Frühjahrszirkulation

Frühjahrswinde bewirken eine Durchmischung der Wassersäule im See und einen Austausch zwischen den tiefen und den oberflächennahen Wasserschichten. Diese Wasserumwälzung nennt man Frühjahrszirkulation. Nährstoffreiches Tiefenwasser wird dabei an die Oberfläche gebracht; tiefere Bereiche werden mit Sauerstoff versorgt. Hier werden die Nährstoffe von einzelligen Algen aufgenommen und beschleunigen deren Wachstum und Vermehrung. Die Vermehrung der Algen kann einige Wochen nach der Schneeschmelze zu einer Trübung des Wassers führen, der Frühjahrs-Algenblüte. Etwas später als die Pflanzen werden die Tiere wieder aktiv. Ihnen dienen die großen Mengen der Algen als Nahrung.

Jahreszeitliche Veränderungen in einem See (Quelle: Xylander/Brümmer)

Sommerstagnation

Durch die Sonneneinstrahlung kommt es zu einer weiteren Erwärmung der oberen Wasserschichten. Während des späten Frühjahrs beziehungsweise Frühsommers bildet sich eine Schichtung im Wasser aus. Kaltes Wasser mit seiner größeren Dichte bleibt am Gewässergrund.

"Leichteres", warmes Wasser findet man nahe der Oberfläche. Zwischen den beiden Wasserschichten liegt die Sprungschicht, eine oftmals schmale Übergangsschicht mit schnell abnehmender Temperatur. Diese Sprungschicht stellt eine Barriere zwischen den oberen und unteren Wasserschichten dar, die praktisch keinen Austausch von Sauerstoff und Nährstoffen zulässt. Diese Phase im Jahr, in der es keine vollständige Durchmischung des Wasserkörpers gibt, bezeichnet man als Sommerstagnation.

Durch die Wachstumsvorgänge in den oberen Wasserschichten werden dort die freien Nährstoffe weitgehend aufgebraucht beziehungsweise in den Organismen gebunden. Da Nährstoffe zwar auch im Tiefenwasser durch Zersetzungsprozesse freigesetzt werden, aber nicht in die oberflächennahen Schichten gelangen, geht dort aufgrund des Nährstoffmangels die Vermehrung der einzelligen Pflanzen zurück; größere Wasserpflanzen (Makrophyten) sind inzwischen herangewachsen und konkurrieren mit den Planktonalgen um die restlichen Nährstoffe. Die Primärkonsumenten fahren fort, die einzelligen Algen zu dezimieren. Infolgedessen geht die Trübung des Wassers zurück und in intakten Seen finden wir im Sommer größere Sichtweiten: das Klarwasserstadium. Umgekehrt reichert sich zwar Sauerstoff in den oberflächennahen Schichten an, gelangt aber nicht in tiefere Bereiche. Hier wird Sauerstoff verbraucht und führt am Ende der Stagnationsphase zu einer Sauerstoffarmut in der Tiefe. Mit dieser Verarmung tieferer Wasserschichten in Seen geht die Löslichkeit und Verfügbarkeit vieler Nährstoffe einher. So kommt es unter sauerstoffarmen Bedingungen zu einer Freisetzung von Phosphat, das unter sauerstoffreichen Bedingungen an Eisen gebunden ist und somit im Sediment eingelagert ist. Dieser Vorgang der Phosphatfreisetzung aus dem Sediment wird auch als interne Düngung bezeichnet.

Nicht alle Seen sind hinsichtlich ihrer Zirkulation und der damit verbundenen Sauerstoffversorgung tieferer Schichten gleich. Die Temperaturschichtung ist von der Sonneneinstrahlung und vom Wind abhängig. Ein kleiner geschützter Waldsee wird daher nicht im gleichen Maße vom Wind angegriffen wie ein größerer, nicht baumumstandener Baggersee. Somit ergeben sich verschiedene Zirkulationstypen, die nach der Zahl jährlich auftretender Vollzirkulationen unterschieden werden: So zirkuliert der Bodensee (Obersee) nur einmal im Jahr (Winter); kleinere flache Seen (unter 6 bis 10 Meter Tiefe) zirkulieren auch im Sommer bei starkem Wind; die meisten Seen bei uns zeigen jedoch im Frühjahr und Herbst jeweils eine Vollzirkulation.

Herbstzirkulation

Im Spätsommer bewirken die Temperaturabnahme und die Herbstwinde wiederum eine Seedurchmischung und eine Verteilung der Nähstoffe aus der Tiefenzone über die gesamte Wassersäule. Man spricht bei dieser Phase von der Herbstzirkulation. Das Pflanzenwachstum und die Trübung des Wassers nehmen in diesem Zeitraum wieder zu. Bei der Vereisung des Sees im Winter kommt es erneut zu einer Wasserschichtung. In dieser Zeit verhindern das Eis und der darauf liegende Schnee das Eindringen von Licht ins Wasser, womit die Photosynthese unterdrückt wird.

Nahezu alle Tiere verlangsamen beim Absinken der Temperaturen ihre Stoffwechselvorgänge. Viele Arten überstehen den Winter in Form von Ruhe- oder Dauerstadien. Da Wasser bei 4°C seine größte Dichte hat und 0°C kaltes Wasser leichter ist, hat der See unmittelbar unter der Oberfläche seine niedrigste Temperatur. Am Gewässergrund herrschen 4°C. Ein Wasseraustausch zwischen den Tiefen- und den höheren Wasserschichten findet nicht statt. Die Nährstoffe sind in den tieferen Seebereichen angereichert. Der Kreis schließt sich.

Folgen des Nährstoffeintrags

Der geschilderte jahreszeitliche Zyklus tritt allerdings in dieser Ausprägung nur in relativ naturbelassenen und ausreichend tiefen Seen auf. Wenn beispielsweise keine sommerliche Nährstoffarmut eintritt, weil durch Landwirtschaft oder Abwassereinleitungen andauernd Nährstoffe von außen in das Gewässer eingetragen werden, bleibt das Algenwachstum das ganze Jahr über auf einem gleichbleibend hohen Niveau. Die Folgen dieses permanenten Nährstoffeintrags können gravierend sein. Die Algenblüte dauert das ganze Jahr über an, und die Sichttiefen sind gering. Die unaufhörlich anfallenden Massen organischen Materials führen zu verstärkten bakteriellen Abbauprozessen und damit zu einer gesteigerten Sauerstoffzehrung.

Insbesondere in den Sommermonaten, wenn durch die erhöhte Außentemperatur die Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Wassers reduziert ist, kann durch die Zehrungsvorgänge der Sauerstoffgehalt unter das für das Überleben von Tieren und Pflanzen notwendige Maß fallen. In der Folge sinkt die Zahl der Tier- und Pflanzenarten, während die Bakteriendichte in dem Gewässer steigt. Unter sauerstofffreien Bedingungen werden zusätzlich giftige Schwermetalle und als Dünger wirkende Phosphate aus dem Bodenschlamm freigesetzt. Einen solchen Prozess der Nährstoffakkumulation in einem Gewässer bezeichnet man als Hypertrophierung.

Mit freundlicher Genehmigung und Unterstützung des Verlags Stephanie Naglschmid.
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