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Eutrophierung


Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

1

2. Wasser

2
2.1. Wassergüte

2
2.2. Eutrophierung durch Phosphate und Nitrate

3

3. Eutrophierung stehender Gewässer

5
3.1. Das natürliche Ökosystem im See

5
3.2. Veränderung des Nährstoffhaushalts bis zur Hypertrophierung

5
3.3. Der Nährstoffkreislauf im Detail

7
3.3.1. Die Bedeutung der Sprungschicht

7
3.3.2. Die Aerobe Zersetzung organischer Stoffe

7
3.3.3. Die Anaerobe Zersetzung organischer Stoffe

8
3.4. Jahreszeitlich bedingte Veränderungen im See

10
3.4.1. Sommerstagnation

10
3.4.2. Winterstagnation

10
3.4.3. Frühjahrs- & Herbstzirkulation

11
3.5. Folgen der Eutrophierung am Beispiel des Bodensees

12
3.6. Rettung für "umgekippte" Seen

13

4. Eutrophierung von Fliessgewässern

14
4.1. Selbstreinigungskraft der Flüsse

14

5. Schlußwort

16

Endnoten

I

Bibliographie

II

Index

III


1. Einleitung

Dieses Referat soll einen Überblick über die Vorgänge vermitteln, die in
unseren Gewässern durch einen übermäßigen Nährstoffeintrag aus der
Landwirtschaft und Haushaltsabwässern ablaufen. Dabei liegt der Schwerpunkt bei
den chemischen Prozessen, die in stehenden Gewässern anzutreffen sind.


2. Wasser

Wasser ist in unserer Zeit nicht mehr gleich Wasser. Inzwischen geht es darum,
was drin ist und da läßt sich bei unseren Gewässern einiges Aufzählen, was
eigentlich nicht hineingehören sollte. Dabei soll es hier aber nur um einige
natürliche Substanzen gehen.

2.1. Wassergüte

Zur Beurteilung der Wassergüte lassen sich mehrere biotische und abiotische
Faktoren heranziehen. Besonders aufschlußreich ist dabei die Betrachtung des
Bakteriengehalts und des chemischen und biochemischen Sauerstoffbedarfs
(CSB/BSB)
1
. Um die Wassergüte bestimmen zu können, reicht es jedoch nicht aus, nur
abiotische Faktoren zu betrachten. Sie ergibt sich aus dem Zusammenspiel aller
Faktoren. Deshalb liegt es nahe, das Wasser nach den darin vorkommenden
Lebewesen zu beurteilen. Aus diesem Grund benutzt man zur Einordnung vier
Stufen der Gewässerbelastung mit den dafür typischen Lebewesen:

·

Die oligosaprobe Stufe = Gewässergüteklasse I
Hier stehen die Auf- und Abbauvorgänge im gegenseitigen Gleichgewicht. Solche
Bedingungen findet man inzwischen nur noch in stickstoff- und phosphorarmen
Klarseen, Talsperren und Gebirgsbächen vor. Dort kommen bestimmte Grün- und
Kieselalgen, Wasserfarn und Tausendblatt vor. Die tierischen Vertreter dieser
Gebiete sind Strudelwürmer, Rädertierchen und Insektenlarven.

·

Die beta-mesosaprobe Stufe = Wassergüteklasse II
Sie repräsentiert die mäßig belasteten Gewässer, in denen der
Sauerstoffhaushalt weitgehend ausgeglichen ist. Da aber schon hier mehr
organisches Material produziert wird, als abgebaut werden kann, ist meistens
schon eine dünne Schlammschicht zu finden. Typisch für diese Klasse sind
Schilfrohr, Seerosen, Laichkraut, Schnecken Muscheln und Kleinkrebse.

·

Die alpha-mesosaprobe Stufe = Wassergüteklasse III
Das Wasser dieser Regionen gilt als stark verschmutzt, was sich schon durch die
Massenentwicklung von Algen und der damit verbundenen Wasserblüte erkennen
läßt. Charakteristisch für diese Wasserklasse sind Blau-, Kiesel- und Grünalgen
auf der pflanzlichen Seite und wenige Arten von Schecken, Muscheln und Krebsen
auf der tierischen Seite. Außerdem findet man hier den echten Abwasserpilz
(Leptomitus lacteus), der als weißgraue Masse die Steine überzieht.

·

Die Polysaprobe Stufe = Wassergüteklasse IV
Das Wasser dieser Klasse gilt als übermäßig verschmutzt, was sich dadurch
äußert, daß nur noch sehr wenige verschiedene Arten mit dafür aber übermäßig
hohen Individuenzahlen vorkommen. Typisch für solche Gewässer sind große
Bakterienkolonien, die als schleimige Überzüge besonders an den Uferrändern zu
finden sind. Ansonsten leben dort vorwiegend Zuckmückenlarven,
Schlammröhrenwürmer und Rattenschwanzlarven, die besonders gut an das sehr
sauerstoffarme Wasser angepaßt sind.
2
 Am Boden des Gewässers findet man häufig dicke Schichten von Faulschlamm, die
ein Indiz für die überwiegend reduzierend ablaufenden Abbauprozesse sind.


