Flüsse und Seen
Wasser ist eine wesentliche Naturressource, die die Grundlage allen Lebens auf der Erde bildet. Alle heute auf der Erdoberfläche existierenden Organismen hatten ihren Entwicklungsursprung im Wasser. Das lebenswichtige Süßwasser ist eine erneuerbare Naturressource — eine Folge des durch die Sonne angetriebenen Wasserkreislaufs. Dennoch gibt es weltweit Probleme mit dem Süßwasser.
Gewässernutzung
Das »Jahrzehnt des Trinkwassers und der Hygiene, der Abwasserreinigung«, seinerzeit von der 35. UNO-Vollversammlung am 10. November 1980 proklamiert, ging 1990 zu Ende. Trotzdem leidet über die Hälfte der Menschheit weiter unter dem Mangel an einwandfreiem Trinkwasser. Rund 80 Prozent aller Krankheiten werden durch den Gebrauch verunreinigten Wassers übertragen. Jährlich sterben deswegen viele Menschen. Schätzungen gehen von 10 bis 25 Millionen aus.
Wasser steht nicht auf allen Erdteilen ausreichend zur Verfügung. Zu den trockensten Regionen der Welt zählt die Ostküste Patagoniens in Südamerika. Es gibt in dieser Region Gebiete, in denen in den letzten 100 Jahren kein Niederschlag mehr gefallen ist. Selbst in Europa ist die Verteilung des Wassers sehr variabel.Zu den trockensten Regionen zählt Südostspanien. Dagegen weisen die Hochgebirgslagen der Alpen, die Westküsten Irlands, Schottlands und der südliche Teil Norwegens Niederschlagsmengen auf, die weit über 2000 Millimeter liegen.
Das Süßwasser ist ein bedeutender Lebensraum für Tiere und Pflanzen. In einem Milliliter können mehr als eine Million Einzelorganismen leben. Das Süßwasser ist auch ein entscheidener Wirtschaftsfaktor. Siedlungsgeographische Untersuchungen haben ergeben, dass sich seit dem Mittelalter vor allem die Städte überaus schnell entwickelt haben, die an einem Fluss oder See gelegen sind. Dies hat seine Gründe in dem großen Nutzungspotenzial der Gewässer (mit den wesentlichen Nutzungsarten: Trinkwasser, Erholung, Fischerei, Natur- und Biotopschutz, Schifffahrt, Brauch- und Bewegungswasser sowie Energiegewinnung).
Umweltbelastungen
Globale Umweltprobleme bedrohen die Grundlagen des Lebens auf der Erde. Dazu gehören im Bereich Wasser die Eutrophierung der Gewässer und Meere durch ständig steigende Nährstoffkonzentrationen, die Versauerung der Gewässer durch den sauren Regen und der weltweite Rückgang der Gewässerflächen durch klimatische Faktoren.
Mit der Verbrennung der fossilen Energieträger Kohle, Gas und Erdöl, die in Hunderten von Millionen Jahren entstanden sind und in nur einigen Hundert Jahren von wenigen Generationen verbraucht werden, kam es zu Veränderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre. Die starke Zunahme der Kohlendioxid-Konzentration und der Eintrag von Staub in die Atmosphäre sind die wichtigsten Steuergrößen für einen Treibhauseffekt. Hierdurch können Temperaturerhöhungen eintreten, die zu verheerenden Auswirkungen auf der Erde führen würden, insbesondere zum Anstieg des Meeresspiegels.
Eine effektive Gegenmaßnahme wäre der schrittweise Umstieg zu regenerierbaren Energiequellen. Eine davon ist die Wasserkraft. Weltweit gibt es große Wasserkraftreserven (schätzungsweise 15 000 Milliarden Kilowattstunden, kWh), von denen die meisten noch ungenutzt sind. Weltweit werden zurzeit nur etwa 2270 Milliarden kWh genutzt. Die größten natürlichen Potenziale existieren in Südamerika (4000 Millionen kWh) und in Asien (7190 Millionen kWh). Für Deutschland wird das noch nutzbare, derzeit aber noch ungenutzte Wasserkraftpotenzial mit etwa 7 bis 15 Milliarden kWh angegeben.
Durch die ständige Weiterentwicklung reiften die Wasserkraftanlagen zum Kraftwerkstyp mit dem höchsten Wirkungsgrad und der längsten Nutzungsdauer. Der Energiegewinn liegt gegenüber dem Energieaufwand um etwa 56 Prozent höher. Diese Zahl wird in der Energiewirtschaft als Erntefaktor bezeichnet und gibt das Verhältnis der in rund 20 bis 30 Jahren erzeugten Energie zum Energieaufwand an. Der Erntefaktor ist ein Indiz für die Effektivität.
