Biologie chemische Parameter eines Sees im Jahresverlauf?
Was ist die Frage?
Die Aufgabe steht unter der Abbildung
1 Antwort
Moin,
man sieht vier Diagramme (A bis D), in denen die Wassertiefe über der Temperatur (obere Skala) bzw. den Konzentrationen von verschiedenen Ionen (Phosphat, Ammonium, Nitrat) sowie von Sauerstoff (untere Skalen) aufgetragen ist. Um die Diagramme den vier Jahreszeiten zuordnen zu können, ist zunächst ein Blick auf Temperaturen hilfreich.
In Diagramm A herrscht in allen Wasserschichten eine relativ einheitliche Temperatur von circa 11° C. In Diagramm B herrschen dagegen im oberen Bereich des Sees Temperaturen zwischen 1 und 2° C, während die Temperaturen am Grund um 4°C liegen. In Diagramm C sind die Temperaturen in allen Wasserschichten noch einmal relativ konstant und liegen um 7,8° C. Die Temperaturen in Diagramm D sind dazu im Vergleich sehr unterschiedlich verteilt: in der Nährschicht (im Epilimnion) liegen sie relativ konstant bei 22,5° C, sinken dann in der Sprungschicht (Mesolimnion) von 22° C auf etwa 16° C, während sie in der Zehrschicht (Hypolimnion) noch einmal etwas stärker auf etwa 8° C absinken. Allein mit diesen Daten kann man folgende Zuordnung treffen:
Diagramm A repräsentiert die Verhältnisse im See im Herbst. Die niedrigeren Lufttemperaturen an Herbsttagen kühlen das Wasser bereits aus, aber weil das Wasser vom gerade vergangenen Sommer noch gewärmt ist, und weil die Herbstzirkulation bereits erfolgte, liegt die Temperatur noch relativ hoch bei konstanten 11° C.
Diagramm B zeigt die Verhältnisse im Winter. An der Oberfläche ist das Wasser sehr kalt, weil die Lufttemperaturen im Winter auch frostig sein können und das Wasser noch stärker abkühlen. Zum Grund hin steigt die Temperatur wieder an, weil Wasser aufgrund seiner Dichteanomalie bei 4° C seine größte Dichte hat. Das ist auch der Grund, warum keine Zirkulation des Wassers stattfindet (Winterstagnation).
Diagramm C gehört dann zur Jahreszeit Frühling. Auch in dieser Jahreszeit findet wie im Herbst eine Wasserzirkulation statt. Nachdem sie erfolgt ist, liegen die Temperaturen um einen einheitlichen Wert herum (hier knapp 8° C). Zwar werden die Tage im Frühling wieder länger und sind wärmer, so dass sich das Wasser im See erwärmt, aber das Wasser ist vom vorangegangenen Winter noch ausgekühlt, weshalb die Temperatur unter der liegt, welche die Herbstzirkulation gleichmäßig verteilte (vergleiche Diagramm A).
Für Diagramm D bleibt dann nach dem Ausschlussprinzip nur noch der Sommer übrig. Aber das wird auch durch die Temperaturverteilung bestätigt. Die Sonneneinstrahlung erwärmt die obere Wasserschicht auf Werte über 20° C. In der Sprungschicht fällt diese Temperatur dann und am Grund, bis wohin die Wärmestrahlung der Sonne nicht mehr hinab reicht, fällt die Temperatur noch stärker.
Nach der Zuordnung der Diagramme zu den Jahreszeiten, lassen sich auch die Stoffverteilungskurven gut erklären:
Im Herbst (Diagramm A) sind durch die Zirkulation auch die Ionenkonzentrationen gleichmäßig verteilt. Der Sauerstoffgehalt ist relativ niedrig (um 0,6 mg/L), die Ammoniumionenkonzentration dagegen relativ hoch (um 1 mg/L). Das lässt auf Sauerstoff verbrauchende Abbauvorgänge in der Zehrschicht während der vorangegangenen Jahreszeit (Sommer) schließen. Unter zunehmend anaerober werdenden Bedingungen haben hier Destruenten organische Stoffe abgebaut und Phosphate (circa 4,5 mg/L) sowie Ammoniumionen freigesetzt. Unter aeroben Verhältnissen wären die Ammoniumionen zu Nitrationen oxidiert worden. Dementsprechend ist die Nitrationenkonzentration geringer (zwischen 0,3 mg/L am Grund und 0,4 mg/L an der Oberfläche).
