Eutrophierung besprechen.

Weitere Informationen zu GH (Gesamthärte) sowie KH (Karbonathärte) des Wassers findet ihr hier:
http://www.gw-forum.de/showthread.ph...=2489#post2489



4. Der Stickstoffkreislauf

Wir sehen recht schnell, dass nur 5 Bindungsverhältnisse von Stickstoff zu besprechen sind, die zugrundeliegenden Reaktionen sind sehr viel einfacher als beim Kohlenstoff-Kreislauf.

Im einzelnen sind dies N₂, NO₂^- (Nitrition), NO₃^- (Nitration), NH₄⁺ (Ammonium-Ion) und N₂O (Distickstoffoxid).

http://www.gw-forum.de/attachment.ph...5&d=1299327443

Wir müssen zuerst einen Startpunkt zum Besprechen der Grafik festlegen, nehmen wir einfach den schematischen Flusseinlauf links oben.

Dieser bringt Ammonium und Nitrat ins Wasser, die hauptsächlichen Pflanzennährstoffe auf Stickstoff-Basis. Über Niederschläge (rechts oben) gelangt über das Abspülen von Ufern ein weiterer Anteil dieser Verbindungen in das Wasser unseres Modellsees.

Direkt daneben sehen wir, wie N₂, atmosphärischer Stickstoff, ins Gewässer eingetragen und genutzt wird. Zum einen diffundiert er passiv ins Gewässer, zum anderen wird er direkt der Atmosphäre entzogen oder dem Wasser nach Diffusion entnommen. Nur wenige Organismen sind imstande, N₂ direkt ohne vorhergehende Umsetzungen zu verwerten. Diesen Trick beherrschen am Ufer Frankia, ein Schlauchpilz, der eine symbiotische Beziehung mit Erlenwurzeln unterhält, im Seewasser selbst verschiedene Blaualgen-Arten (Synonym: Cyanobakterien) und ein paar Bakterien.

Es gibt also nur sehr wenige Organismen, die N₂ in Reinform assimilieren können. Das merken wir uns erst mal, wir kommen am Ende des Artikels noch einmal darauf zurück.

Nun gehen wir die Zahlen 1-4 zu den Reaktionen kurz durch:

1) Ammonifikation: organische Stickstoffverbindungen werden bakteriell zu NH₄⁺ abgebaut oder von Organismen mehr oder weniger direkt abgeschieden (Kot, Harn)
2) Nitrifikation: NH₄⁺ wird in zwei Schritten über Nitrit zu Nitrat oxidiert. Den ersten Schritt führen Bakterien der Gattung Nitrosomonas aus, den zweiten Bakterien der Gattung Nitrobacter. Nur bei Störungen kann sich Nitrit anreichern, das fischtoxisch wirkt.
3) Denitrifikation: Nitrat (NO₃^-) wird über den Zwischenschritt Nitrit (NO₂^-) zu Stickstoffoxiden (N₂O, NO) reduziert, darauffolgend zu N₂, das wieder in die Atmosphäre austreten kann.
4) Nitratammonifikation: Nitrat (NO₃^-) wird über den Zwischenschritt Nitrit (NO₂^-) zu Ammonium reduziert (NH₄⁺).

Soweit die Reaktionsschemata.
Wenn ihr jetzt noch einen letzten Blick darauf werft, wo die Reaktionen im Gewässer ablaufen, habt ihr den Stickstoff-Kreislauf in den wichtigsten Schritten bereits intus.

Kleine Hilfe noch: im Epilimnion (Oberflächenwasser) gibt es noch Sauerstoff, es herrschen also oxidative Bedingungen....unter dem Grenzbereich Sprungschicht gibt es wenig oder gar keinen Sauerstoff, also haben wir hier reduzierende Bedingungen.

Die nachfolgende Grafik fasst das Wichtigste noch einmal komprimiert zusammen:

http://www.gw-forum.de/attachment.ph...6&d=1296742796

Ich glaube, das haben wir jetzt, oder?

Schreiten wir weiter zum:



5. Schwefelkreislauf

Den halten wir knackig kurz. Uns sollen nur die beiden Verbindungen Sulfation (SO₄^2-) und das Faulgas Schwefelwasserstoff (H₂S) interessieren.