Binnenfischerei
Der Fischfang zählt zu den ältesten Erwerbsquellen im Bereich der Nahrungsgüterwirtschaft. Fischereiwirtschaft in Süßwassergebieten wird entweder extensiv als Seen- und Flussfischerei mit Netzen, Reusen, Angeln oder Elektrofischereigeräten betrieben oder intensiv in Teichwirtschaften oder Rinnenanlagen. Mit dem weltweiten Absinken der Fischbestände in den Weltmeeren gewinnt die Binnenfischerei an Bedeutung. Wurden 1950 weltweit 2,5 Millionen Tonnen Fisch im Rahmen der Binnenfischerei gefangen, so erhöhte sich diese Zahl im Jahr 1993 auf 17,2 Millionen Tonnen. Bei einer Verdopplung der Erdbevölkerung wurde die Gesamtfangmenge fast verfünffacht: Die Erträge der Seefischerei konnten in diesem Zeitraum nahezu vervierfacht, die der Binnenfischerei jedoch nahezu versiebenfacht werden.
Die größten bewirtschafteten Binnenfischereiflächen besitzt Asien mit 77,5 % Weltanteil, gefolgt von Afrika mit 10,4 %, Nordamerika mit 3,4 %, Europa mit 2,8 % sowie Australien und Ozeanien mit 0,1 %. Der restliche Anteil von 3,5 % entfällt auf das Territorium der ehemaligen Sowjetunion. Während Chinas Anteil am Gesamtfischfang auf Binnengewässern 1993 42,9 % betrug, entfallen auf wesentlich größere Territorien wie Nordamerika (3,2 %) und Südamerika (2,3 %) deutlich geringere Mengen. Diese Zahlen sollen vor allem verdeutlichen, welche Möglichkeiten die Binnenfischerei für die Welternährung bereithält.
Flüsse, Ströme, Kanäle und Seen besitzen auch ein hohes Transportpotenzial. Sie verbinden wichtige Industriestandorte im Landesinnern mit den Weltmeeren. Selbst wenn in der Binnenschifffahrt heute etwa gleiche Mengen umgeschlagen werden wie in der Seeschifffahrt, so sind in diesem Bereich weltweit noch große Steigerungsraten möglich. Die Binnenschifffahrt ist hinsichtlich energetischer Gesichtspunkte das Transportmittel, das mit dem geringsten Treibstoffverbrauch je Kilometer und Tonne Ladung auskommt. Die Umwelt könnte somit weiter entlastet werden.
Die Flüsse
Wichtigste Voraussetzungen zur Entstehung von Flüssen sind zum einen ein Überschuss des Niederschlagswassers gegenüber der Verdunstung und Versickerung, zum anderen ein Gefälle, damit das Wasser strömen kann.
Fließgewässer können auch in Regionen auftreten, in denen der Niederschlag die Verdunstung und die Versickerung nur jahresperiodisch oder episodisch übertrifft. Dementsprechend lassen sich die Flüsse unterscheiden in perennierende oder permanente Flüsse (ständig oder andauernd Wasser führend), periodische Flüsse (regelmäßig zeitweilig Wassser führend) und episodische Flüssse (unregelmäßig Wasser führend). Das Flusssystem wird durch Wasserscheiden begrenzt. Hierbei werden die Grenzen des Niederschlagsgebietes und des unterirdischen Einzugsgebietes unterschieden.
Die Flüsse unterteilen sich hinsichtlich des Flussverlaufs in Quellregion, Oberlauf, Mittellauf, Unterlauf und Mündung. Die meisten Flüsse besitzen eine Quelle, die durch Grund- oder Sickerwasser gespeist wird. Es gibt aber auch andere Quellregionen, wie etwa Seen, Sümpfe, Inlandeis oder Gletscher.
Die Flüsse der gemäßigten Breiten münden in der Regel in das Meer, in einen See oder in einen anderen Fluss. In den Trockenregionen der Erde treten häufig nur periodi- sche Flusssysteme auf. Dabei unterscheidet man autochthone (eigenbürtige, bodenständige) und allochthone (fremdbürtige, nicht bodenständige) Flüsse.
Autochthone Flüsse sind solche, deren Wassernachschub gewährleistet ist und deren Durch- und Abfluss in der Regel von der Quelle zur Mündung zunimmt. Die allochthonen Flüsse oder Fremdlingsflüsse entspringen in humiden oder nivalen Räumen, fließen in die Trockengebiete hinein und enden in ihnen oder sie fließen durch sie hindurch (zum Beispiel Nil und Niger) und münden dann in das Meer. Die hindurchfließenden Flüsse können durch die Trockengebiete fließen, weil sie sehr große Wassermengen transportieren und/oder der Gesteinsuntergrund sehr dicht ist.