Im Winter (Diagramm B) bleibt die Konzentration der einzelnen Stoffe wegen der sogenannten Winterstagnation einigermaßen gleichmäßig verteilt. Die Restaktivität der Algen im Herbst hat dafür gesorgt, dass der Sauerstoffgehalt wieder angestiegen ist (auf etwa 4 mg/L in der Nährschicht bis gute 2 mg/L in der Zehrschicht). Die nunmehr wieder einigermaßen aeroben Bedingungen führen auch dazu, dass die Ammoniumionen von nitrifizierenden Bakterien zu Nitrationen oxidiert werden konnten. Dadurch haben sich beide Werte einander angenähert (und liegen nun beide um 1 mg/L). Dass beide Werte größer sind als im Herbst, lässt auf weitere Abbauprozesse in der Zehrschicht schließen. Der Phosphatgehalt ist dagegen mit dem im Herbst vergleichbar. Das liegt daran, dass trotz weiterer Abbauprozesse gelöste Phosphate wegen der wieder besser gewordenen aeroben Bedingungen zu unlöslichen Phosphaten werden, darum ausfallen, schließlich sedimentieren und so dem Seewasser entzogen werden.
Im Frühling (Diagramm C) nimmt der Sauerstoffgehalt im Tiefenwasser (Hypolimnion) ab, was auf den Beginn von aeroben Abbauvorgängen schließen lässt („Winterleichen“). Phosphat-, Ammonium- und Nitratkonzentrationen sind stark gesunken (Phosphat nahe 0,1 mg/L; Ammonium liegt um 0,3 mg/L und Nitrat zwischen 0,55 und 0,65 mg/L). Das kann damit erklärt werden, dass nun wieder ein vermehrtes Pflanzenwachstum stattfindet und alle drei Ionen dabei von Pflanzen aufgenommen werden (Dünger). Die Schwankungen in den Konzentrationskurven vom Sauerstoff-, Ammonium- und Nitratgehalt lassen den Beginn der Ausbildung einer Sprungschicht erkennen.
Im Sommer (Diagramm D) herrscht die Sommerstagnation. Dabei ist eine Wasserzirkulation nur in temperaturgleichen Schichten möglich. In der Nährschicht ist der Sauerstoffgehalt hoch (etwa 3 mg/L), weil hier fotosynthetische Prozesse im vollen Gang und die Atemprozesse im Vergleich dazu deutlich geringer sind. In der Sprungschicht (zwischen 3 und 6 m Wassertiefe) findet zunehmend weniger Fotosynthese statt, weil das Licht immer schlechter in diese Regionen vordringen kann. Darum fällt hier auch die Sauerstoffkonzentration ab (auf 0,2 mg/). In der Sprungschicht halten sich die Atmung der Organismen und die Fotosynthese der grünen Pflanzen insgesamt etwa die Waage.
In der Zehrschicht (ab 6 m Wassertiefe) überwiegt dann die Atmung, weshalb der Sauerstoffgehalt nochmals abfällt. Ab 7 m Wassertiefe herrschen dann nahezu anaerobe Bedingungen. Das lässt sich auch an den Kurvenverläufen der Nährsalze Phosphat, Ammonium und Nitrat ablesen. Da im Hypolimnion Abbauprozesse unter Sauerstoffmangel erfolgen, entstehen viele Phosphat- (keine Sedimentation mehr) und Ammoniumionen. Letztere werden nicht zu Nitrationen oxidiert.
Zusatzinformation
Die starken Schwankungen aller Stoffe lassen erkennen, dass es sich um einen eutrophen See handelt. In einem oligotrophen See wäre der Sauerstoffgehalt gleichmäßiger hoch und weniger schwankend gewesen, während eine geringere Artenvielfalt auch den Auf- und Abbau von organischem Material und damit die Bildung und den Verbrauch von Phosphat- und Nitrationen gleichmäßiger hätte aussehen lassen. Das Auftreten von Ammoniumionen wäre auch weit geringer gewesen, weil die ständige Anwesenheit von Sauerstoff die ständige Oxidation zum Nitrat ermöglichen würde.
Alles klar?
LG von der Waterkant