2.2. Eutrophierung durch Phosphate und Nitrate

Phosphate und Nitrate sind Salze der Phosphor- beziehungsweise der
Salpetersäure. Gelangen sie in Wasser gelöst an Pflanzen, so bewirken diese
Stoffe eine starke Wachstumssteigerung.
In der Landwirtschaft macht man sich diese Eigenschaft zu Nutze, indem man
stickstoff- oder phosphorhaltigen Dünger zur Ertragssteigerung auf die Felder
bringt. Dabei ist aber Vorsicht geboten, da der Bedarf an diesen Nährstoffen
nur gering ist und der übermäßige Gebrauch dieser Dünger eine überdüngung zur
Folge hat. Besonders leicht kann dieser Effekt bei der Verwendung von Gülle zur
Düngung auftreten, da sie Nährstoffe in extrem hohen Konzentrationen enthält.
Der Großteil dieser Stoffe wird dann nicht von den Pflanzen aufgenommen,
sondern vom Regen weggeschwämmt und gelangt mit dem Umweg über Drainagesysteme
in unsere Gewässer. Dort führt die Nährstoffflut dann zu Überdüngung des
Wassers, der Eutrophierung.
Der gleiche Effekt entsteht durch die Verwendung phosphathaltiger Waschmittel,
die dann durch den Abfluß letztendlich auch unsere Gewässer erreichen. Zuvor
durchlaufen die Haushaltsabwässer jedoch noch die Reinigungsstufen der
Klärwerke, in denen ein Teil der Phosphate herausgefiltert wird. Gegen Nitrate
kann man in Klärwerken aber nichts ausrichten, da sie nicht von Aktivkohle
3
 gebunden werden und sich auch nicht durch andere Maßnahmen herausfiltern
lassen. Abgesehen von den Folgen, die diese Stoffe für den Nährstoffhaushalt
der Gewässer haben, ergeben sich bestimmte Auswirkungen auf den menschlichen
Organismus, wenn die Substanzen über die Nahrungskette in den Körper gelangen.
Bei Nitraten kann es beispielsweise vorkommen, daß bestimmte Gemüsesorten mehr
davon aufnehmen, als sie benötigen. Unter bestimmten Bedingungen können sich
dann durch eine mikrobielle Umsetzung von Nitraten, die für Menschen giftigen
Nitrite bilden. Bei Säuglingen können diese Nitrite Blausucht hervorrufen,
wodurch der Sauerstofftransport des Blutes gestört wird. Außerdem reagieren
Nitrite und Amine in Verbindung mit Magensäure zu krebserregenden Nitrosaminen.
Aus diesem Grund gibt es für die Trinkwasserversorgung bestimmte Richtwerte,
die nicht überschritten werden dürfen. Beim Festlegen dieser Grenzwerte wurde
aber besonders darauf geachtet, daß der Großteil der Wasserwerke sie auch
einhalten konnte, damit nicht zusätzliche Reinigungsstufen notwendig wurden.
Diese nach oben hin abgerundeten Richtwerte liegen mit beispielsweise 50
Milligramm Nitrat pro Liter weit über den gesundheitlich sinnvollen Werten.
In den Quellregionen unbelasteter Fließgewässer findet man Werte von etwa 1
Milligramm Nitrat und 50 Mikrogramm Phosphat
4
 pro Liter Wasser.
5


3. Eutrophierung stehender Gewässer

Stehende Gewässer sind besonders stark von der Eutrophierung betroffen, da sie
aufgrund der geringen Wasserbewegung kaum die Möglichkeit haben, sich nach
Abwassereinleitungen selbst zu regenerieren. Schon relativ geringe Megen an
Abwässern, beispielsweise Düngemittel, die durch Drainageleitungen in einen See
gelangen, können dessen gesamtes Ökosystem verändern.

3.1. Das natürliche Ökosystem im See

In einem intakten See findet man einen normalen Nährstoffkreislauf zwischen
Produzenten, Konsumenten und Destruenten vor: Die im Wasser vorhandenen
Nährstoffe nutzt das Phyto-Plankton
6
, um sich mittels Photosythese im oberen lichtdurchfluteten Bereich des Sees
7
 zu vermehren. Sie sind die Produzenten, von denen sich die Kosumenten erster
Ordnung, das Zoo-Plankton, ernähren. Die Fische, die die Gruppe der Konsumenten
zweiter Ordnung bilden, ernähren sich wiederum vom Zoo-Plankton. Ausscheidungen
und abgestorbene Organismen sammeln sich am Boden des Sees und werden von
Bakterien und Pilzen, den Destruenten, zersetzt und gelangen als im Wasser
gelöste Nährstoffe wieder zu den Produzenten. Ein solches Gewässer mit
natürlichem, relativ geringem Nährstoffangebot, wird als oligotroph bezeichnet.