Die Lebensgemeinschaften (Biozönosen) eines Fließgewässers werden durch die Gefälleverhältnisse, die damit verbundene Fließgeschwindigkeit, die Wassermenge und die Schleppkraft des Wassers geprägt. Das Flussgefälle wird in Promille angegeben und resultiert aus der Höhendifferenz zwischen der Quellregion und der Mündung. Hierbei werden das Wasserspiegel- und das Sohlgefälle voneinander unterschieden. Die Gefällesituation ist eine der wesentlichen Einflussgrößen für die Biozönosen. Die Organismen sind an unterschiedliche Stömungsgeschwindigkeiten angepasst. So unterscheidet man den Flussverlauf von der Quelle bis zur Mündung nach dem Auftreten von Hauptfischarten in eine Forellenregion, Äschenregion, Barbenregion, Brachsenregion und eine Kaulbarsch-/Flunderregion (Brackwasser).
Ein weiterer wichtiger Begriff aus der Flussmorphometrie ist die Flussdichte. Sie ist das Verhältnis der Länge aller Wasserläufe eines Einzugsgebietes zu dessen Flächengröße. Die Flussdichte vermittelt so einen Überblick über die Verteilung und Entwicklung der fließenden Gewässer eines Einzugsgebietes. Sie ist abhängig von den klimatischen, geologischen, geomorphologischen sowie pedologischen Verhältnissen.
Zu den wüstenhaften Gebieten zählt man auch die Teile der Landflächen, deren Klima durch Schnee und Eis geprägt wird. Hier übernehmen die Gletscher die Funktion der Wasserläufe, bis sie von der Verdunstung und Ablation aufgezehrt werden. Unter der Gletscherzunge tritt Schmelzwasser aus und vereint sich zu subglazialen Gerinnen, die sich später zu Gletscherbächen vor dem Gletscher vereinen. Damit bestimmen in diesem Gebiet die Gletscher den jahreszeitlichen Verlauf der abfließenden Wassermengen.
Demgegenüber stehen die Gebiete mit einem humiden Klima, in denen die jährliche Niederschlagsmenge größer als die jährliche Verdunstung ist. Sie weisen in Abhängigkeit von klimatischen und geologischen Faktoren hohe Flussdichten auf.
Abflusstypen
Die Fließgewässer selbst werden nach ihrer Größe, dem mengenmäßigen Abfluss, der Größe des Einzugsgebietes, der Flusslänge und der Genese unterschieden in Gerinne, Bäche, Flüsschen, Flüsse, Ströme, Riesenströme, Gräben und Kanäle. Der weltweit dominierende Flusstyp ist der Normaltyp, bei dem das Flusssystem hierarchisch aufgebaut und durch seine zunehmende Verästelung zu den Rändern des Einzugsgebietes hin gekennzeichnet ist. Bekannte Flüsse mit solch einem baumartig verzweigten Aufbau sind beispielsweise Amazonas, Kongo, Elbe, Rhein.
Wichtige Typen sind daneben der Trockengebiets- und der Karsttyp. Der Trockengebietstyp existiert vor allem in den Wüstenregionen der Erde und grenzt an humide oder nivale Regionen an. Die in die Trockengebiete hineinströmenden Flüsse unterliegen einem zweifachen Schicksal. Entweder versiegen sie unter den ariden Verhältnissen oder sie durchströmen diese Gebiete und verlieren dabei große Wassermengen. Der Übertritt von Flüssen aus humiden bis nivalen Regionen (in denen Niederschläge überwiegend oder ausschließlich als Schnee fallen) in die Trockengebiete zeigt folgende Merkmale: Ein zunehmender Mangel an Nebenflüssen führt zu einer geringeren Flussdichte; die Zahl der Nebenflüsse, die den Hauptstrom nicht mehr erreichen, nimmt zu; schließlich kommt es zu einem Fehlen jeglicher Nebenflüsse.
In durchlässigen und zugleich löslichen Gesteinen, vor allem in Kalkgebieten, existiert der Karsttyp. Klüfte und Risse im Gestein werden durch Lösungsprozesse erweitert und zerfurcht. Das Wasser kann in diesen schnell versickern oder versinken. Solche Gebiete heißen Karst. Oberflächlich gesehen existieren im Karst nur sehr wenige Fließgewässer. Im Gegensatz dazu weisen die tief liegenden unterirdischen Hohlräume im Karst eine große Wasserfülle auf. Ein bekanntes Beispiel für den Karsttyp befindet sich in Europa im Dinarischen Karst.
