Name: Lisa Hohmann, 2020-06

Eutrophierung

Die Eutrophierung wird durch Überdüngung, also der unerwünschten Zunahme an Nährstoffen in einem aquatischen Ökosystem, charakterisiert. Diese Überdüngung kann sowohl durch den Menschen, menschliche Einflüsse aber auch durch natürliche Prozesse entstehen. Normalerweise liegt in den entsprechenden Ökosystemen, wie beispielsweise Bächen, Flüssen und Seen, ein biologisches Gleichgewicht vor. Die Produktion von Nährstoffen entspricht dem Verbrauch der Konsumenten. Das Ökosystem ist von der Umgebung stofflich unabhängig und besitzt die Fähigkeit zur Selbstregulation. In Normalfall verfügt das Gewässer über eine biologische Selbstreinigungskraft.

In allen Gewässern kommt es aufgrund abgestorbener Pflanzenteile, verendeten Tieren etc. zu Verunreinigungen. Diese bestehen aus organischen Verbindungen wie Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten. Die großen Teile von Pflanzen und Tieren werden von den Uferpflanzen abgefangen, während die kleineren auf den Grund des Gewässers sinken. Dort werden sie entweder gefressen oder zerfallen mit der Zeit.

Bei vorhandener Wasserzirkulation werden die gelösten Partikel durch Sand- und Kiesschichten des Gewässers gefiltert. Im weiteren Verlauf kommt es durch Bakterien und Pilze zur Zersetzung dieser Partikel. Unter Sauerstoffverbrauch entstehen hier Kohlstoffdioxid, Wasser und Mineralstoffe. Die Mineralstoffe begünstigen wiederum das Pflanzenwachstum, wodurch wieder neuer Sauerstoff entsteht. Somit werden Verunreinigungen der Gewässer von den vorhandenen Organismen verarbeitet. Das Wasser bleibt sauber und klar, die natürliche Selbstreinigung funktioniert.

Es gibt 4 verschiedene Seentypen, die sich hinsichtlich ihres Nährstoffgehaltes unterscheiden.

• Oligotroph (geringe Menge an Mineralstoffen, geringe Primärproduktion, große Sichttiefe, nahezu vollständiger Abbau der Biomasse, wenig Sauerstoffverbrauch)

• Mesotroph (mittlere Menge an Mineralstoffen, geringe Sichttiefe von 1-2 Metern, ausgeglichenes Verhältnis von Sauerstoffverbrauch und -herstellung)

• Eutroph (sehr produktiv, Sichtweite von weniger als 1 Meter, Entstehung von Faulschlamm und anaeroben Verhältnissen in den Sommermonaten)

• Hypertroph (massive Menge an Mineralstoffen, Sichttiefe von nur wenigen Zentimetern, alle Merkmale der eutrophen Gewässer in stark ausgeprägter Form)

Ökologischer Kreislauf in einem Gewässer

Abwässer können das Ökosystem in den Gewässern aber immens stören. Aufgrund der Zufuhr von Abwässern entsteht eine Fremdverunreinigung der Gewässer. Bei geringen und nicht toxischen Abwassermengen kommt es zur Entwicklung von vielen Mikroorganismen in der Nähe der Verunreinigung. Unter Sauerstoffverbrauch setzen die Mikroorganismen Mineralstoffe frei. Dadurch wird das Pflanzenwachstum gefördert und Konsumenten angezogen. Konsumenten sind Verbraucher und der Begriff für alle atmenden (heterotrophen) Lebewesen. Sie sind auf die Produkte der Produzenten für ihren Stoffwechsel angewiesen.

Produzenten wiederum sind Lebewesen, die Photosynthese betreiben. Dennoch hat die Selbstreinigung der Gewässer natürliche Grenzen. An der folgenden Grafik soll die Eutrophierung erklärt werden. Die abgestorbene Biomasse sinkt auf den Boden des Gewässers und wird anschließend von den dort vorhandenen Mikroorganismen zersetzt. Dieser Vorgang ist aerob, d.h. es wird Sauerstoff benötigt.

