In einem intakten Gewässer halten sich der Stoffaufbau durch Produzenten und der Stoffabbau durch Destruenten in einem Gleichgewicht. Wird dieses Gleichgewicht durch den Zufluss von Biomasse gestört, kann es zu einer Eutrophierung des Gewässers kommen.
Unter Eutrophierung versteht man eine gesteigerte Nährstoffanreicherung in einem Ökosystem. Meistens verwendet man den Begriff in Bezug auf Gewässer, die durch menschliches Handeln mit unnatürlich vielen Nährstoffen belastet werden.
Destruenten sind Lebewesen, die organische Substanzen in anorganische umwandeln. Deswegen werden sie häufig auch als Zersetzer bezeichnet. Beispiele für Destruenten wären Bakterien und Pilze sowie Insekten und Würmer.
Vorgang der Eutrophierung
Bei der Eutrophierung sind verschiedene Schritte notwendig. In Abbildung 1 ist der Prozess der Eutrophierung grafisch dargestellt.
Abbildung 1: Prozess der EutrophierungQuelle: klassewasser.de
Selbstreinigungsprozess
Gewässer besitzen die Fähigkeit der Selbstreinigung. Gelangt für eine kurze Zeit eine kleine Menge an Biomasse, wie z.B. fallendes Laub im Herbst, in das Gewässer, wird diese von den Destruenten mineralisiert. Unter diesen Bedingungen vermehren sich die Destruenten, weshalb sie mehr Sauerstoff benötigen. Daraufhin wachsen mehr Pflanzen, um mehr Sauerstoff bereitstellen zu können. Dieser Prozess beschreibt die Selbstreinigung des Gewässers.
Erhöhung des Nährstoffgehalts
Kommt aber zu viel organisches Material oder Düngemittel in das Gewässer, reicht dessen Selbstreinigungskraft nicht mehr aus und es kommt zur Eutrophierung des Gewässers. Da der Nährstoffgehalt des Wassers nun viel höher ist, vermehren sich Wasserpflanzen, vor allem Phytoplankton, rasant.
Vermehrte Sauerstoffbildung & Pflanzenwachstum
Infolgedessen kommt es zu einer vermehrten Sauerstoffbildung – das Gewässer ist mit Sauerstoff gesättigt. Dies sind wiederum ideale Wachstumsvoraussetzungen für Zooplankton und andere Pflanzenfresser, die sich jetzt auch schnell vermehren und einen Großteil des Sauerstoffs verbrauchen. Ist wenig Sauerstoff im Wasser vorhanden, bildet sich das lösliche Eisen(II)-phosphat, welches das Pflanzenwachstum zusätzlich fördert.
In sauerstoffhaltigen Gewässern bildet sich durch die Ablagerung von Eisen und Phosphat Eisen(III)-phosphat. Dieses kann von den Pflanzen nicht aufgenommen werden. Unter Sauerstoffmangel wird dreiwertiges Eisen zu zweiwertigem reduziert – es entsteht Eisen(II)-phosphat. Dieses kann von den Pflanzen aufgenommen werden.
Dabei ist vor allem das Phosphat wichtig für das Pflanzenwachstum. Es ist ein wichtiger Energieträger und in alle essentiellen Stoffwechselvorgänge einer Pflanze integriert. Zudem verbessert Phosphat das Wurzelwachstum und sorgt mit für den Aufbau einer Zellmembran sowie anderen wichtigen Zellfunktionen.
Bildung von Biomasse
Vergeht weitere Zeit, stirbt der Großteil des Phytoplanktons und der anderen Organismen ab. Dadurch kommt es zu einer Ansammlung von toter Biomasse am Grund des Gewässers, welche dann von aeroben Destruenten abgebaut wird. Diese Destruenten vermehren sich auch stark und verbrauchen den Rest des Sauerstoffs im Wasser.
Biomasse bezeichnet im Kontext der Eutrophierung alle lebenden, toten sowie bereits zersetzten Organismen in einem Lebensraum.