Unter oxidativen Bedingungen wird Schwefel als Abbauprodukt von organischem Material zu Sulfationen hochoxidiert, unter reduzierenden Bedingungen geht unser Schwefelatom die Verbindung zum H₂S, dem Faulgas Schwefelwasserstoff, ein. Ich bin mir sicher, dass ihr selbst wisst, in welchen Gewässerabschnitten die Reaktionen stattfinden.
Knapper Hinweis: die beschriebenen Schritte werden von verschiedenen Bakteriengattungen durchgeführt.

Somit ist schon der Weg frei für den:



6. Phosphor-Kreislauf

Auch diesen werden wir möglichst knapp halten, aber zusätzlich noch mit ein paar Fakten anreichern. Denn: dieser Kreislauf ist sehr wichtig.
Und es geht fast nur um die hochoxidierte Verbindung Phosphation (PO₄^2-).

Unter natürlichen, wir müssen leider sagen, vom menschlichen Wirken befreiten Umständen, ist der Phosphatgehalt eines stehenden Gewässers sehr gering, vor unserem geistigen Auge sehen wir einen oligotrophen See. Der natürliche Phosphatgehalt stammt aus Verwitterungen phosphathaltigen Gesteins (vor allem Apatit).

Nun kommen wir selbst in's Spiel: zum einen verstärken wir Erosions-Erscheinungen durch landwirtschaftliche Maßnahmen, zum anderen gibt es auch heute noch Einleitungen von Haushalts- und Fäkal-Abwässern.

Jeder Mensch scheidet pro Tag etwa 2g organisch gebundenes Phosphat ab. Bis Ende der 70er Jahre kam dieselbe Menge aus Waschmittel-Rückständen hinzu ... also etwa 4g pro Person und Tag.

Heute sind wir glücklicherweise weiter und unsere Phosphateinträge in aquatische Ökosysteme sinken beständig.

In kurzen Worten festzuhalten ist, dass das Vorhandensein von Phosphaten im Seewasser der limitierende Faktor für Wachstumsprozesse ist, Nitrate stehen erst an zweiter Stelle.

Der Phosphatkreislauf ist eng mit dem Eisen-Kreislauf verbunden, schauen wir uns das an:

http://www.gw-forum.de/attachment.ph...7&d=1296743149

Zum einen haben wir einen epilimnischen Kreislauf, der zeitlich sehr kurz angesetzt ist. Jedes dort befindliche Phosphat (PO₄^2-, das Orthophosphation) wird 10-40 mal pro Jahr umgesetzt....gebunden, freigesetzt, gebunden, freigesetzt usw.
Jeweils mit dem individuellen Ableben von Organismen und der Aufnahme durch noch lebende verbunden.

Der längerfristige geochemische Kreislauf ist der interessantere, und hier kommt Eisen (Fe) ins Spiel:

Je nachdem, ob im Hypolimnion und in Sedimentnähe noch Sauerstoff vorhanden ist, treten Eisen-Ionen in verschiedenen Zuständen auf: bei O₂-Mangel als leicht wasserlösliches Fe²⁺-Ion (reduzierte Form), bei vorhandenem Sauerstoff als quasi unlösliches Fe³⁺-Ion (oxidierte Form).

Wenn oxidative Bedingungen herrschen, fällt grundwärts Eisenphosphat (FePO₄) aus (die sog. Phosphatfalle eines stehenden Gewässers).

Sinkt der O₂-Gehalt aber unter 10% Sättigung, steht über dem Sediment eine phosphathaltige Nährstoffbrühe, die bei schweren Gewittern oder Stürmen wieder ins Epilimnion gelangen kann. Auch über aufsteigenden Methanblasen kann Phosphat mitgerissen werden und ins Oberflächenwasser gelangen (vgl. Methankonvektion).

Den Zustand der Sauerstoffversorgung in eurem Gewässer zur Sommerzeit könnt ihr leicht bestimmen, nehmt einfach mal eine Bodenprobe an einer tieferen Stelle:

- ist sie schwarz, besteht die Deckschicht aus Eisensulfid (FeS), kein O₂ vorhanden, sie stammt somit aus der Reaktion mit H₂S
- ist sie rötlich, besteht die Deckschicht aus ausgefällten Fe³⁺-ionen.
Rötlich-braune Färbung, das sog. Ocker-gyttja, Indiz für Sauerstoffversorgung auch grundwärts, denn nur dann liegt unser Eisenion auch dreiwertig vor.

So, jetzt hätten wir das fast schon geschafft.