3.2. Veränderung des Nährstoffhaushalts bis zur Hypertrophierung

Werden in ein stehendes Gewässer organische Abwässer eingeleitet, so sinken sie
zu Boden und werden dort von den Destruenten mineralisiert. Solange genug
Sauerstoff am Boden des Sees vorhanden ist, geschieht dies durch eine Oxidation
der Ausgangsstoffe. Die entstandenen Nährstoffe, hauptsächlich Phosphat- und
Nitratverbindungen, gelangen dann zum Phyto-Plankton, daß sich daraufhin
schlagartig vermehren kann. Ein solches Überangebot an Nährstoffen äußert sich
als Wasserblüte an der Oberfläche des Sees. Davon profitieren wiederum die
Konsumenten.
Nach einiger Zeit stirbt ein großer Teil dieser Algen ab und sinkt zu Boden, wo
er erneut zersetzt wird. Durch eine kontinuierliche Abwassereinleitung wird nun
die Menge an Nährstoffen und damit auch die Menge an abgestorbenem
Pflanzenmaterial ständig größer. Proportional dazu steigt aber auch der Bedarf
an Sauerstoff, um das organische Material zersetzen zu können. Dies macht sich
durch einen sinkenden Sauerstoffgehalt in den tieferen Wasserschichten
bemerkbar.


3.3. Der Nährstoffkreislauf im Detail

Nach dem Überblick über die grundsätzlichen Vorgänge bei der Eutrophierung
eines Sees soll in diesem Abschnitt auf einige wichtige chemische Details
eingegangen werden.

3.3.1. Die Bedeutung der Sprungschicht

Während der Sommermonate bildet sich aufgrund der Dichteanomalie des Wassers in
tieferen Seen eine sogenannte Sprungschicht
8
 aus. Das heißt, daß sich das dichtere und damit schwerere, vier Grad Celsius
warme Wasser am Boden des Sees sammelt.
An der Oberfläche wird das Wasser dagegen durch die Sonneneinstrahlung erwärmt.
Durch Winde wird dieses Oberflächenwasser mit den darunterliegenden
Wasserschichten durchmischt. Da dieses Wasser aber leichter ist, als das 4°C
warme, das sich am Boden befindet, beschränkt sich diese Durchmischung auf eine
Tiefe von etwa 15 Metern. Dort bildet sich nun eine Sprungschicht zwischen
warmem und kaltem Wasser aus, was dazu führt, daß die Wassertemperatur
innerhalb von zwei Metern um rund fünf Grad sinken kann und sich bei 4°C
einpendelt. Das Gleiche gilt auch für den Sauerstoffgehalt, da unterhalb der
Sprungschicht keine Photosynthese stattfindet und das Wasser nur oberhalb der
Sprungschicht zirkuliert. Diese Trennung des Sees in zwei Teile beschränkt sich
aber nicht nur auf Temperatur und Sauerstoffgehalt, sondern auf sämtliche
Stoffe, die normalerweise zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Sees
ausgetauscht werden.

3.3.2. Die Aerobe Zersetzung organischer Stoffe

Die nach der Autolyse
9
 noch verbleibenden Reste abgestorbener Organismen werden in einem intakten See
überwiegend durch aerobe Bakterien zersetzt. Bei dieser Mineralisierung werden
Fette, Kohlenhydrate und Eiweißstoffe in anorganische Verbindungen zerlegt.
Dabei werden die verschiedenen Stoffe von unterschiedlichen Bakterien
umgesetzt, die durch diesen Prozess Energie gewinnen.
Das bei der Eiweißzersetzung freiwerdende Ammonium
10
 wird von Nitrit-Bakterien zu Nitrit
11
 weiterverarbeitet. Danach kann das entstandene Nitrit von Nitrat-Bakterien
durch eine weitere Oxidation zu Nitrat
12
 umgebildet werden. Außer Nitrat werden auch Phosphate
13
, Sulfate
14
 und Kohlenstofdioxid freigesetzt. Diese Stoffe gelangen dann während der
Frühjahrs- und Herbstmonate
15
 mit dem Wasser wieder zu den Pflanzen und dienen ihnen als Nahrung.
Überschüssige Phosphate können auch mit Eisen-III-Ionen zu unlöslichem
Eisen-III-phosphat reagieren, das von den Sedimentteilchen absorbiert wird und
sich somit auf dem Grund des Sees ablagert. Dadurch sinkt wiederum der
Nährstoffgehalt des Gewässers. Ähnliche Abläufe sind auch bei anderen Stoffen
möglich. Die Grundvoraussetzung ist aber, daß der Sauerstoffgehalt des Wassers
ausreichend groß ist, da alle hier beschriebenen Prozesse mit Oxidationen
verbunden sind.

