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Nahrungskreislauf
Seen funktionieren als komplexe Ökosysteme. Die Nahrungsproduktion und –aufnahme erfolgt in einem Kreislauf. Produzenten (vorwiegend Algen) erzeugen mittels Photosynthese Sauerstoff. Die Konsumenten (Fische, Kleinlebewesen) müssen Nahrung aufnehmen (pflanzlicher oder tierischer Art). Die Ausscheidungen und die tote Biomasse werden schliesslich wieder zersetzt durch die Destruenten (Bakterien und Pilze).
Zonierung
Ein See verfügt über unterschiedliche Zonen, in welchen verschiedene Lebensumstände vorherrschen. Die oberste Schicht, das sogenannte Epilimnion, erwärmt sich rasch und die Wassermengen bewegen sich stark. Sie unterliegt hohen Temperaturschwankungen, da sie stark von der Lufttemperatur beeinflusst wird. Durch die hohe Lichtintensität kann in dieser Schicht Fotosynthese betrieben werden und es herrscht ein hoher Sauerstoffgehalt.
In der darauffolgenden Schicht, dem Metalimnion, folgt ein sprunghafter Temperaturabfall. Sie heisst deshalb auch Sprungschicht. Das Licht dringt bereits weniger vor und so wird nur eine geringe Menge an Sauerstoff produziert.
Die unterste Schicht wird als Hypolimnion bezeichnet. Es ist meist kein Sauerstoff mehr vorhanden, da kein Licht in diese Schicht vordringt. Hier wird die Biomasse aufgezehrt – deswegen wird diese Schicht auch als Zehrschicht bezeichnet. Die konstante Temperatur von 4°C ermöglicht das Überleben der Tiere in den Seen im Winter.
Nebst den drei Schichten im Wasser gibt es auch noch die Ufer- und die Tiefenzone (Litoral und Profundal). Der Uferbereich ist sehr wichtig für die Artenvielfalt. Je flacher und grösser der Uferbereich ist, desto vielfältiger wird er durch Tier- und Pflanzenarten genutzt. Flache Uferbereiche werden aber immer seltener. Die Tiefenzone wird von wenigen wirbellosen Arten bewohnt – einige Fische nutzen diesen Bereich zur Fortpflanzung.
Jahreszeitliche Wechsel
Der See unterliegt einem natürlichen Wandel innerhalb eines Jahres. Im Frühjahr sorgt der Wind für eine Zirkulation der Wasserschichten. Die Schichten werden aufgelöst und Sauerstoff und Nährstoffe werden gleichmässig verteilt. Die Temperatur liegt überall bei ca. 4°C. Der gleiche Prozess findet auch im Herbst statt, dann ist die Temperatur des Sees aber höher. Die Produktion von Sauerstoff durch Photosynthese erreicht im Sommer den Höchststand. Die hohe Sauerstoffproduktion verringert aber den Nährstoffgehalt in der obersten Wasserschicht. Im Winter kühlt die oberste Seeschicht ab, bis sie knapp über dem Gefrierpunkt liegt. Der Sauerstoffgehalt nimmt ab, da die Algen die Fotosynthese einstellen. In der Tiefe liegt die Temperatur konstant bei 4°C.
Klassifizierung von Seen nach Nährstoffgehalt
Je nach Mengen der Nährstoffe in einem See werden sie klassifiziert als oligotroph, mesotroph, eutroph oder hypertroph. Ein oligotropher See verfügt über wenig Nährstoffe, aber einen hohen Sauerstoffgehalt. Der See besticht durch seine sehr blaue Farbe und eine Sichttiefe, die bis über 10 Meter reichen kann. Am Boden sind wenige Sedimente abgelagert und wenige Pflanzen säumen den Uferbereich. Die Artenvielfalt ist gross, die Anzahl der Tiere aber eher gering. Hierbei handelt es sich meist um Hochgebirgs- oder Vorgebirgsseen. Sie haben eine steil abfallende Uferzone und sind relativ tief. In einem mesotrophen See sind bereits mehr Nährsalze vorhanden, dies resultiert in mehr Produzenten und Konsumenten. Im Sommer verfügt der See tendenziell über zu wenig Sauerstoff. In diese Kategorie fallen die meisten tiefen Flachlandseen. Das Wasser ist kühl aber trüb und sie verfügen über einen mittleren bis hohen Nährstoffgehalt. Flache Flachlandseen mit breiten und flachen Uferzonen und einer Tiefe von 5-10 Meter neigen zur Eutrophie. Der Nährstoffgehalt ist sehr hoch wie auch die Biomassenproduktion. Das Wasser ist grünlich, trüb und undurchsichtig. Im Sommer herrscht ein Sauerstoffmangel und es bildet sich eine Faulschicht am Boden. Es herrscht zwar eine hohe Anzahl Lebewesen vor – die Artenzahl ist aber gering. Ein hypertrophes Gewässer ist ein lebensfeindliches Gewässer. Hier werden durch die Bakterien giftige Gase produziert.