Abflussschwankungen
Ein wichtiges hydrologisches Kennzeichen ist der Abfluss. Er ist als Produkt aus dem Flussquerschnitt und der mittleren Fließgeschwindigkeit definiert. Die Fließgeschwindigkeit unterliegt dabei jahreszeitlich meteorologisch-klimatisch bedingten Schwankungen. In der Regel führen die Flüsse der humiden Klimaregionen im Frühjahr zur Schneeschmelze Hochwasser und zur Sommerzeit bei hohen Verdunstungswerten Niedrigwasser. Zu den Regionen mit der höchsten Hochwassergefahr zählen vor allem die Flussunterläufe und Mündungsgebiete, da das umgebende Land in der Regel nur noch wenig über dem Meeresspiegel liegt und das Gefälle sehr niedrig ist.
Verheerende Überschwemmungskatastrophen treten fast jährlich im Mündungsgebiet der großen Ströme, wie etwa des Brahmaputra, Ganges, Mississippi und Missouri, auf. Aber nicht nur die Riesenströme werden von Hochwasserereignissen heimgesucht. Extreme Hochwassersituationen von fünf bis acht Metern über normal führten Weihnachten 1994 zu verheerenden Situationen am Mittel- und Niederrhein. Ein weiteres bedeutendes Hochwasserereignis trug sich im Juli 1997 an der Oder zu. Der Pegelwasserstand in Eisenhüttenstadt erreichte 715 Zentimeter und lag damit über dem 2,5fachen des Mittelwasserstands von 278 Zentimeter. Die maximalen Abflussmengen betrugen über 2700 Kubikmeter pro Sekunde.
Überschwemmungen sind zum einen natürliche Vorgänge, die auch sehr wichtig sind für die Verbesserung der Bodenqualität und Düngung der angrenzenden terrestrischen Räume (zum Beispiel Niltal und -delta). Zum anderen sind Hochwasserereignisse in der jüngsten Vergangenheit in Europa vor allem vom Menschen beeinflusst. Durch die Begradigung und die Kanalisierung der Fließgewässer, den Verbau der Uferbereiche und die Melioration der Feuchtgebiete gibt es immer weniger Überflutungsflächen, sodass die Ströme und Flüsse auf immer neue Rekordmarken ansteigen und so zu großen Zerstörungen von Städten und Landschaften führen.
Ökologische Grundprinzipien in Fließgewässern
Sauerstoffgehalt, Fließgeschwindigkeit, Schleppkraft und Lichtdurchlässigkeit nehmen vom Ober- zum Unterlauf eines Flusses kontinuierlich ab. Dagegen nehmen die Summe der oxidierbaren Stoffe, der pH-Wert, die Dichte der pflanzlichen Organismen, die Temperaturamplitude und die Schlammablagerung zu.
Die Lebenswelt des Flusses wechselt von Kilometer zu Kilometer, vom Ufer zur Flussmitte und von den Stillwasserbereichen zu den Altwassern. Sowohl Arten der Bachfauna und -flora als auch solche des Sees leben im Mittel- und Unterlauf eines Flusses in geringem Abstand nebeneinander. Die drei wichtigsten Lebensräume sind der Gewässergrund (hier lebt das Benthos, das sind die fest sitzenden oder im Substrat eingegrabenen pflanzlichen und tierischen Organismen), das Freiwasser (vor allem der Lebensraum für die höheren Organismen wie Fische und für das Flussplankton) und die Uferzone oder Litoral (hier leben vor allem Wasserpflanzen, Schnecken und Muscheln).
Fließgewässer waren in der Vergangenheit ein wichtiger Standortfaktor für die Anlage und die Entwicklung von Siedlungen. Eine Ursache dafür war das hohe Selbstreinigungspotenzial, das die Fließgewässerökosysteme aufweisen. Wenn organische, fäulnisfähige Abwässer in einen Fluss eingeleitet werden, entwickeln sich Millionen von Bakterien, Protophyten und Protozoen, die ohne Zutun des Menschen die Belastung eliminieren. Sie oxidieren organische Verbindungen mithilfe des im Wasser gelösten Sauerstoffs, andere Verbindungen werden ausgeflockt und anschließend sedimentiert. Sonnenlicht und Wärme sind die Motoren für die biologische Selbstreinigung.
