Ökologie - Lebensraum See

Der See ist durch Licht- und Temperaturverhältnisse horizontal und vertikal gegliedert. Die Lichtzone nennt man auch Litoral oder Uferzone; die Dunkelzone heißt Profundal oder Tiefenboden. Die Freiwasserzone wird auch Pelagial genannt; sie ist lichtdurchflutetes Wasser. Die Litoralzone der Nährschicht (Schicht, in der die photosynthetisch aktiven grünen Pflanzen mehr organische Substanz produzieren als sie verbrauchen; Uferbereich) gehört zum Benthal, oder Bodenzone. Hier findet man üppiges Pflanzenwachstum. Zunächst gibt es den Bruchwaldgürtel, in dem z.B. Erlen und Weiden wachsen. Weiter seewärts findet man z.B. Seegräser, Röhrichtpflanzen (Schilfzone), Seerosen und Teichrosen (Schwimmblattzone), Tauchblattpflanzen, usw. In das Profundal gelangt wenig Licht, daher wachsen dort keine Pflanzen. Trotzdem gibt es dort Leben (Quabbe => Fisch, nachts aktiv). Am Seeboden befinden sich die Saprovore oder Aasfresser. Sie ernähren sich von Resten abgestorbener Tiere, die aus oberen Schichten herabsinken (Krebs und Muscheln sind Sapovore). Was sie überlassen, organisches Material, wird von Pilzen und Bakterien (Destruenten oder Zersetzer) weiter zu anorganischen Verbindungen verarbeitet, die dann wieder in die Produktion neuer Biomasse eingehen können. Die tiefste Schicht in einem See wird auch Hypolimnion genannt, sie besteht aus schwerem Tiefenwasser und gehört zur lichtlosen Zehrschicht Sie wird durch die Sprungschicht (Metalimnion) vom Epilimnion, die lichtdurchflutete Oberflächenwasserschicht, getrennt, zu dem die Nährschicht gehört. Im Pelagial leben vor allen Dingen das Phytoplankton (pflanzl. Plankton, Einzeller, mehrzellige Grünalgen, Algen) und das Zooplankton ( Flöhe), welches sich vom Phytoplankton ernährt. Sie sind die Primärproduzenten (Erzeuger). Aus dem anorganischen Material der Destruenten bauen sie organische Substanz auf, mit Hilfe der Photosynthese, die Kohlenstoffdioxid als Kohlenstoffquelle und das Sonnenlicht als Energiequelle nutzt (autotroph). Produzenten sind die primären Erzeuger von Biomasse und liefern die organische Substanz, von der sich alle anderen Organismen einer Lebensgemeinschaft ernähren. Die Konsumenten, oder Verbraucher, sind alle diejenigen Organismen, die sich direkt oder indirekt von der lebenden organischen Substanz ernähren, die die Produzenten hergestellt haben. Dabei sind Primärkonsumenten Pflanzenfresser (Herbivore), während sich die Sekundärkonsumenten als Tierfresser (Carnivore) von Pflanzenfressern ernähren. Sie sind also heterotroph, denn sie sind abhängig von organischen Stoffen. Die Destruenten schließen den Stoffstrom im Ökosystem, da sie sich von dem toten organischen Material der Saprovore ernähren usw.

Eine Nahrungskette wäre also z.B. Algen => Wasserflöhe => Friedfische =>Hecht

Viele Nahrungsketten bilden ein Nahrungsnetz

In der Nahrungspyramide bilden die Primärproduzenten des Phytoplanktons die Basis, alle anderen sind von ihm abhängig (heterotroph).

Stoffkreislauf
Wenn die Destruenten das organische Material in anorganisches zersetzen, entsteht CO², PO4³-, NH4+, NH³-, welches das Plankton zum produzieren von Biomasse benötigt.