Zuletzt fassen wir alle Einzelheiten der verschiedenen Kreisläufe noch mal zusammen, besprechen Auswirkungen und leiten vernünftige Verhaltensweisen am Gewässer für uns ab....somit ist es Zeit fürs ....


7. Fazit unter Berücksichtigung der Phänomene Eutrophierung und Übersäuerung von Gewässern

Nun endlich zur Anwendung des neugewonnenen Wissens.
Wie kommt es beispielsweise zum Phänomen der Übersäuerung und wie kann entgegengewirkt werden?

Ganz einfach: die Übersäuerungs-Phänomene sind vor allem aus skandinavischen Gewässern bekannt.
Dort bedingt häufig die geologische Substanz der Seebecken, dass zu wenig Kalk vorhanden ist, somit nur eine geringe Karbonathärte des Wassers vorliegt. Das bedeutet nichts weiter, als dass nicht-menschlich bedingt keine vernünftige Hydrogenkarbonat-Pufferung des Systems vorliegt (s. Kohlenstoff-Kreislauf).

Die Säuerung kommt dadurch zustande, dass industrielle Abgase (vor allem Schwefeloxide SO_x) mit Regenfällen ins Gewässer gespült werden und spätestens dort zu Schwefliger Säure (H₂SO₃) oder Schwefelsäure (H₂SO₄) reagieren. Dagegen hilft Kalken. (s. 2. Kohlenstoffkreislauf).

So. Nun sind wir fast an den Schluss des dritten Teils des Kompendiums angelangt.
Nun verbinden wir endlich die gesamten sperrigen Fakten zu einem Gesamtbild, nun nehmen wir uns die gesammelten Vorgänge bei Eutrophierung vor!

Eutrophierung heisst Überdüngung, also liegen vor allem die Pflanzen-Nährstoffe Phosphat, Ammonium und Nitrat in überhöhten Mengen vor.

Nun kommen wir zu den Folgeerscheinungen.....und jetzt wird’s hart....fürs stehende Gewässer und auch für uns Angler.

Wir fangen mit dem Kohlenstoffkreislauf an. Eutrophierte Gewässer weisen erhöhten Pflanzenbestand auf (vor allem Algen), diese Gemeinschaft entzieht dem Wasser immer mehr Gleichgewichtskohlensäure, der pH-Wert steigt immer mehr an.

Bekommt dem Gewässer nicht wirklich gut, in den oberen (produzierenden) Schichten geht der pH in die Höhe, CO₂ ist Mangelware, Nitrat und Phosphat sowieso...und Sauerstoff perlt durch die extrem hohe Photosyntheseleistung geradezu in die Atmosphäre aus.

Ohne CO₂ fehlt aber ein essentieller Grundbaustein für die Photosynthese, eine Flaschenhalssituation entsteht: die Algen sterben ab, sinken zum Grund ... und ihr Abbau sorgt für weiteren Sauerstoffschwund.

In kalkreichen Gewässern wird das abgepuffert (pH bis 8... in kalkarmen Gewäsern steigt der pH-Wert flink auf 9 an...ist der Hydrogencarbonatpuffer erst mal aufgebraucht, gibt es eine problematische Reaktion, die Hydrolyse des Kalks: dabei entsteht Calciumhydroxid Ca(OH)₂, um CO₂ freipressen zu können....wenn diese Verbindung dissoziiert, steigt der pH schnell mal bis 11 an.

Damit es aber keine Missverständnisse gibt: ph11 wird nur in kalkarmen Gewässern erreicht.

Schaut im Sommer also nicht sofort missmutig auf euer eutrophes Vereinsgewässer, ohne Informationen über die Qualität des Puffersystems eingezogen zu haben.

Nun sitzt ihr aber doch grad an solch einem besprochenen Gewässer und angelt sommerlich auf 2-3m Tiefe, eben in der photosynthetisch aktiven Schicht....Schneidergarantie!

Ihr mutet den Fischen ein Durchschwimmen von verdünnter Natronlauge zu, um zu eurem Köder zu finden...(s. 1. Grafik zum pH-Wert).

Mit dem Stickstoffkreislauf sieht’s nicht besser aus: entweder reichert sich durch Störung der Nitrifikations-Gleichung das Zwischenprodukt Nitrit an (NO₂, fischtoxisch, vgl. Gleichung 2 zu 3. Stickstoffkreislauf) oder bei hohem pH-Wert, den wir ja wegen der hohen Photosynthese-Leistung vorzuliegen haben, dissoziiert das Ammonium-Ion zur Base Ammoniak (NH₃).