3.3.3. Die Anaerobe Zersetzung organischer Stoffe

Betrachtet man dagegen die chemischen Abläufe in einem stark eutrophen
Gewässer, so zeichnet sich ein völlig anderes Bild ab:
Durch den sehr hohen Nährstoffgehalt im See wird das Pflanzenwachstum enorm
gesteigert, da besonders Phosphate und Nitrate, die normalerweise
wachstumsbegrenzende Faktoren sind, in großen Mengen vorhanden sind.
Andererseits führt ein übermäßiger Pflanzenwuchs dazu, daß der Boden des Sees
unter einer Schicht von abgestorbenem organischem Material begraben wird. Der
Bedarf an Sauerstoff zur aeroben Zersetzung liegt dann weit über dem
Sauerstoffgehalt des Wassers (zumindest in Bodennähe, wo diese Prozesse
ablaufen). Das führt dazu, daß mit der Zeit fast die gesamten
Zersetzungvorgänge von anaeroben Bakterien übernommen werden. Diese liefern
aber andere, meistens toxische Endprodukte, die schon nach kurzer Zeit die
Biozönose des Profundals
16
 umbilden und zerstören.
Duch den Sauerstoffmangel ändert sich der gesamte Stoffumsetzungs-Kreislauf. An
Stelle der normalerweise entstehenden Stoffe wie Phosphat, Nitrat, Sulfat und
Kohlenstoffdioxid werden jetzt Dihydrogenphosphat
17
, Ammoniak
18
, Schwefelwasserstoff
19
, Methan und Kohlenstoffdioxid produziert. Davon sind Ammoiak, Methan und
Schwefelwasserstoff Gifte, die sich besonders auf Lebewesen des Hypolimnions
auswirken. Fische, die in diesem Bereich des Sees leben, haben zwar durch die
Eutrophierung ein sehr gutes Nährstoffangebot, gehen aber letztendlich an
Sauerstoffmangel und den toxischen Verbindungen des anaeroben Abbaus zugrunde.
Außerdem lassen sich diese Abbauprodukte nicht an die Bodensedimente anlagern,
da jetzt statt Eisen-III-Phosphat wasserlösliche Eisen-II-Ionen gebildet
werden.
Übersteigt die Sauerstoffzehrung die Sauerstoffproduktion, so "kippt der See
um". Die Folge ist die Hypertrophierung und damit eine Zerstörung des gesamten
Ökosystems im See, was besonders durch Fischsterben deutlich wird.
Eine Entspannung dieser Situation ergibt sich mit der Durchmischung des Wasser
während der Frühjahrs- und Herbstzirkulation, da dabei das Tiefenwasser an die
Oberfläche gebracht und mit Sauerstoff angereichert wird. Die Kehrseite davon
ist aber der Transport der Nährstoffe vom Hypolimnion ins Epilimnion, der
wiederum die Eutrophierung verstärkt.
Das Bild rechts zeigt die Menge und Verteilung der Abbauprodukte, die im Sommer
in einem mittelmäßig eutrophen See vorhanden sind
20
. Oberhalb der Sprungschicht läßt sich eine normale Verteilung von Sauerstoff
und Kohlendioxid erkennen. Dabei wird der Sauerstoff vom Phyto-Plankton
produziert oder stammt aus der Luft. Da Kohlendioxid von den Pflanzen zur
Photosynthese benötigt wird, ist der Gehalt an der Oberfläche entsprechend
gering (an der Oberfläche ist am meisten Licht => hohe O
2
-Abgabe und hohe CO
2
-Aufnahme). Die gleichmäßige Nitratkonzentration im oberen Bereich stammt noch
aus der Frühjahrsperiode, in der die Zersetzungsprozesse aerob abliefen.
Inzwischen sind aber hauptsächlich anaerobe Bakterien für die Zersetzung
zuständig, da der Sauerstoffgehalt im Bereich des Profundals wieder sehr gering
ist. Die dort gemessene Konzentration an Ammonium deutet darauf hin, daß sehr
viel organisches Material zur Zersetzung bereitsteht, aber von den anaeroben
Bakterien nicht so schnell verarbeitet werden kann. Besonders deutlich ist, daß
das Dihydrogenphosphat und der Schwefelwasserstoff Abbauprodukte sind, die am
Boden des Sees entstehen (ihre Konzentration nimmt nach oben hin ab).
3.4. Jahreszeitlich bedingte Veränderungen im See

Das Ökosystem eines stehenden Gewässers wird vergleichsweise stark durch
klimatische Vorgänge beeinflußt, da kein Wasseraustausch stattfindet und kaum
Strömungen vorhanden sind. Somit ist das Klima der einzige natürliche Faktor,
der Auswirkungen auf die Wasserbewegungen in einem See hat. Je nach Jahreszeit
ergibt sich daraus eine entsprechende Durchmischung des Wassers.
21

3.4.1. Sommerstagnation

Unter der Sommerstagnation versteht man eine fehlende Wasserzirkulation im
unteren Bereich des Sees. Dies hängt mit der Sprungschicht zusammen, die sich
im Sommer zwischen dem vier Grad Celsius kalten Wasser in der unteren Hälfte
des Sees und dem wärmeren Wasser darüber bildet. Es schichtet sich also je nach
"Gewicht" übereinander. Bedingt durch Winde und Temperaturschwankungen
zirkuliert das Wasser im Epilimnion. Im Hypolimnion findet dagegen keinerlei
Durchmischung statt, was besonders starke  Auswirkungen auf den
Sauerstoffgehalt hat, da den ganzen Sommer über kein neuer Sauerstoff
hinzukommt. In stark eutrophen Gewässern hat das zur Folge, daß der
Sauerstoffgehalt sehr schnell abnimmt und anaerobe Zersetzungsprozesse
beginnen.