Nach einem Gesetz von Justus von Liebig beschleunigen sich die Umsatzprozesse, wenn die Temperatur zunimmt. Solange die Abwasserlast und die Selbstreinigungskraft in einem günstigen Verhältnis zueinander stehen, gelingt es den Fließgewässern immer wieder sich zu regenerieren. Dieses Prinzip der Selbstreinigung hat dazu geführt, dass die Flüsse bis zum Beginn unseres Jahrhunderts in Europa und Nordamerika in der Regel nur gering belastet waren, obwohl es noch keine Kläranlagen gab. Erst die immer schneller voranschreitende Industrialisierung und die Entwicklung von Ballungsräumen führten zu viel zu hohen Einleitungskonzentrationen und damit zu einem der größten Umweltprobleme unserer Zeit — der Eutrophierung und der Saprobisierung (Ansteigen der Fäulnisstoffe) der Gewässer.
Neben der Beurteilung der Gewässergüte steht heute die ökomorphologische Strukturvielfalt im Mittelpunkt der Fließgewässerklassifkation. Mit dem Ausbau, den meliorativen Eingriffen in den Landschaftswasserhaushalt und der Begradigung von Fließgewässern sind eine Vielzahl von Strukturen im Gewässerbett zerstört worden. Wichtige Flusselemente, wie beispielsweise Flussmäander, sind begradigt worden, Altwasser wurden zugeschüttet, Retentionsflächen (Rückhalteflächen) sind versiegelt, Sand- und Kiesbänke sind aus der Gewässersohle entfernt worden. Damit sind wertvolle und ökologisch wichtige Lebensräume in der Vergangenheit durch anthropogene Eingriffe vernichtet worden. Ein ökologischer Rückbau der Fließgewässer und die damit verbundene Renaturierung und Revitalisierung ist heute in einigen Landschaften schon unumgänglich.
Die Seen
Seen entstehen in ringsum geschlossenen Hohlformen, die gänzlich oder teilweise, ständig oder zeitweilig mit Wasser gefüllt sind. In geologischem Sinn sind sie kurzlebige, vorübergehende Gebilde. Die Wissenschaft, die sich mit den Seen beschäftigt, ist die Limnologie. Das Wort Limnä stammt aus dem Griechischen und bedeutet See. Die Limnologie als Wissenschaftsdisziplin ist erst knapp 100 Jahre alt. Der Name von August Thienemann als einem der Väter der Limnologie ist untrennbar mit der Entwicklung dieser neuen Wissenschaftsdisziplin verbunden.
Wie viele Seen gibt es auf der Erde? Diese Frage gehört zu den vielen noch ungeklärten. Selbst die Anzahl der Seen Deutschlands ist noch nicht genau bekannt. Hierbei spielt auch das Werden und Vergehen der Seen eine Rolle. Dahinter verbirgt sich die Tatsache, dass die Seen einer natürlichen Alterung unterliegen und nicht immer auf natürliche Art und Weise entstehen.
Die Größe und Tiefe der Seen kann sehr unterschiedlich sein. Die Ursache dafür liegt in der Regel bei der Entstehungsgeschichte. Der größte See ist das Kaspische Meer. Die Flächenangaben in der Literatur schwanken zwischen 371 000 und 436 400 Quadratkilometer. Ursache für solche Differenzen sind die großen Seespiegelveränderungen, die durch klimatische und anthropogene Eingriffe entstanden sind. So hat zum Beispiel der Aralsee durch die Bewässerung der Wüste Karakum schon mehr als ein Drittel seiner Gesamtfläche in den letzten 50 Jahren verloren. Die größte zusammenhängende Süßwassermenge bilden die großen Seen in Nordamerika. Ihre Gesamtfläche beträgt rund 242 000 Quadratkilometer.
Der tiefste See der Erde ist mit 1620 Metern maximaler Tiefe und 730 Metern mittlerer Tiefe sowie einem Volumen von 23 000 Kubikkilometern der Baikalsee. Er ist zugleich auch der älteste See der Erde. Seine Entstehungsgeschichte begann bereits im Präkambrium. Er ist als tektonischer See durch Auseinanderdriften zweier Erdschollen entstanden.
Am Beispiel des Neusiedler Sees in Österreich und Ungarn kann gezeigt werden, dass die Seen sich hinsichtlich ihrer Fläche und Tiefe in relativ kurzer Zeit entscheidend verändern können. So war der Neusiedler See 1868 ausgetrocknet. Heute besitzt er wieder eine mittlere Tiefe von 1,5 Metern und eine Fläche von 183 Quadratkilometern.