Eutrophierung und “Umkippen“ des Sees
Die begrenzten Nährstoffe eines Sees (beispielsweise Nitrat, Phosphor, Kalium) limitieren das Wachstum von Produzenten und Konsumenten. Durch eine erhöhte externe Nährstoffzufuhr können sich die Wasserpflanzen (vor allem Algen) ungebremst vermehren. Dies führt zur sogenannten Algenblüte (der See wird grünlich). Die Algen müssen nach ihrer kurzen Lebenszeit von 1-5 Tagen wieder abgebaut werden. Zum Abbau der Biomasse durch die Destruenten ist Sauerstoff nötig – sobald der Sauerstoff ausgeht bilden sich beim Zersetzen giftige Stoffe wie Methan, Schwefelwasserstoff und Ammoniak. Die Fische sterben entweder am Sauerstoffmangel oder später an einer Ammoniakvergiftung.
Für dieses “Umkippen“ von einem lebensfreundlichen zu einem lebensfeindlichen See ist meist der Mensch verantwortlich. Die externen Nährstoffe werden durch ungeklärte Abwasser, Düngemittel und Fischfutter zugeführt. Auch ein hoher Uringehalt in den Seen kann zur Eutrophierung führen.
Um das “Umkippen“ eines Sees zu verhindern können Sauerstoff eingeleitet, Faulschlamm und Biomasse entfernt oder chemische Mittel zum Eindämmen des Algenwachstums beigefügt werden (dies hat jedoch negative Auswirkungen auf andere Organismen).
Im folgenden Artikel der Artikelserie werden wir näher auf die pflanzlichen Bewohner der Seen eingehen.
Epili…was? Begriffe in Kürze
Produzenten: Vorwiegend Pflanzen, welche aus Nährsalzen, Wasser und Licht Biomasse herstellen (autotroph).
Konsumenten: Sie sind auf Nahrungsaufnahme angewiesen, da sie die benötigte Energie nicht selber herstellen können (heterotroph). Dabei unterscheidet man Pflanzenfresser (Herbivore), Fleischfresser (Carnivore) und Allesfresser (Omnivore).
Destruenten: Sie zersetzen tote oder abgestorbene Biomasse und wandeln diese in Nährsalze um. Deshalb nennt man Destruenten auch Zersetzer.
Epilimnion (Nährschicht): Oberste Wasserschicht, welche den stärksten Temperaturschwankungen unterliegt. In unseren Breitengraden reicht sie bis 3-5 Meter Wassertiefe. In dieser Schicht wird Photosynthese betrieben und am meisten Sauerstoff produziert.
Metalimnion (Sprungschicht): Sie trennt die Nähr- von der Zehrschicht. Sie zeichnet sich aus durch den sprunghaften Temperaturabfall. Je nach See beginnt die Sprungschicht bei 3-8 Meter.
Hypolimnion (Zehrschicht): Die Temperatur liegt konstant bei 4°C. Diese Schicht ist nährstoffreich, aber sauerstoffarm. Die Biomasse wird in der Zehrschicht durch die Destruenten zersetzt. In Schweizer Seen beginnt die Zehrschicht nach ca. 5-8 Meter Wassertiefe.
Oligotroph: Hierbei handelt es sich um eine Bezeichnung für Seen mit einem geringen Nährstoffgehalt. Dies sind oft Hochalpin- oder Voralpinseen (z.B. Silvaplanersee, je nach Seebecken auch der Vierwaldstättersee).
Mesotroph: So werden Seen bezeichnet die bereits über einen mittleren Grad an Nährstoffen verfügen, wie dies bei den meisten tiefen Flachlandseen der Fall ist (z.B. Zürichsee, je nach Seebecken auch der Vierwaldstättersee).
Eutroph: Diese Tendenz lässt sich vor allem bei flachen Flachlandseen, wie beispielsweise dem Baldeggersee feststellen. Der Nährstoffgehalt ist zu hoch, die Algenproduktion nicht begrenzt. Die Artenvielfalt nimmt ab, die Anzahl der Lebewesen hingegen zu.
Hypertroph: Ein solches Gewässer ist lebensfeindlich. Giftige Gase verunmöglichen jegliches Leben.