Ökologie
Stoffkreisläufe
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Die Eutrophierung ist ein Fachbegriff aus der Ökologie und beschreibt die Nährstoffanreicherung in Ökosystemen. Was sie bedeutet und wie sie funktioniert erfährst du hier.

Schau dir unser Video zur Eutrophierung an, um den Inhalt dieses Beitrags noch schneller zu verstehen!

Eutrophierung einfach erklärt

Unter der Eutrophierung kannst du dir einen Prozess vorstellen, bei dem sich Nährstoffe wie Phosphor und Stickstoff in einem Gewässer anreichern und Wasserpflanzen (v.a. Phytoplankton) unkontrolliert wachsen. Das kannst du oft an einer großen Algenschicht an der Oberfläche des Wassers erkennen.

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Algenschicht auf See

Daraufhin sterben sehr viele der Wasserpflanzen ab und sinken zu Boden. Hier werden sie von Mikroorganismen unter Sauerstoffverbrauch (= aerob) zersetzt. Das kann dazu führen, dass mehr Sauerstoff verbraucht wir als durch andere Organismen produziert werden kann. Die Organismen, die ohne Sauerstoff nicht überleben können, sterben ab. Nun können nur noch Abbauprozesse stattfinden, bei denen kein Sauerstoff (= anaerob) benötigt wird. Dabei bilden sich giftige Gase, die letztlich zum „Umkippen“ des Gewässers führen.

Selbstreinigung von Gewässern

Wie du bereits weißt, steht die Eutrophierung für eine übermäßige Anreicherung von Nährstoffen. Jedes Gewässer besitzt als Gegenmaßnahme zu dieser erhöhten Anreicherung einen sogenannten Selbstreinigungseffekt. Darunter kannst du dir die Fähigkeit vorstellen, eigenständig bestimmte Verschmutzungen zu entfernen. Manche Vorgänge sind sogar in der Lage, übermäßige Nährstoffe aus dem Wasser zu entfernen. Dadurch kann die Eutrophierung in einem gewissen Maße verhindert werden.

Hierfür sind zum einen Lebewesen (= Destruenten) zum anderen auch das gesamte Ökosystem selbst in der Lage, diese Selbstreinigung durchzuführen. Je höher der Sauerstoffgehalt des Gewässers, desto stärker ist der Selbstreinigungseffekt, da der Sauerstoff bei dem Abbau verbraucht wird. Während stehende Gewässer meistens einen geringeren Sauerstoffgehalt haben, ist er in fließenden Gewässern meistens höher. Aus diesem Grund findet die Eutrophierung auch öfter in Seen als in Flüssen statt.

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Sauerstoffgehalt von stehenden und fließenden Gewässern

Eutrophierung See

Eutrophierung findet vermehrt in stehenden Gewässern statt, dabei insbesondere in Seen. Hierbei können die Nährstoffe einerseits natürliche Veränderungen (natürliche Eutrophierung), wie zum Beispiel die Auffüllung mit organischem Material, in das Gewässer gelangen. Meistens sind aber die Menschen und ihr Handeln Hauptverursacher für die Eutrophierung (= anthropogene Eutrophierung).

Beeinflusst wird der Vorgang der Eutrophierung durch die Nährstoffe, die schon gelöst oder gut löslich sind und somit von den Pflanzen leichter aufgenommen werden. Das sind in den meisten Fällen Phosphor- oder Stickstoffverbindungen. 

Ist die Selbstreinigungsfähigkeit des Sees durch die ansteigenden Nährstoffe überschritten, nehmen die Wasserpflanzen (z.B. Algen) diese Verbindungen auf und können unter Sauerstoffbildung wachsen. Insbesondere das sogenannte Phytoplankton, das in den oberen Bereichen des Sees lebt, wächst stark an. Sie bilden an der Oberfläche des Wassers eine dicke Schicht, die auch Algenblüte genannt wird.

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Eutrophierung des Sees durch übermäßige Nährstoffaufnahme

Diese Algenschicht kann die darunterliegenden Organismen von der Sonneneinstrahlung abschneiden, die dann als tote Biomasse zu Boden sinken.

Wenn nun noch genügend Sauerstoff vorhanden ist, können Bakterien unter Sauerstoffverbrauch diese Biomasse abbauen (= aerober Abbau). Ist der Sauerstoff jedoch verbraucht, setzen Abbauorganismen wie Fäulnisbakterien ein, die ohne Sauerstoff arbeiten können (= anaerober Abbau). Außerdem sterben die Lebewesen, die auf den Sauerstoff angewiesen sind (z.B. Fische) und sinken ebenfalls zu Boden.

