Ökosystem See: Zonen, Nährstoffkreislauf und Zirkulation

Das Ökosystem See: Aufbau und Zirkulation

Das Ökosystem See ist ein komplexes System, das sich durch Wechselbeziehungen zwischen den Organismen und dem Wasser auszeichnet. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers bestimmen die Lebensbedingungen wesentlich.

Zonen des Sees

Ein See lässt sich in verschiedene Zonen unterteilen, die sich hinsichtlich ihrer Lichtverhältnisse und Lebensbedingungen unterscheiden:

Pelagial (Freies Wasser)

Das freie Wasser wird als Pelagial bezeichnet und ist lichtreich. Hier findet der Großteil der fotosynthetischen Produktion statt.

Benthal (Seeboden)

Der Seeboden, das Benthal, ist lichtarm und wird in zwei Hauptzonen unterteilt:

• Litoral (Uferzone)

  Die Uferzone (*Litoral*) ist der Bereich, in dem Licht bis zum Grund vordringt. Der Grund ist hier durch eine Fülle verschiedener Pflanzen und Tiere gekennzeichnet. Im etwas tieferen Wasser befindet sich die Zone der Pflanzen mit Schwimmblättern, wo eine Vielzahl von Insekten lebt.

• Profundal (Seegrund)

  Der Seegrund (*Profundal*) ist eine lichtfreie Zone, in der keine grünen Pflanzen mehr leben können.

Nährstoffschichten und Abbauprozesse

Innerhalb des Sees gibt es unterschiedliche Schichten, die durch ihre Rolle im Nährstoffkreislauf definiert sind:

Nährschicht und Zehrschicht

Die Nährschicht ist der Bereich, in dem die fotosynthetische Produktion größer ist als der respiratorische Abbau. In der darunter liegenden, dunklen Zone leben heterotrophe Organismen. Da hier abbauende Prozesse überwiegen, wird sie Zehrschicht genannt. Die Lichtkompensationstiefe trennt diese beiden Schichten. In diesem Bereich halten sich auf- und abbauende Prozesse im Gleichgewicht.

Abbauprozesse im See

In Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt herrschen spezifische Abbauprozesse vor:

• Aerobe Zersetzung

  Ist viel Sauerstoff vorhanden, findet ein Abbau durch aerobe Bakterien statt. Dabei entstehen unter anderem Kohlenstoffdioxid (CO₂), Nitrationen, Hydrogenphosphationen und Sulfationen.

• Anaerobe Zersetzung und Faulschlammbildung

  Fehlt Sauerstoff am Grund vollkommen, kommt es zur Faulschlammbildung. Beim Abbau organischer Substanzen durch anaerobe Bakterien entstehen giftige Stoffe für viele Lebewesen, z. B. Schwefelwasserstoff (H₂S) und Ammoniak (NH₃). Zudem wird Methan (CH₄) gebildet. Gelangen diese Stoffe durch Vollzirkulation ins Oberflächenwasser, können die Fische sterben. Ebenfalls entsteht Phosphat, das den pH-Wert senkt.

Ist der See tief, sinken tote Pflanzen und Tiere bis zum Grund, meist schon in mehr oder weniger abgebautem Zustand. In tiefen Seen sind typischerweise:

1. Das Nahrungsangebot gering.
2. Die Besiedlungsdichte gering.
3. Die Sauerstoffzehrung hoch.

In flachen Seen sind diese Faktoren tendenziell höher.

Das Zirkulationssystem des Sees

Das Zirkulationssystem des Sees beschreibt die jahreszeitlichen Veränderungen der Wasserschichten und deren Durchmischung.

Physikalische und chemische Grundlagen

Die Dichte des Wassers ist temperaturabhängig. Wasser hat seine größte Dichte bei 4 °C. Dies ist entscheidend für die Schichtung und Durchmischung des Sees.

Sommerstagnation

Im Sommer erwärmt sich das Oberflächenwasser. In größeren Seen bildet das wärmere Wasser die Deckschicht, da es eine geringere Dichte hat. Die Deckschicht liegt über der kälteren Tiefenschicht und wird durch die Sprungschicht getrennt. Hier sinken Temperatur und Sauerstoffgehalt von oben nach unten. Feste Partikel können von der Deckschicht in die Tiefenschicht absinken; die Durchmischung der Wasserschichten unterbleibt jedoch. Dies nennt man auch Sommerstagnation. Die Deckschicht hat vergleichsweise eine einheitliche Temperatur aufgrund von Wind und Wellen. In der Nacht sinkt abgekühltes Wasser nach unten.

Herbstvollzirkulation

Im Herbst kühlt das Oberflächenwasser weiter ab. Bei 4 °C besitzt das Wasser seine größte Dichte. Es sinkt nach unten, und das wärmere, spezifisch leichtere Tiefenwasser steigt an die Oberfläche. Mit dem Tiefenwasser gelangen die durch Zersetzung freigesetzten Mineralstoffe nach oben. Die Herbstvollzirkulation durchmischt das Wasser des ganzen Sees. Sie endet erst, wenn das gesamte Seewasser eine Temperatur von etwa 4 °C erreicht hat.

Winterstagnation

Im Winter bildet sich über einer tiefen Wasserschicht von 4 °C eine kältere Deckschicht, da Wasser unterhalb von 4 °C leichter ist. Eine Winterstagnation stellt sich ein, wenn sich Eis bildet.

Frühjahrsvollzirkulation

Im Frühjahr tritt die Frühjahrsvollzirkulation ein. Mit steigenden Temperaturen wird das Oberflächenwasser, solange es 4 °C nicht überschreitet, zunächst spezifisch schwerer und sinkt ab. Stürme fördern die Durchmischung, wodurch Mineralstoffe an die Oberfläche gelangen. Dies führt zu einer Vermehrung des Phytoplanktons.