3.4.2. Winterstagnation

Im Winter bildet sich keine Sprungschicht aus, da die Wassertemperatur am Grund
des Sees meistens noch leicht über der Außentemperatur liegt. Der Grund dafür
ist einerseits die Dichteanomalie, die bewirkt, daß sich das Wasser je kälter
es ist, weiter zur Oberfläche hin bewegt.Andererseits verhindert die sehr
schlechte Wärmeleitfähigkeit des Wassers, daß auch das Tiefenwasser des Sees
die Temperatur der Oberfläche annimmt. Die eigentliche Stagnation kommt erst
zustande, wenn die Oberfläche komplett zufriert. Die geschlossene Eisschicht
verhindert dann, daß Winde das Wasser durchmischen. Die Folge ist eine geringe
Sauerstoffkonzentration im gesamten See, da nur sehr wenig Photosynthese
betrieben werden kann und alle im See lebenden Organismen am Sauerstoffvorrat
zehren. In eutrophen Gewässern können sich jetzt die toxischen Abfallprodukte
der anaeroben Zersetzung auf die Lebewesen im gesamten See auswirken, denn es
ist keine Sprungschicht vorhanden, die das Epilimnion vom Hypolimnion trennt.

3.4.3. Frühjahrs- & Herbstzirkulation

Im Gegensatz zur Situation während der Sommer- und Wintermonate ist im Frühjahr
und im Herbst keine Eis- oder Sprungschicht vorhanden, die eine Zirkulation des
Wasser im gesamten See verhindern würde. Die während dieser Zeit besonders
starken Winde führen also zu einer gesamten Durchmischung und damit auch zu
einer Sauerstoffanreicherung des Wassers. Die Anhebung des Sauerstoffgehalts
ist besonders bei eutrophen Seen sehr wichtig, damit die Zersetzungsprozesse am
Boden wieder aerob ablaufen  können.Außerdem wird mit den Wasserbewegungen ein
Teil der darin gelösten Zersetzungsgase freigesetzt.
Im Einzelnen kommt die Vermischung einerseits dadurch zustande, daß das Wasser
durch den Wind in Richtung der Uferzonen bewegt wird und durch den Druck in
tiefere Wasserschichten abtaucht. Auf der gegenüberliegenden Seite strömt dann
Wasser aus der Tiefe nach. Andererseits kommt eine leichte Vermischung auch
dadurch zustande, daß sich das Wasser nach einer Erwärmung oder Abkühlung, von
der Oberfläche weg, in eine andere Tiefe verlagert. So entsteht eine Strömung,
die zum Austausch von Wasserschichten führt.
22

3.5. Folgen der Eutrophierung am Beispiel des Bodensees

Grundsätzlich gibt es zwei See-Typen, die charakteristisch für oligotrophe,
beziehungsweise eutrophe Seen sind:
Oligotrophe Seen haben oft schmale, steil abfallende Uferzonen und ein großes
Volumen. Eutrophe Seen sind dagegen meistens flach und besitzen eine breite
Uferzone. In ihnen haben schon geringe Nährstoffeinträge starke Auswirkungen,
da sie nicht vom Volumen kompensiert werden können.
Ein Beispiel für beide See-Typen ist der Bodensee, da er aus dem Untersee und
dem eigentlichen (großen) Bodensee besteht. Die beiden Teil-Seen sind nur durch
einen schmalen Übergang miteinander verbunden und bilden jeder für sich ein
eigenes Ökosystem.
Als vor eingen Jahrzehnten die Menge eingeleiteter Abwässer in beide Teile des
Sees größer wurde, hatte das offenbar nur positive Folgen. Die ursprünglich
oligotrophen Seen bekamen dadurch zusätzliche Nährstoffe, die das
Phyto-Plankton wachsen ließen. Außer diesen Wasserpflanzen wuchsen natürlich
auch die Fische schneller heran, da sie dort paradiesische Nahrungsverhältnisse
vorfanden. Die Bodensee-Fischer freuten sich wiederum über die enorm
gestiegenen Fangquoten und fischten so viel wie möglich. Dabei ist das Felchen
23
 einer der besonders bevorzugten Fische.
Nach den großen Fangerfolgen weniger Jahre blieben weitere Fänge plötzlich aus.
Es dauerte einige Zeit, bis man den Grund für das plötzlich Verschwinden der
Felchen gefunden hatte: Durch die guten Nahrungsverhältnisse wuchsen die Fische
sehr schnell heran, so daß sie schon nach einem Bruchteil der sonst dafür
benötigten Zeit die Körpergröße der geschlechtsreifen Tiere erreicht hatten.
Die Fischer verwendeten aber Netze, die genau auf die Größe der Ausgewachsenen
Felchen abgestimmt waren, so daß die Jungtiere im See blieben. Letzendlich tat
man aber genau das, was man verhindern wollte, indem man auch die noch nicht
geschlechtsreifen Fische aus dem See herausfischte und damit die gesamte
Generation der Nachkommen ausrottete.
Im Gegensatz zu den falschen Fangmethoden läßt sich aber die Eutrophierung
nicht so leich rückgängig machen. Der Untersee ist davon besonders betroffen,
da er wesentlich kleiner und flacher ist, als der eigentliche Bodensee. Während
der Frühjahrs- und Herbstmonate wird dort das Wasser so stark durchmischt, daß
die schon an Sedimentteilchen abgelagerten Nährstoffe wieder an die Oberfläche
gespühlt werden und dadurch die Eutrophierung noch verstärkt wird.

