Ökosystem See

Das Ökosystem See gehört zu den limnischen Ökosystemen, die von stehenden Gewässern gebildet werden.

Die folgenden Betrachtungen beziehen sich auf einen Süßwassersee in der gemäßigten Klimazone, ein stehendes Gewässer ohne direkten Abfluss zum Meer, das mehr als 10 Meter tief ist und dessen Verdunstungsrate sowie Zu- und Abflussmenge gegenüber der gesamten Wassermenge gering ist (vgl. Gewässer#Gewässertypen).

Vertikale Gliederung mini|Die Kompensationsebene unterteilt die Freiwasserzone Die Freiwasserzone (Pelagial) wird untergliedert in: Trophogene Zone (Nährschicht): In den oberflächennahen Wasserschichten ist genügend Licht für die Photosynthese der Primärproduzenten (Wasserpflanzen, Algen und vor allem Phytoplankton) vorhanden. Diese produzieren durch die Photosynthese mehr Sauerstoff und Biomasse, als durch die eigene Zellatmung und die Atmung der heterotrophen, aeroben Organismen (Zooplankton, Destruenten und Nekton) verbraucht werden. Die Lichtintensität nimmt aber mit der Tiefe annähernd exponentiell ab, abhängig von der Dichte der "Trübstoffe", insbesondere der Algen und Zooplankter. Kompensationsebene: Die Kompensationsebene bildet die Grenze zwischen der trophogenen und der tropholytischen Zone. Sie liegt ungefähr in der Tiefe, in der die Photosynthetisch aktive Strahlung noch eine Restintensität von 1 % des Wertes dessen direkt unter der Oberfläche hat. Nur oberhalb dieser Grenze ist eine positive Energiebilanz zwischen Photosynthese und Zellatmung (positive Nettoproduktion) möglich. Die Tiefe der Ebene ist dynamisch: Photoautotrophe Organismen haben artspezifische Kompensationstiefen und die Tiefe schwankt mit den optischen Eigenschaften des Wassers und den aktuellen Lichtverhältnissen.

Tropholytische Zone (Zehrschicht): Unterhalb der Kompensationstiefe ist fast keine Photosynthese mehr möglich. Die heterotrophen Organismen verbrauchen Sauerstoff und Biomasse, die aus der trophogenen Zone nach unten absinkt. Absinkende Algen veratmen ihre Vorräte und sterben ab.

mini|Gliederung des Sees aufgrund thermischer Differenzen Das Pelagial kann auch mittels thermischer Analyse zoniert werden. Folgende Gliederung des Sees in verschiedene Tiefenzonen bildet sich während der sogenannten Sommerstagnation durch die Temperaturschichtung aus. Während der Zirkulationsphasen im Frühjahr und Herbst wird diese Schichtung wieder beseitigt.

Epilimnion (Oberflächenwasser): Die Temperatur unterliegt relativ großen tages- und jahreszeitlichen Schwankungen zwischen 4 °C und über 30 °C, abhängig von der Solarstrahlung, der Lufttemperatur und den Windverhältnissen. Der Sauerstoffgehalt ist hoch, da ständig Sauerstoff ins Wasser diffundiert. Der Sauerstoffgehalt ist weiterhin abhängig von der Wassertemperatur, der Durchmischung mit der Luft durch Wind und Wellen und von den vorherrschenden Organismen. Während der Stagnation wird nur das Epilimnion vom Wind durchmischt und das Metalimnion bleibt nährstoffarm, was die Primärproduktion entscheidend begrenzt.

Metalimnion (Sprungschicht): Das Metalimnion ist gekennzeichnet durch eine rasche Temperaturabnahme (steiler Temperaturgradient) mit der Tiefe auf 4 °C (Thermokline, Temperatursprungschicht). Der Sauerstoffgehalt nimmt rasch ab, abhängig von der Zahl der aeroben Lebewesen. Hypolimnion (Tiefenschicht): In dieser Schicht herrscht eine tages- und jahreszeitlich unabhängige, mehrheitlich konstante Temperatur von 4 °C und eine relativ niedrige Sauerstoffkonzentration. Die Schicht ist bedingt durch die Dichteanomalie des Wassers, aufgrund der die Dichte von Wasser bei 3,98 °C am höchsten ist. Ferner wird die Dichte noch vom Druck und der Menge an gelösten Stoffen beeinflusst.

mini|Die Kompensationsebene unterteilt die Bodenzone Die Bodenzone (Benthal – gr. benthos, tief) wird ebenfalls durch die Kompensationsebene unterteilt: Litoral – Uferzone (lat. litus, litoris, Ufer): Das Litoral umfasst den Uferbereich bis zur Kompensationstiefe. Es wird überwiegend von höheren Pflanzen bewachsen. Profundal – Tiefenzone (lat. profundus, tiefgründig): Im Profundal leben keine photoautotrophen Produzenten. Konsumenten sind demnach von der Biomasse abhängig, die das Litoral und die trophogene Zone bildet.