Zirkulationsbewegungen im See und O²- Verteilung
O² wird nur in den oberen Schichten des Sees produziert. Das Jahreszeitenklima bestimmt daher die Verteilung des O2 im See. Im Sommer ist das Wasser in den oberen Regionen des Sees warm und damit leichter, während es unten am Seegrund relativ kalt und schwer ist. An der Grenze zwischen dem leichten Oberflächen- und dem schweren Tiefenwasser entsteht die Sprungschicht (Metalimnion), in der die Temperatur innerhalb weniger Meter stark absinkt. Auf Grund der bestehenden stabilen Schichtung findet kein Austausch von Oberflächenwasser, und damit O², gegen Tiefenwasser statt. Man bezeichnet diesen Zustand als Sommerstagnation (Temperaturschichtung), wobei im Oberflächenwasser genügend, im Tiefenwasser wenig O² vorhanden ist. Kühlt das Oberflächenwasser im Herbst ab, sinkt es ab, denn die Dichte verändert sich und es wird schwerer. Der Wind unterstützt die entstehenden Zirkulationsbewegungen, die die verschiedenen Wasserschichten durchmischen => Herbstzirkulation. Somit wird auch das O² in alle Wasserschichten gebracht, sowie auch CO² und andere Nährstoffe aus dem Tiefenwasser an die Oberfläche geholt werden. Im Winter, wenn die Temperaturen noch mehr abkühlen, bildet sich eine neue Schichtung aus, was man Winterstagnation nennt. Das Oberflächenwasser bzw. das Eis, das kälter als +4°C ist (Wasser hat bei +4°C die größte Dichte), liegt dann über dem wärmeren (+4°C) Tiefenwasser. Das O² befindet sich jetzt also eher in diesem Bereich. Nach der Eisschmelze im Frühjahr sinkt das erwärmte Oberflächenwasser ab und es kommt zur Frühjahrszirkulation, wobei das O² wieder in alle Wasserschichten transportiert wird.

Mineralisierung
Alle abgestorbenen Organismen und alle Ausscheidungsprodukte werden zu anorganischen Stoffen zersetzt. Als Endprodukte treten u.a. CO², NO³-, PO4³-, SO4²- auf, die von den Produzenten wieder als Nährstoffe verwendet werden können. Bei anaeroben Abbauvorgängen entstehen H²S, NH4+ und CH4. Bei fehlendem O² werden die abgestorbenen Organismen nur z.T. zersetzt und am Boden des Gewässers bildet sich Faulschlamm. Bei den Zirkulationsvorgängen im Frühjahr und im Herbst werden den Produzenten im Epilimnion Nährstoffe und den Destruenten im Hypolimnion O² zur Verfügung gestellt. Im Idealfall halten sich die Auf- und Abbauvorgänge im Gleichgewicht. Dann wird alles, was produziert wird auch wieder mineralisiert und dem Stoffkreislauf durch Zirkulationsbewegungen zugeführt.

Die Rolle des Phosphats
PO4³- wird bei des Mineralisierung gewonnen. Es ist ein limitierender Faktor, denn wenn kein oder zu wenig PO4³- vorhanden ist, gibt es auch keine Pflanzen. Im Frühjahr sinkt es zusammen mit Algen zum Seegrund ab (Phosphatlift), daher ist im Sommer im Epilimnion nur gering PO4³- vorhanden. Die freigesetzten Phosphat - Ionen werden unter aeroben Bedingungen an Eisen(III) - Ionen gebunden. Es entsteht unlösliches Eisen(II) - Phosphat, das im Sediment festgelegt wird. (Phosphatfalle) Sinkt der O²- Gehalt im Wasser stark ab, so wird das unlösliche Eisen (II) - Phosphat zu löslichem Eisen(II) - Phosphat reduziert.

