Das komplexe Ökosystem unserer Gewässer.
Wenn wir die Qualität unserer Gewässer verbessern wollen, müssen wir vor jeder Maßnahme das komplexe Ökosystem unserer Gewässer verstanden haben.
Ökosysteme
Vor jeder Maßnahme muss das komplexe Ökosystem verstanden werden
Wenn wir die Qualität unserer Gewässer verbessern wollen, müssen wir vor jeder Maßnahme das komplexe Ökosystem unserer Gewässer verstanden haben.
aquamotec-Anlagen wurden für den Problemfall der Stillgewässer entwickelt.Stillgewässer sind Seen ohne einen Zufluss und Abfluss, so sind Baggerseen typische Stillgewässer. Ihr Problem: Nährstoffe in Form von Düngemittelresten der umliegenden Felder, absterbende Pflanzenteile oder Laubfall im Herbst verbleiben im See und verschlechtern kontinuierlich die Wasserqualität.
Abhilfe schafft die natürliche Zirkulationsströmung des Wasserkörpers und zusätzlich die durch die Jahreszeiten bedingte Zirkulation.In vielen Fällen reicht dies nicht aus und bedingt weitere Maßnahmen.
Das Stillgewässer
Ein geschlossenes Ökosystem
Stillgewässer wie Bade- und Baggerseen sowie Park- oder Fischteiche bilden im Gegensatz zu Fließgewässern geschlossene Ökosysteme.
Die chemischen Prozesse im Wasser beeinflussen entscheidend das Leben der Tier- und Pflanzenwelt im See.
Der Sauerstoffgehalt ist eine wesentliche Einflussgröße für die Wasserqualität. Er ist weniger auf den Austausch zwischen Wasser und Luft zurückzuführen, sondern beruht vornehmlich auf dem biologischen Vorgang, dass beim Aufbau der Wasserpflanzen unter Einwirkung des Sonnenlichtes (Photosynthese) Sauerstoff abgegeben wird. Insbesondere die Schwebealgen (Phytoplankton) leben in der lichtdurchfluteten Oberflächenschicht (Epilimnion), weil sie, wie alle Pflanzen, mit Hilfe von Sonnenenergie aus anorganischen Nährsalzen, wie Phosphor- und Stickstoffverbindungen, organische, also körpereigene Substanz aufbauen.
Bei diesem Prozess werden dem Wasser Nährstoffe entzogen und in die Algenkörper eingebaut. Wenn dann bei hoher Sonneneinstrahlung mehr Sauerstoff erzeugt wird, als sich im Wasser löst, wird der überschüssige Teil an die Außenluft abgegeben. In der Nacht wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist, findet auch keine Photosynthese statt. Die Algen sterben ab und sinken auf den Grund. Ein Teil des toten Planktons wird noch in der Nährschicht remineralisiert. In den lichtlosen Zonen (Hypolimnion) findet eine Zersetzung der organischen Stoffe durch Mikroorganismen statt.
Zirkulationsströmung
Der Motor für den Sauerstrofftransport
Ohne ausreichende Bewegung der Wassermassen eines Sees und somit Durchmischung von sauerstoffreichem Oberflächenwasser mit dem gesamten Seekörper kommt der ökologische Kreislauf der seeeigenen Tier- und Pflanzenwelt während der Sommerstagnation zum Erliegen. Je höher die Belastung durch Nährstoffe, desto größer ist die Sauerstoffzehrung durch die abzubauende Biomasse. Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass bei optimalen Verhältnissen der im oberflächennahen lichtdurchfluteten Wasser durch Photosynthese erzeugte bzw. in den Nachtstunden aus der Luft aufgenommene Sauerstoffgehalt ausreicht, um selbst einen stark belasteten See das ganze Jahr hinweg sicher zu versorgen. Der Grund dafür, daß das Ökosystem eines Gewässers zum Erliegen kommt, liegt fast ausschließlich an einer unzureichenden Durchströmung.
Jahreszeitbedingte Zirkulations- und Stagnationsphasen
Frühling / Herbst
Es kommt zu einer Temperaturschichtung
Die meisten natürlichen und künstlichen Stillgewässer unterliegen jahreszeitlich bedingten Zirkulations-Stagnationsphasen. Wasser hat bei 4° C seine größte Dichte. Sowohl kälteres als auch wärmeres Wasser ist aufgrund der geringeren Dichte leichter und liegt auf den schweren Wasserschichten (Dichteanomalie). Zudem hat Wasser nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit, jedoch eine hohe spezifische Wärmekapazität. Das hat zur Folge, dass, sofern keine mechanische Durchmischung stattfindet, die unterschiedlich warmen Wassermassen weitgehend isoliert sind und kein Austausch stattfindet.
Die im Frühjahr zunehmenden Temperaturen und intensive Sonneneinstrahlung erwärmen die oberflächennahen Wasserschichten. Es kommt zu einer mehr oder weniger stark ausgeprägten Temperaturschichtung. Zwischen dem sauerstoffreichen, warmen Oberflächenwasser und dem spezifisch schwereren Tiefenwasser bildet sich aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Wassers eine so genannte Sprungschicht mit einer starken Temperaturabnahme.