Aerob stammt aus dem griechischen und kann mit "Luft" übersetzt werden. Das Gegenteil von aerob ist anaerob, was "ohne Luft" bedeutet. Ein aerobes Lebewesen ist demnach ein Organismus, der Sauerstoff zum Überleben benötigt.
Produktion von Faulschlamm
Nun sind nur noch anaerobe Abbauprozesse durch Destruenten möglich, bei denen giftige Stoffe wie Schwefelwasserstoff und Ammoniak produziert werden. Das Abbauprodukt der am Boden angesammelten Biomasse nennt man auch Faulschlamm.
Faulschlamm bildet sich dann, wenn ein Gewässer zu viel Biomasse enthält. Dies ist der Fall, wenn die Biomasse von den Lebewesen im Gewässer nicht mehr vollständig abgebaut werden kann.
In dieser Masse existiert kein Sauerstoff mehr, da dieser im Zuge der Produktion der Biomasse bereits vollständig verbraucht wurde. Hier können deshalb nur noch anaerobe Destruenten aktiv werden. Diese sorgen dafür, dass das Gewässer aus dem Gleichgewicht gerät. Der See wird nun als "umgekippt" bezeichnet.
Das "Umkippen" eines Gewässer heißt nicht prinzipiell, dass alle Lebewesen in diesem getötet werden. Der Begriff bezeichnet eher das entstandene Ungleichgewicht in einem Gewässer infolge des Sauerstoffmangels, der durch die Nährstoffanreicherung ausgelöst wird.
Ursachen der Eutrophierung
Es gibt eine Reihe von Ursachen für die Eutrophierung eines Gewässers. Der Großteil dieser Ursachen ist auf den Menschen zurückzuführen.
Abwasser
Abwasser enthält viele Phosphate, welche als Nährstoffe für Pflanzen dienen. Gelangt dieses Abwasser ungeklärt in ein Gewässer, kann es zu einer Eutrophierung kommen.
Dünger aus der Landwirtschaft
Wenn landwirtschaftlich genutzte Flächen überschwemmt werden, gelangt die mit Dünger angereicherte Erde durch Abflüsse in Gewässer, wo die enthaltenen Mineralstoffe das Pflanzenwachstum beschleunigen.
Fisch- und Vogelfutter
Fischfutter und auch andere Lebensmittel sind nährstoffreich und werden von Bakterien abgebaut. Das passiert jedoch nur unter Sauerstoffverbrauch, wodurch das Risiko einer Eutrophierung wieder steigt.
Phosphatfalle
In Gewässern wird, wenn Sauerstoff vorhanden ist, Phosphat zu Eisen(III)-Phosphat umgewandelt, das im Sediment des Gewässers eingelagert wird. Diesen Vorgang nennt man Phosphatfalle. Dadurch kann es nicht von Phytoplankton als Nahrung verwendet werden. Hat das Gewässer aber wenig Sauerstoff, reduziert sich das Eisen(III)-Phosphat wieder zu Phosphat und kann von Phytoplankton aufgenommen werden. Dieses kann sich dann stark vermehren.
Urin
Zuletzt kann eine Eutrophierung auch durch zu viel Urin im Wasser entstehen. Dies ist vor allem ein Problem bei Seen, die von Menschen zum Baden genutzt werden. Urin enthält einige natürliche Nährstoffe und kann wiederum auch das Pflanzenwachstum in Seen fördern.
Folgen der Eutrophierung
Die Eutrophierung eines Gewässers kann drastische Folgen für das Ökosystem haben.
Grünfärbung
Eine Folge der Eutrophierung ist die Grünfärbung des Gewässers. Dies geschieht durch die drastische Vermehrung von Phytoplankton. Das Phytoplankton gibt dem eutrophierten Gewässer seine Farbe.
