Eutrophierung

Der Begriff Eutrophierung bezeichnet einen Anstieg der Nährstoffzufuhr (Trophierung) meist in Gewässern. Durch diesen Anstieg verändert sich die Trophiestufe des Gewässers (von oligotroph über mesotroph zu eutroph und hypertroph) und damit auch der Aufbau des Ökosystems.

Eutrophierung von Gewässern

Auswirkungen

Eutrophierung.png Kurz nach der Frühjahrs-Vollzirkulation ist die Wachstumsrate von Algen auf Grund der steigenden Temperaturen, besseren Lichtverhältnissen und ausreichender Versorgung mit Nährsalzen aus dem Hypolimnion sehr hoch, was im Epilimnion zur Wassereintrübung (Algenblüte) führt. Dadurch ist in den unteren Schichten des Epilimnions nicht mehr genügend Licht vorhanden, es kommt dort zum Absterben der Algen.

Eine Zunahme von Algen bedeutet zunächst eine Sauerstoff- und Nahrungsanreicherung für das Gewässer. Dadurch finden Konsumenten wie Herbivoren und Carnivoren optimale Wachstumsbedingungen vor. Das Phytoplankton (Algen) vermehrt sich explosionsartig, wodurch die Zooplanktonen ein erhöhtes Nahrungsangebot vorfinden. Da das Zooplankton aber auch Sauerstoff verbraucht, geht der Sauerstoffgehalt des Wassers kurzerhand stark zurück.

Das schnelle Sterben der Organismen, was zum Teil durch die Sauerstoffverknappung begünstigt wird, bewirkt ein Absinken der toten Biomasse als Detritus auf den Grund des Sees (Hypolimnion). Der Detritus wird bakteriell abgebaut, was zuerst noch auf aerobe Weise, also unter Sauerstoffverbrauch geschieht. Das führt schließlich zu einer völligen Sauerstoffarmut, sodass die Biomasse nur noch von anaeroben Destruenten abgebaut werden kann. Hierbei entstehen Ammoniak, Methan und Schwefelwasserstoff, welche Zellgifte darstellen. Bei Vollzirkulation können diese Giftstoffe auch in die obere Wasserschicht gelangen. Da der anaerobe Abbau wesentlich langsamer abläuft als der aerobe, häuft sich am Boden Faulschlamm an. Die Sauerstoffarmut im Hypolimnion verursacht außerdem eine Reduktion von Fe³⁺ zu Fe²⁺. Vorher an Fe³⁺ gebundenes Phosphat (PO₄^3-) wird dadurch frei und trägt als Nährstoff zusätzlich zur Eutrophierung bei.

Ursachen

Die Eutrophierung eines Sees entsteht durch ein Überangebot an Nährstoffen.

Deshalb kann sich der See nicht mehr selbstreinigen.

Oligotrophe und eutrophe Seen befinden sich im Gleichgewicht, aber auf unterschiedlichem Niveau des Biomasse-Umsatzes:

Schwankungen der Umweltbedingungen können bis zu einer gewissen Grenze der Belastung ausgeglichen werden („Selbstreinigungskraft“ der Gewässer). Ist die Störung des Gleichgewichtes so groß, dass sie nicht mehr rückgängig gemacht werden kann, geht der See in einen anderen Zustand über, wobei die Hypertrophierung der stabilste Zustand ist, da ein umgekipptes Gewässer ohne Einfluss von außen nicht mehr in einen oligo- oder eutrophen Zustand zurückkehren kann.

Nährstoffquellen

Als Nährstoffe gelten z.B. Phosphate, Nitrate und andere organische und anorganische Stoffe.

Die Nährsalzzufuhr durch die Zuflüsse des Sees oder durch Windverfrachtung von Stäuben ist in der Regel gering.

Die meisten Nährstoffe werden einem See in Form von organischem Material zugeführt, das durch die Destruenten unter Sauerstoffverbrauch remineralisiert wird.