Mit den Fäulnisbakterien bilden sich giftige Gase wie Ammoniak, Methan oder Schwefelwasserstoff. Es bildet sich am Boden ein giftiges, schwarzes Sediment namens Faulschlamm. Im weiteren Verlauf sinkt die Qualität des Wassers immer weiter und es kommt zum „Umkippen“ des Sees.

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Aerober und anaerober Abbau als Folge der Eutrophierung

Eutrophierung Ursachen

Die Ursachen für die Eutrophierung sind vielfältig, jedoch in den meisten Fällen von Menschen verursacht. Eine natürliche Eutrophierung findet nur sehr selten statt.

Natürliche Eutrophierung

Die natürliche Eutrophierung findet meistens dann statt, wenn ein Gewässer „verlandet“. Die „Verlandung“ kannst du dir als einen Vorgang vorstellen, bei dem ein Gewässer immer mehr den Charakter von Land annimmt.

Das kann zum Beispiel durch eine große Menge an organischen Material am Boden des Gewässers geschehen. So gelangen mehr Nährstoffe in das Gewässer und die Eutrophierung findet statt.

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Natürliche Eutrophierung durch Verlandung

Starkregen

Bei Ereignissen mit starkem Regen kann es insbesondere in Städten zu einem übermäßigen Abfluss in die Kanalisation kommen. Oft können die übermäßigen Wassermengen nicht ganz zum Klärwerk transportiert werden, weshalb Teile des nährstoffreichen Wassers in Gewässer fließen können. Somit ist die Eutrophierung hier indirekt auch vom Menschen ausgelöst.

Ungeklärte Abwasser

Ungeklärte Abwasser aus Kläranlagen können die Eutrophierung von Gewässern auch auslösen. Sie gehören zur anthropogenen Eutrophierung. Die Abwasser tragen vor allem Phosphate in sich, die von den Pflanzen vermehrt aufgenommen werden.

Aufheben der Phosphatfalle

In Gewässern mit viel Sauerstoff kann sich dann aus Phosphat die Verbindung Eisen-III-Phosphat bilden. Das Eisen sorgt dafür, dass sich die Verbindung in das Sediment des Gewässers eingelagert. Damit ist es dem gesamten Nährstoffkreislauf entzogen und kann den Wasserorganismen (besonders Phytoplankton) nicht als Nährstoff dienen. Die Nährstoffe wie zum Beispiel Phosphat sind also in einer Art „Falle“ eingeschlossen.

Wenn nun aber durch das ständige Einleiten von weiteren Nährstoffen der Sauerstoff von den Wasserorganismen verbraucht wird, reduziert sich das Eisen-III-Phosphat wieder zu Phosphat. Das Phosphat löst sich aus dem Sediment und wird in den Nährstoffkreislauf eingeführt. Jetzt kann das Phosphat wieder vom Phytoplankton aufgenommen werden und die Eutrophierung schreitet voran.

Urin

Häufig trägt Urin besonders von Menschen an Badeseen zur Gewässereutrophierung bei. Die Konzentration an löslichen Nährstoffen steigt und das Pflanzenwachstum nimmt zu.

Waschmittel und Dünger

Chemische Waschmittel oder Dünger in der Landwirtschaft sind eine weitere menschenbedingte Ursache für die Eutrophierung. Unter anderem durch Niederschlag gelangen die Nährstoffe (v.a. Nitrate) in die Gewässer.

Fischfutter

Beim Füttern von Fischen oder anderen Tieren durch die Menschen gelangen einige der Nährstoffe des Futters in das Wasser. Hier werden sie von Bakterien unter Sauerstoffverbrauch abgebaut.

Eutrophierung Folgen

Die Eutrophierung hat zahlreiche Folgen für die Qualität des Wassers und die Organismen, die in den eutrophen Gewässern leben.

Algenblüte

Mit der erhöhten Nährstoffaufnahme des Gewässers steigt auch die Vermehrung der Wasserorganismen wie Algen. Durch die Ansammlung der (toten) Organismen an der Oberfläche bildet sich eine dicke Schicht. Das kannst du meistens relativ leicht erkennen, da sich besonders der obere Teil des Gewässers deutlich grün färbt.

Verschlechterung der Wasserqualität

Je mehr Sauerstoff dem Gewässer entzogen wird, desto stärker arbeiten die Abbauorganismen, die ohne Sauerstoff arbeiten (= anaerobe Destruenten). Das können unter anderem sogenannte Fäulnisbakterien sein.

Während die Fäulnisbakterien ihre Abbauprozesse einleiten, bilden sich giftige Stoffe wie zum Beispiel Methan oder Ammoniak. Zusätzlich dazu lagert sich am Boden des Gewässers eine Substanz mit giftigen Metalloxiden namens Faulschlamm an. Diese Stoffe führen zu einer deutlichen Verschlechterung der Wasserqualität.