Vermehrung von Algen
Durch die Zuführung von Biomasse in ein Gewässer vermehrt sich aber nicht nur Phytoplankton. Auch Algen und andere Wasserpflanzen können besser wachsen und vermehren sich schlagartig.
Die Eutrophierung kann eine sogenannte Algenblüte auslösen. Es ist also ein Prozess, bei dem sich Algen, Phytoplankton und andere Wasserpflanzen stark vermehren und aufblühen.
Vergiftung des Wassers
Durch den Rückgang von Sauerstoff in Gewässern sind nur noch anaerobe Destruenten in der Lage, die Biomasse zu verarbeiten. Beim anaeroben Prozess werden dabei aber Gifte wie Ammoniak, Methan oder Schwefelwasserstoff produziert, die das Wasser und die darin lebenden Tiere vergiften.
Massensterben
Die Eutrophierung eines Gewässers führt im Extremfall zum Massensterben der darin lebenden Tierarten. Dies geschieht entweder durch Sauerstoffmangel, da die Destruenten beim Abbauen von Biomasse viel Sauerstoff verbrauchen, oder durch Vergiftung, falls die Destruenten den kompletten Sauerstoff bereits verbraucht haben und somit nur noch Gifte beim Abbauen von Biomasse produzieren.
Eutrophierung verhindern
Es gibt eine Reihe von Maßnahmen, um der Eutrophierung von Gewässern entgegenzuwirken.
Sauerstoffeinleitung
Durch Einleitung von Sauerstoff in einen eutrophierten See kann der Sauerstoffgehalt kurzfristig wieder ausgeglichen werden. So können die Lebewesen, die dort beheimatet sind, für eine bestimmte Zeit weiter überleben, bis das Gewässer sich wieder erholt hat.
Verringerung von Licht
Eine weitere Gegenmaßnahme ist die Verringerung der Lichteinstrahlung auf das Gewässer. Dadurch wird die Photosynthesegeschwindigkeit des Phytoplanktons gebremst. So wird weniger Sauerstoff bereitgestellt, was das Wachstum des Phytoplanktons und anderer Pflanzen hemmt.
Biomasse
Durch die Entfernung von toter Biomasse aus dem See kann eine Eutrophierung ebenfalls verhindert werden. Somit wird ein sauerstoffzehrender Abbau der toten Organismen verhindert.
Faulschlamm
Eine andere Maßnahme bei weit fortgeschrittenen Eutrophierung ist das Entfernen von Faulschlamm. Wenn das Gewässer im Herbst oder Frühling zirkuliert, kann so eine Vergiftung vermieden werden, da die Giftstoffe nicht mehr am Grund des Sees liegen und durch die Zirkulation verteilt werden.
Phosphat
Durch die Phosphatfalle wird Eisen(III)-Phosphat am Grund des Sees gebunden. Ist aber kein Sauerstoff mehr im Wasser vorhanden, wird dieses wieder zu Phosphat umgewandelt, was als Nahrungsquelle für Phytoplankton zählt und so zu Eutrophierung führen kann. Entfernt man das gebundene Eisen(III)-Phosphat aber, kann es nicht mehr freigesetzt werden.
Chemische Mittel
Zuletzt können auch chemische Mittel in einem See verwendet werden, um das Algenwachstum einzudämmen. Dies könnte aber negative Auswirkungen auf andere Organismen im See haben.
Eutrophierung - Das Wichtigste
Unter Eutrophierung versteht man ein Überangebot von Nährstoffen in einem Ökosystem.
Unter anderem kann es zu großen Artensterben in eutrophierten Gewässern kommen. Das passiert entweder durch Sauerstoffmangel, da die ganzen Pflanzen den kompletten Sauerstoff verbrauchen, oder durch Vergiftung, wenn ein anaerober Abbau von Biomasse eintritt.
Meistens ist bei einer Eutrophierung eine menschliche Ursache der Grund, z. B. durch Ableitung von Abwasser und Düngemitteln in einen See.
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