Sommer
Sauerstoffaustausch wird verhindert
Der Sauerstoffaustausch zwischen dem Tiefenwasser und den oberflächennahen sauerstoffreichen Wasserschichten wird weitgehend verhindert (Sommerstagnation).
Dies hat zur Folge, dass stark sauerstoffzehrende Prozesse den im Tiefenwasser vorhandenen Sauerstoffgehalt schnell aufbrauchen und somit zum Teil lang anhaltende Sauerstoffdefizite entstehen. Im Herbst beginnt sich die Wasseroberfläche zunehmend abzukühlen.
Die thermische Schichtung wird somit abgebaut, bis schließlich im Spätherbst ein Zeitpunkt erreicht ist, wo das Oberflächenwasser und das Tiefenwasser die gleiche Temperatur und somit auch die gleiche Dichte aufweisen (Homothermie). Nun ist der Wind wieder in der Lage, den gesamten Wasserkörper von der Oberfläche bis zum Grund umzuwälzen.
Winter
Regeneration durch sauerstoffreiches Oberflächenwasser
Durch diesen Mechanismus wird das Tiefenwasser vollständig mit dem sauerstoffreichen Oberflächenwasser regeneriert, sofern die Vollzirkulation ausreichend lange andauert. Die sogenannte Herbstvollzirkulation ist bis zu dem Zeitpunkt abgeschlossen, an dem das oberflächennahe Wasser bei 4°C sein Dichtemaximum erreicht hat (November/ Dezember). Die weitere Abkühlung des Oberflächenwassers < 4°C bewirkt ein Aufschwimmen auf dem spezifisch schwereren wärmeren Tiefenwasser. Das Tiefenwasser wird isoliert und die Zirkulation kommt zum Stillstand (Winterstagnation).
Durch die frühjahrsbedingte Auflösung der winterlichen Temperaturschichtung erfährt der See eine erneute Umwälzung des gesamten Seewassers (Frühjahrszirkulation). Der dabei vom Tiefenwasser aufgenommene Sauerstoffgehalt muss in der Regel für die gesamte sommerliche Stagnationsphase ausreichen.
Lebenserhaltende Maßnahmen zur Sauerstoffanreicherung im Tiefenwasser
Der Lebensraum „See“ erfüllt für eine artenreiche Tier- und Pflanzenwelt eine besonders wichtige Funktion im Naturhaushalt. Obwohl er sein eigenes Ökosystem beinhaltet, sind die umgebenden Umweltbedingungen und topografischen Gegebenheiten von eklatanter Bedeutung.
So ist es nicht verwunderlich, wenn ein See, der noch vor Jahren als intaktes Gewässer eingestuft wurde, plötzlich, am Ende eines lang anhaltenden heißen Sommers kollabiert, weil jeglicher Sauerstoff im Tiefenwassers verbraucht wurde und aufgrund der hohen Wassertemperatur an der Oberflache der schwache Sommerwind nicht mehr in der Lage ist, für einen ausreichenden Sauerstoffnachschub zu sorgen.
Der See droht umzukippen. Das Ökosystem „See“ kommt an seine Grenzen. Besonders gefährdet sind dabei vom Wind abgeschattete Waldseen, die zudem durch Laubeintrag mit zusätzlicher Biomasse belastet sind.
Durch effiziente, umweltschonende Maßnahmen können die natürlichen Prozesse künstlich unterstützt werden, damit das komplexe Ökosystem „See“ selbst extreme Wetterlagen und Umwelteinflüsse übersteht, ohne dass dabei nachhaltige Schäden für das biologische Gleichgewicht entstehen.
In den letzten Jahren wurden verschiedene Techniken erprobt, um den Sauerstoffmangel im Tiefenwasser bedingt durch die übermäßig hohe Zehrung beim Abbau der zum Teil immens zugenommenen Biomasse künstlich auszugleichen. Wir unterscheiden dabei je nach Arbeitsweise zwischen chemischen und mechanischen Verfahren.
- Chemische Verfahren verwenden in erster Linie Sauerstoff abgebende Mittel wie Gase, Flüssigkeiten oder Granulate. Diese Methode kommt vornehmlich bei großen Gewässern zur Anwendung, ist kostenintensiv und kann aufgrund sprunghafter Veränderungen zu unvorhersehbaren Nebenwirkungen im Ökosystem führen. Auch das Einpressen von Luft in das bodennahen Tiefenwasser kann durch den darin enthaltenen Stickstoff zu einer zusätzlichen Düngung führen sowie der Tierwelt beim Einatmen Schaden zufügen.
- Mechanische Verfahren sind besser geeignet, da keine chemischen Zusatzstoffe erforderlich sind. In der Regel wird die Sauerstoffanreicherung des Tiefenwassers durch Vermischung mit dem sauerstoffreichen Oberflächenwasser erreicht (Zwangszirkulation). Einige Systeme verwenden dabei aufwendige Sprüh- oder Verwirbelungstechniken um zusätzlich Luftsauerstoff aufzunehmen. Die meisten mechanischen Systeme haben einen hohen Energieverbrauch und erfordern zum Betrieb einen ausreichend starken Kraftstromanschluss.