Oligotrophe und Eutrophe Seen
Ökologisch intakte Seen sind oligotroph => nährstoffarm, d.h. es ist nur begrenzt Biomassenproduktion möglich. Das Wasser solcher Seen ist klar und blau (im Sommer), da nur wenig Plankton vorhanden ist. Da nur wenig tote Biomasse absinkt, kommen die Destruenten mit dem O² Vorrat aus, so dass auch in den Tiefenschichten während des gesamten Jahres aerobe Bedingungen herrschen. (=> O²- Gehalt Deckschicht [Sommer]: ausreichend; O²- Gehalt [Hypolimnion] ausreichend; H²S - Gehalt [Hypolimnion]: fehlt; Phosphatgehalt [Frühjahr]: sehr gering). Man spricht vom Zustand biologischer Selbstreinigung, d.h. alle anfallenden organischen Überreste werden im Hypolimnion vollständig unter aeroben Bedingungen zu Pflanzennährstoffen (PO4³-, SO4²-, CO3²-,...) mineralisiert. Wobei der Gewässerboden stets O²- Reserven bewahrt. Am O²- haltigen Gewässerboden finden sich Fe³+ - Ionen, die mit PO4³- - Ionen schwerlösliches Eisen-Phosphat (FePO4) bilden.

Fe³+ + PO4³- => FePO4 Ablagerung am Gewässerboden
Auf diese Weise wird PO4³- aus dem Stoffkreislauf entzogen und wird zum begrenzenden Faktor des Algenwachstums.
Sediment im oligotrophen See: anorganisch (kalkreich)
Beispiele: Hochgebirgsseen (Bodensee vor 30 Jahren)

Wenn Seen durch Abwässer, Düngemittel, usw. belastet werden, kommt es zur Eutrophierung (Überdüngung), Zunächst nimmt die Biomasseproduktion in Folge Algenvermehrung stark zu. Die O²- Produktion steigt dagegen kaum an, da den Algen bei starker Wassertrübung (grünlich) nicht mehr ausreichend Licht zur Verfügung steht (Maximale Sichttiefe: 2-3 m, Minimale Sichttiefe: weniger 1 m). Bei hoher Biomasseproduktion fallen entsprechend große Mengen an organischen Überresten am Seeboden an. Der O²- Gehalt in Hypolimnion reicht nicht mehr zur vollständigen Mineralisierung aus, so dass organisches Material sich am nun O²- freien (anaeroben) Seeboden ablagert. (Phosphatgehalt [Frühjahr]: hoch; O²- Gehalt Deckschicht [Sommer]: O²- Übersättigung; O²- Gehalt [Hypolimnion]: fehlt (=> anaerob); H²S- Gehalt [Hypolimnion]: reichlich vorhanden) Im Laufe der Zeit kommt es zur Bildung von Faulschlamm: Anaerobe Mikroorganismen zersetzen das Material (z.B. durch Gärungsprozesse). (=> Sediment: organisch -> Faulschlamm). An Stelle der O²- haltigen Pflanzennährstoffe entstehen jetzt H²S, NH³ und CH4 (Methan). Diese Verbindungen steigen als Faulgase zur Wasseroberfläche. Toxizität dieser Gase sowie O²- Mangel führt zum Fischsterben. (=> Aufhebung der Phosphatfalle)

Stickstoffumsetzung
Unter aeroben Bedingungen werden z.B. Eiweißstoffe der abgestorbenen Lebewesen durch eiweißspaltende Pilze und Bakterien über eine Reihe von Zwischenstufen bis zu Ammonium-Ionen, Kohlendioxid und Wasser hin abgebaut. Durch Bakterien der Gattung Nitrosomas werden Ammonium- zu Nitrit-Ionen und durch die Gattung Nitrobacter Nitrit-Ionen zu Nitrat-Ionen oxidiert. Der Gesamtvorgang wird als Nitrifikation bezeichnet. Besonders in eutrophen Seen können die sauerstoffverbrauchenden Abbauvorgänge so ausgeprägt sein, dass das O² völlig verbraucht wird. Allen übrigen Lebewesen fehlt dann der Sauerstoff. Man spricht vom "Umkippen" des Sees. Unter den dann entstehenden sauerstoffarmen bzw. sauerstofffreien Bedingungen laufen Reduktionsprozesse ab. Hierbei werden z.B. Nitrat-Ionen durch andere Bakteriengruppen wieder zu Ammonium-Ionen oder zu molekularem Stickstoff reduziert.

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