Je mehr Biomasse versetzt werden muss, desto höher ist auch der Sauerstoffverbrauch. Hier kann es zu einer negativen Sauerstoffbilanz kommen, da mehr Sauerstoff verbraucht wird, als durch andere Lebewesen produziert wird. Während Lebewesen, die auf Sauerstoff angewiesen sind, hier nicht mehr leben können, vermehren sich die Lebewesen, die mit wenig oder sogar ohne Sauerstoff leben können, noch mehr. Es kommt zu anaeroben (ohne Sauerstoff) Abbauvorgängen, bei denen durch Fäulnisbakterien u.a. giftige Gase entstehen können.
Das Gewässer beginnt umzukippen. Es fängt an zu faulen und zu riechen, die Farbe des Gewässers ändert sich in trübe Brühe und es kommt zur Algenbildung. Im schlimmsten Fall kommt es zu Fischsterben und es ist kaum noch Leben in dem Gewässer möglich.

Zonierung See und Eutrophierung

Mögliche Ursachen/Faktoren für eine Eutrophierung:

1. Zufuhr von anorganischen Stoffen/ Salzen (z.B. Phosphat, Nitrat etc. aus Haushaltsabwässern):

Hier kommt es zu verstärktem Algenwachstum und einer daraus resultierenden Zunahme der Biomasse. Durch die Abbauvorgänge entsteht ein erhöhter Sauerstoffbedarf, was wiederum zu Sauerstoffschwund führt. Je mehr organische Stoffe abgebaut werden, desto mehr sinkt die Sauerstoffkonzentration.

Die aeroben Organismen sterben ab, während die anaeroben Organismen, z.B. Fäulnisbakterien, zunehmen. Durch den unvollständigen Abbau der Biomasse kommt es zur Bildung von Fäulnisschlamm und giftiger Faulgase. Hier kann es zum Absterben der Organismen und somit zum „biologischen Tod“ des Gewässers kommen. Man spricht auch vom „Umkippen“ eines Gewässers. Dieses Risiko des „Umkippens“ besteht hauptsächlich für stehende Gewässer. In Fließgewässern besteht durch die ständige Bewegung und Durchmischung eine geringe Auswirkung der hohen Phosphatkonzentration.

2. Zufuhr von abbaubaren organischen Stoffen aus Haushaltsabwässern (z.B. Fäkalien):

Hier kommt es zu einer starken Zunahme des Destruentenwachstums. Destruenten sind Organismen, die energiereiche organische tierische oder pflanzliche Substanzen in energiearme anorganische Einzelteile, z.B. Kohlenstoffdioxid, Wasser und Mineralstoffe abbauen. Aus diesem Grund werden sie auch als Zersetzer oder Zerkleinerer bezeichnet.

3. Systemfremde Stoff- oder Energiezufuhr (z.B. Düngemittelausschwemmungen aus der Landwirtschaft):

Hier gelangen Giftstoffe und Schwermetalle, z. B. Quecksilber, Blei, Cadmium und radioaktive Substanzen, überschüssige Pflanzenschutzmittel und Düngemittel in die Gewässer. Diese Zufuhr hat eine toxische Wirkung für die Lebewesen in den Gewässern, da sich die Stoffe in der Nahrungskette anreichern. Es kommt zur Vergiftung des Gewässers und zur Denaturierung der Enzyme, die dadurch ihre biologische Funktion verlieren.

4. Lokale Katastrophen (z.B. Niedrigwasser, hohe Temperaturen, nächtlicher Ausfall der Photosynthese):

Hier kommt es aufgrund systemfremder Energie zur Störung des biologischen Gleichgewichts von Gewässern. Mit zunehmender Temperatur sinkt die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser. Je wärmer das Wasser ist, desto sauerstoffärmer wird es auch. Es kommt zu einer thermischen Belastung durch Wärme. Die biologische Selbstreinigungskraft nimmt mit steigender Temperatur ab. Es kommt zur Schädigung von Lebewesen, die an kaltstenotherme Bedingungen gebunden sind. Das heißt, sie können nur bei bestimmten Temperaturen leben. Wenn dieser Toleranzbereich überschritten wird, kommt es u.U. zu Fischsterben.

Um der Eutrophierung entgegen zu wirken, können u.a. folgende Maßnahmen ergriffen werden:

1. Einleitung von Sauerstoff in das Gewässer führt dazu, dass die vorhandenen Lebewesen aufgrund des Sauerstoffmangels nicht verenden

2. Entfernung des Faulschlamms am Grund des Gewässers um eine Vergiftung zu umgehen

3. Einsatz chemischer Mittel zur Reduzierung des Algenwachstums; dies kann sich jedoch nachteilig auf die vorhandenen Lebewesen im Gewässer auswirken

4. Entfernung der Biomasse, da es bei deren Abbau zu sauerstoffverbrauchenden Prozessen käme