3.6. Rettung für "umgekippte" Seen

Seen, deren Sauerstoffbilanz negativ ist, bezeichnet man als "umgekippt". Dies
äußert sich meistens in einem Fischsterben, das durch große Megen toxischer
Gase der anaeroben Zersetzung und Sauerstoffmangel hervorgerufen wurde. Um den
See davor zu retten, zu einer Jauchegrube zu werden, muß dafür gesorgt werden,
daß das Wasser mit Sauerstoff angereichert wird. Das ermöglicht dann einen
aeroben Abbau der Schlammschicht, die sich inzwischen auf dem Boden des Sees
gebildet hat.
Das Gerät, das man hierzu entwickelt hat, nennt sich Limnoagregat. Es reichert
das Tiefenwasser mit Sauerstoff an und löst gleichzeitig Faulgase aus dem
Wasser. Das geschieht indem das glockenförmige Limnoagregat dicht über dem
Profundal verankert und mit Pressluft von der Oberfläche versorgt wird. Die
Pressluft strömt unter die Glocke und saugt dabei Wasser vom Seeboden an, das
daraufhin die in ihm gelösten Faulgase abgibt und mit Sauerstoff angereichert
wird. Nach oben hin gelangen durch ein Rohr die Faulgase und überschüssige Luft
in die Athmosphäre.


4. Eutrophierung von Fliessgewässern

Die Eutrophierungsvorgänge in einem See entsprechen zumindest in chemischer
Hinsicht denen in fließenden Gewässern. Der gravierende Unterschied liegt hier
in der Wasserbewegung, die ständig dafür sorgt, daß ein Gasaustausch zwischen
Wasser und Athmosphäre erfolgt. Die Stömung ist dabei an Verschiedenen Stellen
unterschiedlich groß. Einerseits nimmt sie von der Quelle zur Mündung hin ab,
da der Fluß, je weiter er sich von der Quelle entfernt, breiter wird und damit
auch langsamer fließt. Andererseits entstehen durch das Mäandrieren Schleifen,
in deren Außenkurven das Wasser schneller fließt, als in den Innenkurven. Je
nach Fließgeschwindigkeit wird der Fluß von unterschiedlichen Lebewesen
bewohnt, da proportional zur Verlangsamung des Wassers der Sauerstoffgehalt
sinkt.

4.1. Selbstreinigungskraft der Flüsse

Wird ein un- oder  nur  gering belasteter Fluß durch Einleitung von Nährstoffen
eutroph, so setzt ein Prozess ein, der ähnlich der Mineralisierung von
organischen Materialien in einem See ist: Die Selbstreinigung.
Die Diagramme auf der vorangehenden Seite zeigen die einzelnen Abläufe während
dieses Vorgangs im Rhein. Dabei stellt hier ein Abwassereinlauf, beispielsweise
von einem Drainagesystem, eine Quelle toter organischer Substanzen dar. An der
Einleitungstelle, wo eine hohe Ammonium-Konzentration herscht, ist ein abrupter
Anstieg der Menge an Bakterien, Abwasserpilzen und Protozoen
24
 zu beobachten. Das erklärt die dazu gegenläufige Sauerstoffkurve
25
, da jetzt sehr viel davon zur Mineralisierung benötigt wird. Dabei werden die
Abbauprodukte hauptsächlich in ihrer reduzierten Form abgegeben, da direkt am
Abwassereinlauf nicht genug Sauerstoff zur Verfügung steht, um die Stoffe zu
oxidieren. Deutlich wird das auch bei der Betrachtung des untersten Diagramms,
in dem das Vorkommen bestimmter stoffumsetzender Kleintiere, den Saprovoren
26
, eingezeichnet ist. Hier ist die typische Abstufung verschiedener Saprovore
abhängig vom Sauerstoffangebot zu beobachten.
Das mittlere Diagramm zeigt, daß die das Vorkommen von Ammonium, Phosphat und
Nitrat jeweils zeitlich versetzt ist. Das erklärt sich durch die einzelnen
Umsetzungsprozesse: Ammonium ist an der Einleitungsstelle in besonders großem
Maße vorhanden, wird aber relativ schnell mineralisiert. Kurz dahinter liegt
das Maximum der Phosphatkurve. Sie erreicht gegenüber der Nitratkurve früher
ihr Maximum, da zur Bildung von Phosphat nur ein Umwandlungsschritt nötig ist.
Die Bildung von Nitrat läuft dagegen in zwei Schritten ab. Die Algen-Kurve
verläuft entsprechend diesem Nährstoffangebot. Dabei fällt auf, daß die Menge
der Algen an der Einleitungsstelle unterhalb der sonst üblichen Marke liegt.
Das läßt sich darauf zurückführen, daß das Wasser in diesem Bereich stark
verunreinigt ist und nur wenig Licht durchläßt. In diesem Fall ist der
Nährstoffüberschuß relativ schnell wieder abgebaut. Werden jedoch Abwässer in
größerern Mengen eingeleitet, führt das dazu, daß sie bis zur Flußmündung nicht
abgebaut werden können. So nimmt dann letztendlich auch die Eutrophierung
unserer Meere zu, die die Bildung von Algenteppichen fördert. Deren teilweise
toxischen Sekrete schädigen wiederum die Meerestiere und eventuell auch den
Menschen.
27
5. Schlusswort