Eine natürliche Quelle ist die Fracht der Zuflüsse an Organismen und erodiertem Humus, vor allem bei Überschwemmungen. Hinzu kommt das Laub der Bäume im Herbst. Kot kann bsw. durch Wasservögel einen See belasten, vor allem, wenn Zugvögel den See in großen Massen als Rastplatz im Frühjahr und im Herbst nutzen. Bei relativ flachen Seen, die sich im Sommer im Epilimnion stark erwärmen und deren Hypolimnion nur einen kleinen Sauerstoffspeicher darstellt, kommt es auf diese Weise zu einer natürlichen Eutrophierung oder gar zur Hypertrophierung und damit zur Verlandung. (Beispiele: Ehemaliger Rosenheimer See, Chiemsee)

Durch anthropogene Einflüsse kann es aber auch bei stabilen, oligotrophen Seen zur Eutrophierung oder gar zum Umkippen des Gewässers kommen:

Die Einleitung ungeklärter Haushalts- und Industrieabwässer erhöht zum einen die Belastung mit anorganischen und organischen Nährstoffen, zum anderen kann sie durch Giftstoffe zum Absterben der Organismen führen.
Zweistufige Kläranlagen mit mechanischer und biologischer Stufe leiten Nitrat- und Phosphat-reiches Wasser in die Vorfluter ein. Enthält die Kläranlage auch eine chemische Stufe, wird zwar das Phosphat zurückgehalten, die Nitrate gelangen aber dennoch in die Gewässer. Erst in neuerer Zeit werden Kläranlagen mit einer zweiten biologischen Stufe ausgerüstet, die Bakterien enthält, welche die Nitrate durch Denitrifikation in Stickstoff (N₂) umwandeln.
Ein weitere anthropogene Quelle ist der Dünger-Eintrag aus der Landwirtschaft mit Stickstoff- und Phosphat-Salzen. Da die Pflanzen nicht alle Nährsalze aufnehmen können, wird ein Teil des Düngers ausgewaschen und gelangt damit in die Gewässer.
Eine weitere Belastungsquelle stellt das Füttern von Wasservögeln und Fischen sowie der Freizeitbetrieb an Badeseen dar.

Gegenmaßnahmen

Die einfachste Methode ist Lichtminderung. Wegen der verminderten Lichtaufnahme können die Algen und die anderen Lebewesen erst gar keinen kritischen Wert erreichen. Das kann durch Pflanzen von Bäumen an den Fluss- und Seeseiten erreicht werden. Dies stellt wohl die günstigste, und "natürlichste" Möglichkeit dar; alle anderen Methoden sind von Jahr zu Jahr zu wiederholen, um ein letztes Umkippen des Gewässers zu verhindern. Viele Gewässer hatten diesen Pflanzenwuchs an den sonnenbeschienen Flanken, erst durch Abholzen der schützenden Bäume werden künstliche, aufwendige und nicht zuletzt im Vergleich zum einfachen Wachstum der Bäume ineffektivere Methoden notwendig, wie:

Sauerstoffzufuhr: Kurzfristig erfolgreich, da das Artensterben ausbleibt. Langfristig erhöht sich allerdings dadurch auch die Menge des Detritus, wodurch das Gewässer wieder eutroph wird ("positive Rückkopplung").
Nährstoffzufuhr einschränken durch Reinigen von Abwässern in Kläranlagen
Olszewski-Rohr : Abzug des nährstoffreichen und sauerstoffarmen Tiefenwassers anstelle des oberflächlichen Ablaufes (Prinzip eines kommunizierenden Gefäßes.)
Verringern des Phosphatgehalts in z.B. Waschmitteln. Diese Maßnahme ist allerdings schon weitestgehend geschehen.
Entfernen von Faulschlamm durch Ausbaggern
Entfernen der Algen

All diese Maßnahmen können langfristig nur dann wirksam sein, wenn sie dem Ökosystem See auf Dauer seine Selbstreinigung wieder ermöglichen.

Literatur

Markus Bernhardt-Römermann, Jörg Ewald: Einst zu wenig, heute zuviel: Stickstoff in Waldlebensgemeinschaften. Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft 66(6), S. 261 - 266 (2006), ISSN 0949-8036

Siehe auch

Limnologie | Gewässer | Ökologie