Seen treten in allen Klimazonen der Erde auf. Sie sind aber meist nicht gleichmäßig verteilt. In der Regel finden sich die Seen zu mehr oder weniger großen Seengruppen zusammen. Sie prägen häufig ganze Landschaftseinheiten, die dann nach ihnen benannt werden. Zu den Ländern und Regionen, in denen die Landschaft vor allem durch die Vielzahl der Seen geprägt wird, zählen zum Beispiel Finnland, Schweden, Kanada und Norddeutschland. Nur die großen Endseen wie das Kaspische Meer oder der Aralsee sowie große tektonische Seen wie der Baikalsee oder der Balchaschsee kommen als einzelne Seen vor.
Seen treten in der Gebirgsregion genauso auf wie in den Mündungsgebieten der großen Ströme. Selbst in den Hochgebirgen findet man Seen — häufig als Karseen in Höhen von über 3 000 Metern. Zu den bedeutendsten Hochgebirgsseen zählt der in 3812 Meter Höhe gelegene Titicacasee in Südamerika.
Nach der Lage im Flussnetz lassen sich vier verschiedene Seenarten unterscheiden: Flussseen (sie werden direkt von Flüssen durchflossen), Quellseen (am Beginn von Flussläufen auftretende Seen), Endseen (am Ende von Flussläufen befindliche Seen) und Landseen (oberirdisch abflusslose Seen). Ein weiteres Kriterium zur Unterscheidung der Seen ist die Wasserfüllung. Hierbei wird unterschieden zwischen perennierenden Seen, periodischen Seen und episodischen Seen. Die Flussseen in den Tiefländern prägen ebenso deutlich ganze Landschaftseinheiten (etwa die Wolgaflussseen, die Flussseen der Havel) wie andere, etwa glaziär entstandene Seen.
Die Entstehung von Seen
Die Genese der Seebecken kann sehr unterschiedlich sein. Prinzipiell unterschiedet man zwischen anthropogen und natürlich entstandenen Seen. Zu den wichtigsten anthropogen angelegten Seen gehören die Stauseen, die Bergbaufolgeseen und die Teiche. Bergbaufolgeseen entstehen vor allem durch den Abbau von Braunkohle, Sand, Kies, Ton, Torf und Steinen.
Es gibt mehrere Typen von Seen. Weltweit am weitesten verbreitet ist der glaziale See. Seen dieses Typs entstanden in den Abtragungs- und Aufschüttungsgebieten der letzteiszeitlichen Vergletscherung und Inlandeisbedeckung. Kennzeichnend für die Gebirgsvergletscherungsräume sind kesselförmige, heute wassergefüllte Karbecken, die von Gletschereis und damit verbundenen Vorgängen ausgearbeitet wurden (beispielsweise die Karseen der Alpen, des Kaukasus, der Pyrenäen).
Ein weiterer bekannter Seetyp ist der Fjordsee. Für Karelien und Nordamerika typisch ist der Glintsee. Hier sind durch den Eisschurf Wannen in Festgesteinsbereichen angelegt worden. Ihre Becken liegen im Verlauf der Grundgebirgsgrenze der alten Schilde, wie zum Beispiel des Fennoskandischen und Laurentischen Schildes, in den flach aufgelagerten, nicht gefalteten Sedimenten (Ladogasee, Onegasee).
Vielgestaltig und in ihrer Anzahl einmalig sind die glazialen Seen im Aufschüttungsbereich der letzteiszeitlichen Inlandvergletscherung. Von Schottland über Dänemark, Norddeutschland, Nordpolen, die baltischen Republiken, Weißrussland bis nach Karelien erstreckt sich ein weltweit einmaliges Band von Seenlandschaften des Tieflandes. Die Seebecken bildeten sich durch die Wirkung des Schmelzwassers und durch unebene Aufschüttung von Material, das die Gletscher mitführten.
Ein in Europa ebenfalls verbreiteter Seetyp sind die Subrosionsseen. Sie entstehen durch Auslaugungsvorgänge im Untergrund vor allem über Salzstöcken (Salzdiapiren) oder in Karstgebieten. Diese so entstandenen Hohlformen können sich ständig, episodisch oder periodisch mit Wasser füllen. Hierbei spielen Abdichtungsvorgänge oder vorübergehende Verstopfungen eine große Rolle. Bekannte Subrosionsseen sind die Dolinenseen im Dinarischen Karst sowie in Deutschland der Arendsee und der Süße See. Seen dieses Typs können sehr jung sein.
Tektonisch und vulkanisch entstandene Seen zählen zu den größten und tiefsten Seen der Erde. Auf tektonische Aktivität gehen die Seenkette im südlichen Teil Afrikas (Tanganjikasee, Njassasee) und der Baikalsee in Sibirien zurück. Durch vulkanische Eruptionen und Explosionen (Krater und Maare) oder durch nachträglichen Einsturz über Ausbruchszentren (Calderen) entstehen meist kreisrunde, verhältnismäßig kleine und tiefe Hohlformen. Bekannte Calderenseen befinden sich auf den Azoren und in Mittelamerika. In Deutschland sind die unweit von Bonn liegenden Maare der Eifel recht bekannt.