Auch hier werden sich unsere Fische uninteressiert zeigen: wieder pH11....doppelte Schneidergarantie (wenn es, siehe oben, bereits im Puffer-System aussetzt.).

Die Fische stehen in einem solchen Fall natürlich tiefer ... und von dort unten setzt ihnen womöglich noch der fortschreitende Sauerstoffschwund zu.
Der Bereich mit akzeptablen Lebensbedingungen wird immer enger.

Aus eutrophierten Seen ist euch das Phänomen der Algenblüte bekannt, vor allem der Blaualgenblüte. Warum eigentlich gerade Blaualgen?

Unser Gewässer ist ja prinzipiell überdüngt, also hoch mit Nährstoffen angereichert, die für pflanzliches Wachstum zur Verfügung stehen. Also explodieren die Bestandsdichten der verschiedenen Algen förmlich, betreiben sehr fleißig Photosynthese und Vermehrung. Und plötzlich fehlen die notwendigen Nährstoffe.

Nitrat und Ammonium sind aufgebraucht, Phosphat ist nicht mehr vorhanden, der Hydrogencarbonat-Vorrat ist aufgebracht...mehrfache Flaschenhalssituation!

Viele Algen sterben ab und sinken zu Boden. Dort sorgt ihr Abbau für weiteren Sauerstoffschwund.

Unsere Blaualgen (Synonym: Cyanobakterien) aber greifen tief in ihre Trickkiste. Sie sind nicht auf Ammonium oder Nitrat als Stickstoffquelle angewiesen, einige von ihnen beherrschen die N₂-Fixierung, ein bedeutsamer Vorteil gegenüber den anderen Algengruppen.

Nun fehlt ihnen eigentlich nur noch Phosphat, das aber befindet sich nicht mehr in den oberen Gewässerschichten des Epilimnions, sondern in Grundnähe. Da der Nährstoffhaushalt des Sees gestört ist, liegt Eisen in Grundnähe nicht in der oxidierten dreiwertigen, sondern in der reduzierten zweiwertigen Form vor, kann also die Phosphationen nicht mehr binden: die natürliche Nährstofffalle des Sees funktioniert nicht mehr!

Und nun führen die Blaualgen einen zweiten wesentlichen Trick durch: sie tauchen durch die Sprungschicht hinunter ins Hypolimnion und bedienen sich dort in der Nährstoffbrühe.

Aufgenommenes Phosphat wird in Blaualgenzellen in sog. Phosphatgranula gespeichert. Wenn genügend Nährstoffe aufgenommen sind, steigen die Blaualgen einfach wieder auf ins Epilimnion, dem Licht entgegen, das essentielle Bedingung für Photosynthese ist.

Für alle anderen Algen bedeutet ein Absinken unter die Sprungschicht das Todesurteil, sie gehen direkt in den Bestandsabfall über. Deshalb finden sich an solchen Algenzellen häufig bizarr anmutende Schwebefortsätze, diese dienen vornehmlich dem Zweck, das passive Absinken in die Todeszone zu verlangsamen und nicht zuviel Energie für aktive Schwimmbewegungen zu vergeuden. Nur Blaualgen beherrschen den Hypolimnion-Trick, der sie den expliziten Nährstoffmangel in den oberen, produktiven Schichten des Gewässers überwinden lässt.

Und so entstehen in überdüngten Gewässern häufig Blaualgenblüten. Und dann steht das Gewässer bereits ganz knapp vor dem endgültigen Umkippen.

Unter genannten Aspekten ist es mehr als sinnvoll, zusätzliche Nährstoffeinträge in unsere Gewässer zu verhindern.

Dies wird in großem Rahmen durchgeführt (Verzicht auf Stickstoff-Düngung auf landwirtschaftlich genutzten Flächen, fachgerechte Ableitung von Haushalts- und Fäkalabwässern etc.).

Aber auch jeder von uns kann einen eigenen Beitrag dazu leisten. Als erstes ist hier der Verzicht auf jegliches Anfüttern beim Angeln zu nennen, sollte dies nicht akzeptabel sein (warum auch immer), so sparsam Anfüttern wie nur eben möglich.