Lebensgemeinschaften der einzelnen Zonen Litoral Das Litoral wird in einzelne Zonen oder Gürtel aufgrund der Lebensgemeinschaften unterteilt:

mini|Unterteilung eines Sees im Vergleich zu einem Fluss Epilitoral, Erlengürtel, Weidengebüschzone Das Epilitoral ist der oberste Rand des Ufers, der nicht mehr vom Wellenschlag betroffen ist. Aufgrund des hoch anstehenden Grundwasserspiegels stellt er einen Lebensraum für Pflanzen dar, die mit einem feuchten Boden zurechtkommen (Hygrophyten). Die lichten Sumpf- und Bruchwälder mit Schwarzerle (Alnus glutinosa), Moorbirke (Betula pubescens) und Weidenarten (Salix spp.) haben einen dichten Unterwuchs, der unter anderem aus Moosen, Farnen, Sauer- oder Riedgräsern und Binsen besteht. Daneben findet man auch die Sumpf-Schwertlilie (Iris pseudacorus) und die Sumpfdotterblume (Caltha palustris). Die Tierwelt setzt sich zunächst aus Detritusfressern (Regenwürmer, z. B. Lumbricus terrestris, Asseln, Landschnecken), Spinnen und Insekten zusammen, die wiederum die Nahrungsgrundlage für Vögel darstellen, die Bäume, Büsche und den Boden als geschütztes Brutrevier nutzen. Supralitoral, Spritzwasserzone Dieser Uferstreifen wird zwar von den Wellen selbst nicht erreicht, aber vom Spritzwasser der sich am Ufer brechenden Wellen durchnässt. Eulitoral, Brandungszone In der Brandungszone herrschen starke mechanische Kräfte, die das Aufwachsen größerer Pflanzen nicht zulassen. Jedoch siedeln sich fest haftende, sauerstoffliebende Organismen wie Strudelwürmer (Turbellaria spec.) sowie krustenbildende Cyanobakterien hier an. Infralitoral oder Sublitoral In dieser Zone siedeln größere Pflanzen, die an einen ständig überfluteten Boden angepasst sind. Sie besitzen ein Aerenchym, ein zusammenhängendes System von luftgefüllten großen Zellzwischenräumen (Interzellulare), so dass auch die Wurzeln mit Sauerstoff versorgt werden können. Dieser Uferbereich dient als Laich- und Brutgebiet für viele Fische, Vögel und Insekten. Das Infralitoral wird in mehrere Abschnitte unterteilt: Großseggenzone

Sie liegt im Bereich zwischen Hoch- und Niedrigwassermarke. Charakteristische Pflanzen sind die Seggen (Carex spp.). Daneben kommen auch Wasserminze (Mentha aquatica), Blutweiderich (Lythrum salicaria) und Sumpf-Schachtelhalm (Equisetum palustre) vor. Röhrichtzone

mini|Sternparenchym einer Sumpfpflanze Auch hier sind noch emerse Pflanzen, deren Stängel und Blätter größtenteils über den Wasserspiegel hinausragen, zu finden. Dies sind vor allem Schilfrohr (Phragmites australis), Rohrkolben (Typha sp.) und Froschlöffel (Alisma sp.). Blässhuhn (Fulica atra) und Teichralle (Gallinula chloropus) nisten hier. Schwimmblattzone

In windgeschützten Teilen des Sees können sich Schwimmblattpflanzen ansiedeln, die bis auf die Blätter vollständig untergetaucht sind. Diese Blätter schwimmen auf der Wasseroberfläche und haben die Spaltöffnungen für den Gasaustausch auf der Oberseite der Blätter. (Bei Landpflanzen befinden sich die Stomata in der Regel auf der Blattunterseite). Am auffälligsten sind neben dem Wasser-Knöterich (Persicaria amphibia) die Vertreter der Seerosengewächse, Seerose (Nymphaea alba) und Teichrose (Nuphar lutea). Laichkrautzone

Hier leben nahezu vollständig untergetauchte Wasserpflanzen, die auch unterhalb der Wasserlinie Blätter aufweisen, die dann oft stark zergliedert sind, um die Oberfläche für den Stoffaustausch zu vergrößern. Namengebend sind die Laichkräuter (Potamogeton spp.). Characeenzone Die Pflanzen dieser Zone sind vollständig untergetaucht. Blütenpflanzen wie das wurzellose Hornblatt (Ceratophyllum sp.), Tausendblatt (Myriophyllum sp.) oder Wasserpest (Elodea canadensis) können aufgrund zu geringer Lichtstärke nicht in eine Tiefe über 10 m vordringen. Wenn das Licht ausreicht, können aber die genügsameren Moose, zum Beispiel das Quellmoos (Fontinalis antipyretica) und bodenlebenden (benthischen) Algen bis zu 30 Meter Tiefe vorkommen. So bilden die Armleuchteralgen (Characeae) die unterste Zone der unterseeischen Wiesen.