Ökosystem See
Das Ökosystem eines Sees wird durch die Gesamtheit aller biotischen und abiotischen Einflüsse, die in dem jeweiligen Raum vorhanden sind und gemeinsam ein Gefüge bilden, geprägt und beeinflusst. Zu den biotischen, also durch Lebewesen bedingten Parametern gehören die Gesamtzahlen und die Populationsdichten von Pflanzen, von Tieren und von Mikroorganismen (Bakterien und Pilze), die häufig in enger Wechselwirkung miteinander stehen, sich gegenseitig beeinflussen und auf diese Weise ein System bilden. Die biotischen Größen hängen in ihrer Gesamtheit mehr oder weniger stark von den abiotischen Einflüssen ab. Zu diesen zählen vor allem die geographische Lage, die Größe, die Tiefe und die Gestalt des Seebeckens, die zufließende Wassermenge aus dem Einzugsgebiet, die klimatisch-meterologischen Verhältnisse, die Nährstoffsituation und — nicht zu vernachlässigen — die anthropogenen Einflüsse.
Noch vor hundert Jahren gingen die Limnologen davon aus, dass die Seen ein in sich geschlossenes reproduzierbares System darstellen, das zu seiner Erhaltung nur der Sonnenenergie bedarf. Als einer der ersten Wissenschaftler erkannte François A. Forel (1901), dass die Seen nicht als autark betrachtet werden dürfen, sondern dass es Verbindungen zwischen den See-Einzugsgebieten und der Atmosphäre gibt. Heute sind auch die Wechselwirkungen zwischen den See-Einzugsgebieten und dem Gewässer selbst unbestritten.
Nährstoffgehalte von Seen
Die Bioproduktion der Algen und der — mit bloßem Auge deutlich erkennbaren — Makrophyten in einem Gewässer ist außer von der Sonnenenergie, der Temperatur und den morphologischen Gegebenheiten vor allem von dem Angebot an Nährstoffen abhänging. Zu den wichtigsten Pflanzennährstoffen gehören Phosphor und Stickstoff, beide in chemisch gebundener Form. In den meisten Seen Europas wirkt der anorganisch gebundene Phosphor als »Minimumfaktor«, also als der das Wachstum der Algen begrenzender Faktor. Man unterscheidet natürliche Nährstoffquellen und anthropogene Quellen. Zu den Letzteren zählen insbesondere Abwassereinleitungen.
Die Nährstoffe gelangen auf verschiedenen Wegen in das Gewässer: Entweder durch externe Einträge, die diffus oder punktuell sein können, über die Atmosphäre, das Grundwasser oder das Einzugsgebiet — oder aber durch die heute immer bedeutender werdenden internen Einträge durch Rücklösungsprozesse aus den Sedimenten. Die Sedimente kann man sich als das Gedächtnis eines Sees vorstellen — abgelagerte Phosphorfrachten können wieder aufgelöst werden. Solche Nährstoffrücklösungen sind für den Kreislauf des Phosphors von großer Bedeutung.
Die größten Phosphorfrachten stammen aus den unzureichend geklärten Haushalts- und Industrieabwässern sowie aus der Überdüngung der landwirtschaftlichen Nutzflächen. Phosphat kann aber aus dem Nährstoffkreislauf eines Sees eliminiert werden, da es sich an Sedimentteilchen anlagert oder mit Eisen und Calcium reagiert und ausfällt. Im Sediment abgelagert stehen die Phosphorverbindungen für Algen und Wasserpflanzen nicht mehr zur Verfügung.
Einteilung der Seen in Trophieklassen
Um die Gewässergüte in Seen zu beurteilen, wurde der Begriff der »Trophie« eingeführt. In diesem Zusammenhang meint Trophie die Intensität der phototrophen Produktion. Ihre Bestimmung ist sehr zeit- und kostenaufwendig, sodass es sich in der wasserwirtschaftlichen Praxis durchgesetzt hat, den Chlorophyll-a-Gehalt als Biomassegegenwert zu bestimmen. Der Chlorophyll-a-Gehalt ist heute die zentrale Größe für die Trophiebestimmung. Chlorophyll-a ist der grüne Pigmentfarbstoff der Pflanzen, der für die Photosynthese unerlässlich ist.