Die zweite Möglichkeit ist Biomassenentnahme, denn damit gelangen organisch gebundene Nährstoffe ebenfalls aus dem Stoffkreislauf des Sees heraus. Die Entnahme gefangener Fische ist eine mögliche Maßnahme, die Entnahme pflanzlicher Biomasse eine noch wesentlich sinnvollere.

Nennen wir noch eine Fausformel, um oligotrophe und eutrophe Seen voneinander abzugrenzen:

Bei oligotrophen Seen halten sich Bruttoprimärproduktion und Respiration (Atmung) die Waage, also entstehen rein theoretisch keine Ablagerungen nicht abbaubaren Materials (Sedimentbildung).

Bei eutrophen Seen ist die Bruttoprimärproduktion höher als die Respiration: das bedeutet, dass sich im Durchschnitt jährlich eine 2mm-dicke Schicht auflagert, die nicht mehr abgebaut werden kann. Dies ist die problematische, durch Eutrophierung bedingte, beschleunigte Seenalterung.

Überlegt euch doch einmal in/mit euren Vereinen, ob im Rahmen der Gewässersäuberung nicht auch pflanzliche Biomasse entnommen werden könnte. Am Ufer könnte eigens zu dem Zwecke angepflanztes Rohr geschnitten werden, auf dem Gewässer könnten ein paar Boote mit Rechen z.B. den Bestand der Kanadischen Wasserpest (Elodea canadensis) ausdünnen, die es so gut wie überall gibt. Es dürfte kaum ein Problem sein, ein paar Bootsladungen mit ihr voll zu bekommen.

Schwimmendes Laub könnte ebenfalls eingesammelt werden, abgebrochene Äste aus dem Wasser entfernt werden...oder sogar umgestürzte Bäume, sofern diese nicht zwecks Strukturdiversität unverzichtbar erscheinen.

Alles vernünftige Beiträge zur Gewässerpflege, ohne jetzt noch die komplizierten Abbauwege cellulosehaltiger Materialien ins Spiel bringen zu wollen.

Und so sieht sie aus, die Kanadische Wasserpest, ein nicht-einheimischer Invasor:
http://de.wikipedia.org/wiki/Kanadische_Wasserpest

Die Wasserpest ist so schnellwüchsig, dass man sich sogar vorstellen könnte, sie in abgegrenzten Bereichen (Bassins) absichtlich zur Nährstoffentnahme zu halten und zu nutzen. Dann ließe sich zwischendurch schnell mal ein Boot füllen, ohne großartig den Rechen schwingen zu müssen.
Aber bitte nur, wenn sie als Art bereits vorkam.

So, das war’s, ich hoffe, der dritte Teil ist nicht zu detailreich geworden und ihr hattet ein wenig Spaß beim Lesen. Wie immer bitte ich um reichlich Feedback, konstruktive Kritik und Anregungen.

In diesem Sinne ... Petri euch allen und:

Ein Prost auf unsere eigenen Stoffkreisläufe. :Pils:

Super, einfach toll auch dieser 3. Teil.
Stark im Detail und trotzdem sehr verständlich.
Damit haben die 3 Teile schnell auch den Einsteiger sicherlich für die Vorgänge in unseren Gewässern begeistern können.

Ich wünschte mir immer so vollständig und doch kompakt an Wissen zu kommen.

Vielen Dank

Andreas

Hallo Thomas,

woher nimmt man eigentlich sooo viel Wissen mal eben so?

Sicherlich werde ich mir die Teile noch öfter durchlesen müssen um nicht nur alles vollständig verstanden zu haben , also verinnerlicht, verständlich war das schon, sondern auch noch alle Fachbegriffe auswendig gelernt zu haben.

Du hast Dir für uns riesig viel Arbeit gemacht, DANKE!!! Das ist wirklich suuuuuper.

Zum letzten Teil noch einige Fragen,

Zitat:

---

Die Wasserpest ist so schnellwüchsig, dass man sich sogar vorstellen könnte, sie in abgegrenzten Bereichen (Bassins) absichtlich zur Nährstoffentnahme zu halten und zu nutzen. Dann ließe sich zwischendurch schnell mal ein Boot füllen, ohne großartig den Rechen schwingen zu müssen.
Aber bitte nur, wenn sie als Art bereits vorkam.

---

Gibt es dazu nähere Ausführungen? Gibt es noch andere Pflanzen die diese Eigenschaften haben?
Ich weiß von Röhrichten, die Wasser entsprechend filtern können, und suche immer weiter nach anderen Möglichkeiten.