Massensterben

Mit der Verschlechterung der Wasserqualität kommt es in den meisten Fällen zu einem Sterben aller darin lebenden Tierarten. Insbesondere die Fische in den Gewässern, die durch die giftigen Stoffe der Fäulnisbakterien betroffen werden, können in dieser Umgebung nicht überleben.

Weiterhin sterben viele der übriggebliebenen Wasserorganismen durch den Sauerstoffmangel ab, der durch die aeroben Abbauorganismen entsteht.

Verlandung von Gewässern

Die Verlandung kann nicht nur eine Ursache, sondern auch in einigen Fällen die Folge der Eutrophierung sein. Da immer mehr Organismen absterben und oft nicht vollständig abgebaut werden können, sinkt ein Teil von ihnen auf den Boden. Das führt zu einem Auffüllen des Gewässers mit dem toten organischen Material.

Das Becken des Gewässers wird immer mehr ausgefüllt und es kommt langsam zur Bildung eines Moors. Auf das Moor können sich nun Bäume ansiedeln und das ursprüngliche Gewässer ist fast gänzlich verschwunden.

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Verlandung als Folge der Eutrophierung

Maßnahmen gegen Eutrophierung

Jetzt stellt sich die Frage, welche Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können, um die Eutrophierung zu bremsen oder zu stoppen.

Verringerung der Nährstoffe

Eine effektive Maßnahme besteht in der Verringerung der Nährstoffe in den jeweiligen Gewässern. Dabei kann zum einen extern die Nährstoffzufuhr gemindert werden, etwa durch Umweltschutzgesetze. Zum anderen sind Kläranlagen und Wasseraufbereitungsanlagen imstande, den Selbstreinigungseffekt des Gewässers zu unterstützen. Das kann das Wachstum der Wasserpflanzen bremsen und das darauffolgende Absterben der Pflanzen verhindern.

Zufuhr von Sauerstoff

Indem dem Gewässer Sauerstoff zugeführt wird, erhöht sich sofort das Maß an Selbstreinigung. Außerdem verhindert der zusätzliche Sauerstoff, dass sich das eingeschlossene Phosphat aus dem Sediment herauslöst und so die Nährstoffkonzentration weiter erhöht. Ein weiterer Vorteil der Sauerstoffzufuhr besteht darin, dass die im Gewässer befindlichen Lebewesen für eine gewisse Zeit weiterleben, bis sich das Gewässer eventuell erholt hat.

Entfernung von Eisen-III-Phosphat

Neben der Zufuhr von Sauerstoff lässt sich die Umwandlung von Eisen-III-Phosphat zu Phosphat auch durch ein Entfernen der Eisen-III-Phosphat-Reste verhindern. Somit können sich die Phytobakterien auch nicht mehr von dem Phosphat ernähren.

Entfernen von Faulschlamm

Mit dem Entfernen des Faulschlamms und somit auch der giftigen Metalloxide lässt sich die Wasserqualität deutlich verbessern.

Verringerung der Lichteinstrahlung

Da die Phytobakterien vermehrt an der Oberfläche der Gewässer leben, sind sie stark von der Lichteinstrahlung abhängig. Wenn du die Lichteinstrahlung verringerst, können sich die Phytobakterien weniger stark vermehren und die darunterliegenden Wasserpflanzen werden mit mehr Licht versorgt. Somit sterben weniger Pflanzen ab und die Eutrophierung verlangsamt sich.

Chemikalien gegen das Algenwachstum

Eine besonders effektive Methode, um das Algenwachtum einzudämmen, stellen verschiedenste Chemikalien dar. Da diese aber auch die anderen Organismen im Gewässer beeinträchtigen kann, wird sie eher selten angewendet.

Mechanische Entfernung der Biomasse

Oft hilft letztlich nur noch die Entfernung der toten Organismen (Biomasse) aus dem Gewässer. Hierfür werden meistens mechanisch die toten Algen entfernt und das Gewässer kann sich erholen.

Eutrophierung im Ökosystem See

Wie du bereits weißt, findet die Eutrophierung vor allem im Ökosystem See statt. Je stärker die Eutrophierung voranschreitet, desto nährstoffreicher ist das Gewässer (eutrophes Gewässer). 

Aber welche Organismen leben eigentlich im See und welche Stoffkreisläufe kommen darin vor? Das beantworten wir dir gleich in unserem Video zum Ökosystem See ! Schau es dir unbedingt an!

Ökosystem See
Zum Video: Ökosystem See

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