Als das für den Menschen wohl wichtigste Element, sollte man doch eigentlich
erwarten, daß ihm eine besondere Beachtung zukommt. In der Realität ist das
aber nicht unbedingt der Fall, denn da geht es dem Menschen mehr um Profit als
um die Zukunft seiner Nachkommen.
Als ein besonders großes Problem sehe ich die Einleitung von Chemieabwässern in
unsere Flüsse an, denn die Auswirkungen von anorganschen Verbindungen,
Schwermetallen Pestiziden und radioaktiven Stoffen lassen sich noch viel
weniger abschätzen als die verhältnismäßig einfachen Abläufe der Überdüngung.
Wenn also die Eutrophierung alles wäre, was an unseren Gewässern nicht ganz in
Ordnung ist, dann könnte man getrost weiterhin an sein eigenes Wohlergehen
denken und sich hin und wieder damit beschäftigen, das Problem mit einer
Sauerstoffkur aus der Welt zu schaffen.
In diesem Sinne kann ich unseren Nachkommen nur wünschen, daß sie das Know-How
besitzen, um sich gegen unsere Altlasten wehren zu können.
Gunther Lemm / Erdkunde 3.3.ek6 / 11.10.1993







1





2
Endnoten

1

Der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB
x
) gibt an, wieviel Sauerstoff innerhalb von x Tagen unter konstanten
Bedingungen von den im Wasser lebenden Organismen für die Oxidation der in der
Wasserprobe enthaltenen abbaubaren Stoffe verbraucht wird. Daraus ergibt sich
ein Einblick in die Belastung des Sauerstoffhaushalts.
Die Untersuchung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) liefert ähnliche
Ergebnisse. Hierbei werden allerdings alle (auch schwer oxidierbare) Stoffe mit
einbezogen. Aus dem Verbrauch an Oxidationsmittel kann dann der
Sauerstoffbedarf errechnet werden. Quelle: Daten zur Umwelt 1988/89; S. 316
2

Rattenschwanzlarven können ihren Schwanz als Schnorchel benutzen und sich mit
Sauerstoff aus der Athmosphäre versorgen. Schlammröhrenwürmer besitzen in ihrem
Kreislauf einen Stoff, der dem menschlichen Hämoglobin ähnlich ist und
besonders gut Sauerstoff binden kann. Quelle: Biologieunterricht
3

Aktivkohle ist sehr reaktionfreudig und besitzt eine enorm große Oberfläche
(Ein Gramm davon hat eine Oberfläche von etwa 1000 Quadratmetern). Durch diese
Eigenschaften eignet sie sich besonders gut zur Abwasserreinigung, da sie einen
großen Teil der im Abwasser enthaltenen Schadstoffe binden kann. Quelle:
GEO-Wissen: Wasser - Leben - Umwelt; S.58
4

Werte aus Daten zur Umwelt 1988/89; S. 317/318
5

Quellen dieses Abschnitts: Ökologie / Hafner & Philipp; S.144 - GEO-Wissen:
Wasser - Leben - Umwelt; S.67 - Daten zur Umwelt 1988/89; S.317/318
6

Plankton ist der Sammelbegriff für alle im Wasser schwebenden Organismen, die
keine größere Eigenbewegung ausführen. Es gibt zwei Arten von Plankton: Das
pflanzliche Phyto-Plankton und das tierische Zoo-Plankton. Das im Süßwasser
lebende Plankton unterscheidet sich stark vom Salzwasser-Plankton. Quelle:
Bertelsmann Universallexikon
7

Ein See teilt sich vertikal in Epilimnion, den lichtdurchfluteten Teil und
Hypolimnion, den unteren lichtlosen Teil auf. Diese Aufteilung hängt
hauptsächlich mit dem Sauerstoffgehalt zusammen. Epilimnion:
Sauerstoffproduktion > Sauerstoffverbrauch; Kompensationsebene (Lichtgrenze):
S.-Produktion = S.-Verbrauch; Hypolimnion: S.-Produktion < S.-Verbrauch.
Quelle: Ökologie / Hafner & Philipp / S.102
8

Die Sprungschicht befindet sich zwischen Epi- und Hypolimnion. Sie wird auch
Metalimnion genannt.
9

Die Autolyse ist ein Vorgang, der sich in jeder abgestorbenen Zelle abspielt.
Aufgrund fehlender Energie verlieren die Zellmembranen ihren Zusammenhalt und
die in den Lysosomen enthaltenen Verdauungsenzyme beginnen die Zelle zu
zersetzen. Die gleichen Abläufe, wie z.B. bei abgehangenem Fleisch. Quelle:
Biologieunterricht
10

NH
4
+
 = Ammonium; Zur Umsetzung von 1mg Ammonium zu Nitrat sind rund 4,5mg
Sauerstoff nötig. Der Umwandlungsprozeß ist stark temperaturabhängig, weshalb
er nur in der warmen Jahreszeit erfolgen kann. Quelle: Daten zur Umwelt
1988/89; S.318