Am Wochenende untersuchte ich einen unserer Seen und musste mit Schrecken feststellen, das der Sauerstoffgehalt in 6,5m Tiefe bereits knapp unter 4mg/l gesunken ist. Der Anker nahm zur Bestätung auch gleich feinsten anthrazitfarbenen Schlamm mit in die Höhe und lt. deinen Ausführungen handelt es sich dabei FeS .

Zitat:

---

Schaut im Sommer also nicht sofort missmutig auf euer eutrophes Vereinsgewässer, ohne Informationen über die Qualität des Puffersystems eingezogen zu haben.

---

Wie kann ich als einfacher GW Informationen über den Hydrogen-Puffer finden?
Der PH-Wert lag Montag schon ca. 8,5 (genau hab ich es nicht im Kopf und will lieber das Meßgerät noch einmal eichen, bevor ich mir ganz sicher bin).

Um der Einfachheitwillen, könnte ein Vorschlag von mir sein, dass man so einen groben Fahrplan erstellt, z.B. wenn die Werte "so und so" sind... dann ist "das und das" zu tun...

Ich bitte mal um Entschuldigung wenn meine Fragen doch eher profan erscheinen, sehe ich mich doch einer gewissen Übermacht an Informationen in der pratischen Anwendung noch nicht vollständig gewachsen.

Viele Grüße

Hagen

Zitat:

---

Zitat von Der Siedler

Hallo Thomas,

woher nimmt man eigentlich sooo viel Wissen mal eben so?

---

Hallo Andreas, hallo Hagen,

erstmal freue ich mich natürlich über die positive Beitragsbesprechung und euer innewohnendes Interesse an den zugrundeliegenden Fragestellungen.

Das bei mir vorhandene Wissen stammt aus (m)einem Biologiestudium, das ich mir im Hauptstudium eben hübsch rund um Gewässer gestrickt habe.
- 'Wirbeltierkunde' im Hauptfach (Fische interessierten mich immer schon am meisten:;:)
- Ökologie (eben vor allem aquatische Ökosysteme:;:)
- Evolutionsbiologie (vielleicht meine heimliche Liebe unter den genannten Disziplinen)

Unverbrüchlich gilt aber: Studieren heißt nicht 'auswendig wissen' ... einmal Gelerntes (Verstandenes) lässt sich immer wieder schnell mal auffrischen, wenn die Fragestellung erst auf dem Tisch liegt.

Ein Grundverständnis ist unentbehrlich, Details lassen sich aber jederzeit wieder nachlesen oder gar neu recherchieren.
Macht ein guter Anwalt (bspw.) auch nicht anders ... keiner von denen wird für eine beliebige Fallstudie (Zivil-, Straf-, Wirtschafts-, Völkerrecht) alle Paragraphen auswendig kennen.
Die Zeit der Universalgelehrten (wie z.B. ein Goethe) ist lange vorbei.

Zitat:

---

Zitat von Der Siedler

Gibt es dazu nähere Ausführungen? Gibt es noch andere Pflanzen die diese Eigenschaften haben?

---

Ich persönlich kenne keine weitergehenden Untersuchungen dazu (Wasserpest Elodea), ist also durchaus mein eigener Einfall.

Im pflanzenphysiologischen Praktikum haben wir die Elodea zur qualitativen wie quantitativen Analyse der photosynthetischen Grundprozesse genutzt.

Sie ist eine invasive Neophyte, schnellwüchsig, vermehrt sich gerne vegetativ, erstickt einheimische höhere Wasserpflanzen ... das strategische Ausnutzen ihrer eigenen Eigenschaften zu einer ökologischen Qualitätsverbesserung von Gewässern (Nährstoff- durch Biomasseentnahme) durch Abernten liegt also recht nahe.

Über das Carbonat-Puffersystem von Gewässern (Härtegrade etc.) sollten wir erstmal Albert hören/lesen ... er hat schon längere Zeit einen dementsprechenden Beitrag in unserer Autoren-Warteschleife zu stehen, der Deine Fragestellung genau praktisch beleuchtet, nicht nur grundsätzlich theoretisch.

Danke Thomas!
Einfach klasse, alle drei Teile.
Sollte zum Grundwissen aller Gewässerwarte gehören aber wenigstens in meinem Fall ist das sicher nicht so.
Werde noch einige Zeit brauchen das auch alles (Teil 3) geistig zu verarbeiten.