Die einzelnen Zonen des Litorals bilden für Tiere unterschiedliche ökologische Nischen, die es ihnen ermöglichen, trotz ähnlicher Nahrungsansprüche Konkurrenz zu vermeiden.

Beispiele: Die Stockente (Anas platyrhynchos) ist bei der Nahrungssuche nur in seichteren Uferzonen zu finden, da sie beim Gründeln nicht abtaucht. Der Höckerschwan (Cygnus olor) kann mit seinem längeren Hals den Boden in tieferem Wasser nach Nahrung durchsuchen, während der Haubentaucher (Podiceps cristatus) in größeren Tiefen Jagd nach Fischen macht. Der Nachtreiher (Nycticorax nycticorax) findet seine Nahrung (Kleinsäuger, Amphibien, Insekten, Würmer) im Epilitoral, der Purpurreiher (Ardea purpurea) mit einem ähnlichen Nahrungsspektrum geht in der Röhrichtzone auf Jagd.

Freiwasserzone (Pelagial) In der lichtdurchflutenden Freiwasserzone findet man vor allem Phytoplankton, auf der Oberfläche zuweilen auch frei schwimmende Pflanzen (Neuston und Pleuston) wie Wasserlinsen (Lemna spec.) oder den Schwimmfarn (Salvinia natans). Die gesamte Freiwasserzone ist Lebensraum für Zooplankton, Nekton und Destruenten.

Die wichtigsten Plankter eines europäischen Süßwasser-Sees (Beispiel: Bodensee). Phytoplankton: Goldalgen (Dinobryon), Rhodomonas, Diatomeen (Tabellaria, Diatoma, Fragilaria, Asterionella), Grünalgen (Chlorella, Scenedesmus) Zooplankton: Ruderfußkrebse (Eudiaptomus, Cyclops, Mesocyclops), Blattfußkrebse (Daphnia), Rädertierchen

Zirkulation

In einem See kommt es regelmäßig zu einer teilweisen oder vollständigen Durchmischung (Zirkulation) des Wasserkörpers, wobei Sauerstoff und Nährstoffe über den durchmischten Bereich gleichmäßig verteilt werden. Die Antriebskräfte für die Zirkulationen sind Wind und Dichteunterschiede (kaltes, also dichteres Wasser sinkt nach unten, warmes, also weniger dichtes, steigt auf). Die Zirkulation kann weiterhin durch Dichteunterschiede des Wassers (auf Grund von Temperatur- oder Salzgehaltsunterschieden) begünstigt oder behindert werden. Hat sich eine Thermokline (ein Temperatursprung) ausgebildet, wirkt das Metalimnion wie eine Sperrschicht, das kalte, dichte Tiefenwasser kann nicht mehr an der Zirkulation teilnehmen, es findet nur eine Teilzirkulation und damit nur eine Durchmischung des Epilimnions statt. Dieser Zustand wird als Sommerstagnation bezeichnet.

Dies hat Folgen für die Sauerstoffversorgung der aeroben Organismen des Hypolimnions und für die Nährsalz- und Kohlenstoffdioxidversorgung der Primärproduzenten des Epilimnions:

Zwar erhalten die aeroben Organismen des Hypolimnions noch weiterhin genügend Nährstoffe, wenn abgestorbene Körper der Tiere und Pflanzen und anderes organisches Material (Detritus) nach unten sinken. Die Versorgung mit Sauerstoff aus dem Epilimnion ist aber unterbrochen. Das Hypolimnion verarmt verstärkt an Sauerstoff.

Die aeroben Destruenten des Hypolimnions, vor allem in der Bodenzone, remineralisieren das organische Material, es entstehen vor allem in Wasser lösliche Nitrate und Phosphate, die als Nährsalze für die Produzenten notwendig wären, um Photosynthese zu betreiben. Aufgrund des fehlenden Austauschs mit dem Epilimnion können diese Nährsalze und das bei der Dissimilation entstehende Kohlenstoffdioxid aber nicht ins Epilimnion gelangen.

Deshalb beobachtet man nach der Ausbildung einer Sprungschicht einen Rückgang der Phytoplanktonmasse im Epilimnion.

Bricht aufgrund der Abkühlung des Oberflächenwassers die Thermokline zusammen, ist wieder Vollzirkulation möglich. Nährsalze und Kohlenstoffdioxid gelangen ins Epilimnion, was zu einer Vermehrung der Produzenten führt. Bei sehr starker Vermehrung des Phytoplanktons spricht man dann von Algenblüte.

Klassifikation von Seen nach der Anzahl der Vollzirkulationen im Jahr