Die Sichttiefe, gemessen mit einer weißen Secchischeibe, gibt die Eindringtiefe des für die Photosynthese wichtigen Lichtes an. Sie ist somit ein physikalisches Maß, das aber sehr stark durch die Algenproduktion und den Huminstoffanteil im Gewässer geprägt wird. Sichttiefenmessungen lassen sich sehr einfach durchführen und haben den Vorteil, dass die Messergebnisse relativ unkompliziert gewonnen werden können und sich zudem weltweit miteinander vergleichen lassen. Die Sichttiefen schwanken zwischen wenigen Zentimetern (Steinhuder Meer) und über 40 Metern im Crater Lake (Oregon).
August Thienemann entwickelte in seinen Untersuchungen an den Eifelmaaren unter anderem die Typisierung der Standgewässer anhand ihrer trophischen Beschaffenheit. Danach unterscheidet man heute die fünf Trophieklassen oligotroph, mesotroph, eutroph, polytroph und hypertroph. Die Seenklassifikation ist noch heute ein Katalysator für die Entwicklung der angewandten Gewässerökologie. Der Wunsch, die Seen weltweit zu vergleichen und nach länderübergreifenden Überwachungssystemen zu schützen, setzt sie voraus. Dabei besteht die Schwierigkeit darin, die Vielzahl der Einflussfaktoren auf ein Seeökosystem richtig zu verknüpfen und zu quantifizieren.
Zu den weltweit bedrohten Ökosystemen gehören die oligotrophen Seen. Sie sind durch ihre Nährstoffarmut gekennzeichnet. Das Phytoplankton kann sich deswegen nur spärlich entwickeln. Die geringe Produktion insgesamt führt dazu, dass die absterbenden Phytoplankton- und Tierreste während der Sommerstagnation nicht den Sauerstoffvorrat in der Tiefe aufzehren. Am Seegrund lebt eine artenreiche Fauna, die auf den Sauerstoff zur Atmung angewiesen ist. Demgegenüber besitzen die eutrophen bis hypertrophen Seen zum Ende der Sommerstagnation keinen Sauerstoff mehr; sie bieten dem komplexen Ökosystem dann kurzzeitig keinen Lebensraum mehr. Vom oligotrophen zum hypertrophen Zustand nehmen die Nährstoffkonzentrationen, die Primärproduktion (also die Erzeugung von Biomasse) und die Chlorophyll-a-Gehalte kontinuierlich zu sowie die Sichttiefe und der Sauerstoffgehalt im Tiefenwasser signifikant ab.
Neben den oligotrophen Seen gibt es einige wenige ultraoligotrophe Seen wie den Lake Tahoe (an der Grenze zwischen Nevada und Kalifornien) und den Crater Lake in Oregon. Weitere ultraoligotrophe Seen gibt es daneben noch in Nordamerika, Finnland und Karelien. Auch der tiefste See der Erde, der Baikalsee in Sibirien, gilt als ultraoligotroph. Durch die Zunahme der Abwässer aus der Celluloseindustrie und das mit der Veränderung der politischen und wirtschaftlichen Verhältnisse in Russland einhergehende mangelnde Umweltbewusstsein zählt er heute zu den besonders bedrohten Ökosystemen der Erde.
Die ökologischen Probleme der stehenden und fließenden Gewässer sind weltweit sehr vielfältig. Sie reichen von der Versauerung über die Vergiftung, die Eutrophierung, die Veränderung der hydrologischen Situation, die Versalzung bis zum völligen Verschwinden. Die wesentlichen Problemfelder in Mitteleuropa sind die Eutrophierung, sprich das Überangebot von Nährstoffen (Phosphor und Stickstoff) in Seen und die Saprobisierung (Zunahme der Fäulnisstoffe) in Fließgewässern.
Prof. Dr. Joachim Marcinek/Dr. habil. Olaf Mietz
Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:
Grundwasser: Herkunft, Neubildung, Bedeutung
Mineraldüngung und Pflanzenschutzmittel
Grundlegende Informationen finden Sie unter:
Hydrosphäre: Wasser und der Wasserkreislauf
Literatur:
Barthelmes, Detlev: Hydrobiologische Grundlagen der Binnenfischerei. Stuttgart 1981.
Herrmann, Reimer: Einführung in die Hydrologie. Stuttgart 1977.
Jung, Georg: Seengeschichte. Entstehung, Geologie, Geomorphologie, Altersfrage, Limnologie, Ökologie. Neuausgabe Landsberg am Lech 1994.
Schönborn, Wilfried: Fließgewässerbiologie. Jena u. a. 1992.
Wilhelm, Friedrich: Hydrogeographie. Grundlagen der allgemeinen Hydrogeographie. Braunschweig 31997.