Ein dickes DANKE für deine Arbeit.

Steinbeißer

Thomas, bin mächtig stolz auf Dich. Hoffentlich lesen das viele deutsche GW und ziehen ihre Schlüsse.

Über die invasive Mono-Vermehrung von Wasserpflanzen hab ich einige Arbeiten und
es wäre interessant, darüber ein Thema zu eröffnen.

Zitat:

---

Zitat von Albert

Thomas, bin mächtig stolz auf Dich. Hoffentlich lesen das viele deutsche GW und ziehen ihre Schlüsse.

Über die invasive Mono-Vermehrung von Wasserpflanzen hab ich einige Arbeiten und
es wäre interessant, darüber ein Thema zu eröffnen.

---

Hmmm, Albert, stolz sind wir alle hier vor allem auf unseren städtischen Umweltbeirat A. aus E. :;:

Eröffne mal munter das oder die Themen zu den invasiven Wasserpflanzen, das dürfte jeden interessieren.

Und dann schau mal, dass Du Dein Wasser-Thema (Autoren-Warteschleife), wie von Hagen angeregt und erbeten, einfach auf praktische (GW-)Anwendung trimmst.

Mit Grenzen zu Nitrit, Nitrat, Phosphat usw. ... dann passen beide Themen zusammengenommen wie die berühmte Faust auf's Auge.

Einmal theoretische Basis, einmal praktische Handlungsempfehlungen.

Können wir aber auch einfach gemeinsam besprechen, in einem Monat sehen wir uns ja schon :;:

Ich habe gerade ein Ökochaos in einem Weiher und warte mal ab, was ich da noch erlebe.........passt dann auch ins Thema und wird sehr praktisch:hmm:

:Angler:
hallo Thomas, :icon_respekt:

Danke Deine Berichte 1-3 EINFACH KLASSE
selbst ein stillgelegter Bergmann kann das verstehn.
- über solche zusammenhänge müsste auf den Fischer-Prüfungen viel mehr eingegangen werden.-

viele Fehler werden aus unkenntnis getätigt, ( ich weis wovon ich schreibe!)

Richard

Habe jetzt mal die Zeit gefunden und habe die Angesprochenen Beiträge durchgelesen und kann nur sagen SUPER ARBEIT !

Als Ergänzung kann man vielleicht noch einbringen das "Quellwasser " auch viel Kohlensäure haben kann.
Als weiteres evtl. noch das beim Abbau von Ammonium - Nitrit-Nitrat bei einer Menge von 1mg/NH4 4,5mg/l Sauerstoff verbraucht wird.

Aber nochmal sehr gut geschrieben!

Zum Phpsphorkreislauf mal eine Lekteure von der schweizer EAWAG in ihren News.
Da hat die EAWAG das Haihe-Flussystem im Großraum Peging und Tianjin (25 mill.Einwohner) auf Phosphorfracht pro Tag untersucht.
Das verrückte ist, dass viele ungeklärte Abwässer eingeleitet werden und 95% der 31,9 m³/s für die Bewässerung entnommen wird.
Somit fliesen nur 1,6 m³/s ins Meer der Bohai-Bucht. Und dieses Wasser ist für jegliche Verwendung zu belastet.

Frage: Wieviel Algenbiomasse erreicht man mit knapp 4,5 Tonnen Phosphor, welche täglich eingeleitet werden?

Eawag.ch pdf

Zitat:

---

Zitat von Albert

Zum Phpsphorkreislauf mal eine Lekteure von der schweizer EAWAG in ihren News.
Da hat die EAWAG das Haihe-Flussystem im Großraum Peging und Tianjin (25 mill.Einwohner) auf Phosphorfracht pro Tag untersucht.
Das verrückte ist, dass viele ungeklärte Abwässer eingeleitet werden und 95% der 31,9 m³/s für die Bewässerung entnommen wird.
Somit fliesen nur 1,6 m³/s ins Meer der Bohai-Bucht. Und dieses Wasser ist für jegliche Verwendung zu belastet.

Frage: Wieviel Algenbiomasse erreicht man mit knapp 4,5 Tonnen Phosphor, welche täglich eingeleitet werden?

Eawag.ch pdf

---

Theoretisch kann aus 1kg Phosphor 100kg Algenbiomasse gebildet werden, die beim Abbau 150kg Sauerstoff zehren !