11

NO
2
-
 = Salze der Salpetersäure. Siehe 2.2. Eutrophierung durch Phosphate und
Nitrate
12

NO
3
-
 = Nitrat; Siehe 2.2. Eutrophierung durch Phosphate und Nitrate
13

PO
4
3-
 = Salze verschiedener Phosphorsäuren. Siehe 2.2. Eutrophierung durch Phosphate
und Nitrate
14

SO
4
2-
 = Salze der Schwefelsäure
15

Siehe 3.4.3. Frühjahrs- und Herbstzirkulation
16

Der sauerrstoffzehrende Bodenbereich des Sees (unterhalb der
Kompensationsebene).
17

H
2
PO
4
-
18

NH
3
19

H
2
S = übelriechendes, toxisches Gas
20

Die Situation im Sommer ist besonders kritisch, da ein Stoffaustausch zwischen
Profundat und Pelagial durch die Sprungschicht verhindert wird. Siehe 3.4.1.
Sommerstagnation
21

Quelle der Abschnitte in 3.3.: Ökologie / Hafner & Philipp - Studie Wasser /
Greenpeace - Daten zur Umwelt 1988/89
22

Quelle der Abschnitte in 3.4.: Ökologie / Hafner & Philipp; S. 105
23

Felchen stammen aus der Gattung der lachsartigen Fische und sind auch etwa so
exklusiv wie Lachse (zumindest in der Bodensee-Region). Sie ernähren sich von
Plankton und Kleintieren. Quelle: Bertelsmann Universallexikon
24

Einzeller, die sich von Bakterien ernähren.
25

Achtung! Die BSB- und die Sauerstoffkurve verlaufen vor der Abwassereinleitung
nicht auf dem gleichen Niveau! Die BSB-Kurve ist erst ab der Stelle des
Abwassereinleitung in das Diagramm eingezeichnet.
26

Saprovore sind Bewohner des Bodenbereichs von Gewässern. Sie sorgen dafür, daß
größere Mengen organischer Abfälle zerkleinert und damit zur Mineralisierung
vorbereitet werden. Quelle: Biologieunterricht
27

Quelle dieses Abschnitts: Ökologie / Hafner & Philipp; S. 111 (auch die
Diagramme) - Studie Wasser / Greenpeace; S. 32 ff. - Wasser / Leopold & Schua;
S. 221 ff.


Bibliographie


Bertelsmann Universallexikon
; Bertelsmann Lexikon Verlag 1991
GEO-Wissen
: Wasser - Leben - Umwelt; Gruner + Jahr AG & Co., Hamburg 1988
Hafner, Lutz / Eckhard Philipp:
 Ökologie - Materialien für den Sekundarbereich II Biologie; Schroedel
Schulbuchverlag, Hannover 1992
Hoff, Peter / Dr. Joachim Jaenicke / Wolfgang Miram:
 Biologie heute 2G; Schroedel Schulbuchverlag GmbH, Hannover 1987
Kluge, Dr. Thomas / Engelbert Schramm
 (Institut für sozial-ökologische Forschung Frankfurt am Main): Greenpeace -
Studie Wasser; Greenpeace e.V., Hamburg 11/1990
Leopold / Roma Schua:
 Wasser - Lebenselement und Umwelt; Karl Alber GmbH, Freiburg/München 1981
Umweltbundesamt:
 Daten zur Umwelt 1988/89; Erich Schmidt Verlag GmbH & Co., Berlin, 3.Ausgabe
1989


Index

A
aeroben Zersetzung    8
Aktivkohle    4
Algen    2, 5, 15
Ammoniak    8
anaerobe Zersetzung    8
Austausch von Wasserschichten    11
Autolyse    7

B
Biozönose    8
Blausucht    4

D
Destruenten    5

E
Eisen-III-Ionen    8
Eisen-III-phosphat    8-9
Eisschicht    11
Epilimnion    9-11
eutroph    14

F
Faktoren    2, 8
Faulgase    13
Felchen    12
Fischsterben    9, 13
Fließgeschwindigkeit    14
Frühjahrs- und Herbstzirkulation    9

H
Haushaltsabwässer    4
Hypertrophierung    5, 9
Hypolimnion    9-11

J
Jahreszeit    10

K
Klima    10
Kohlendioxid    9
Konsumenten    5

L
Limnoagregat    13

M
Mineralisierung    7, 14

N
Nahrungskette    4
Nitrat    4, 8, 14-15
Nitrat-Bakterien    8
Nitrit    7-8
Nitrit-Bakterien    7
Nährstoffkreislauf    5, 7

O
oligotroph    5
Oxidation    5, 8

P
Phosphat    4-5, 8, 14-15
Photosythese    5
Produzenten    5
Profundal    13

S
Saprovore    14
Sauerstoffmangel    8-9, 13
Schwefelwasserstoff    8-9
Sedimentteilchen    8, 13
Sprungschicht    7, 9-11
Stagnation    10

W
wachstumsbegrenzende Faktoren    8
Wassergüte    2
Wassertemperatur    7, 10
Wasserzirkulation    10

Z
Zersetzung    7-9, 11, 13