Einführung in die Gewässerkunde

Grundlagen

Niederschlagswasser

• Wasser, das aus der Atmosphäre in Form von Regen, Schnee oder Hagel auf die Erde fällt.
• Kann in Gewässern enden
• Beeinflusst ihre Qualität und das Leben darin.

Grundwasser

• Wasser, das tief im Boden gespeichert ist und die Poren und Spalten in Gestein und Boden ausfüllt.
• Wichtig für das Überleben von Fischen in Zeiten von Trockenheit → speist Flüsse und Seen

Quellwasser

• Wasser, das aus einer natürlichen Quelle im Boden austritt.
• Es ist oft sehr sauber und kann spezielle Lebensräume für bestimmte Fischarten bieten.

Oberflächenwasser

• Wasser, das sich auf der Erdoberfläche in Form von Flüssen, Seen und Feuchtgebieten sammelt.
• Hauptlebensraum für viele Arten von Fischen.
• Qualität dieses Wassers ist entscheidend für die Fischerei.

Allgemeines

Der Kreislauf des Wassers

• Die 4 verschiedenen Arten von Wasser bilden zusammen den Wasserkreislauf.
• Im Wasserkreislauf fließt Wasser von der Atmosphäre zur Erde und wieder zurück.
• Dabei wechselt es seinen Ort und seine Form und durchläuft vier Phasen.

1. Verdunstung und Transpiration

• Durch die Wärme der Sonne steigt Wasser aus Ozeanen, Seen und Flüssen als Wasserdampf in die Atmosphäre auf. → Verdunstung
• Auch Pflanzen geben Wasser durch ihre Blätter in die Atmosphäre ab. → Transpiration

1. Kondensation

• Der aufgestiegene Wasserdampf kühlt sich in der höheren, kälteren Atmosphäre ab und wird wieder zu flüssigem Wasser.→ Kondensation
• Diese Wassertröpfchen formen die Wolken.

1. Niederschlag

• Wenn die Wassertröpfchen in den Wolken zu groß werden, fallen sie wegen der Schwerkraft zur Erde. → Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel)

1. Infiltration und Abfluss

• Ein Teil des Niederschlags wird von der Erde aufgenommen und bildet das Grundwasser. → Infiltration
• Anderes Wasser fließt als Oberflächenwasser in Bäche, Flüsse und schließlich zurück in die Ozeane. → Abfluss

Eigenschaften des Wassers

Wasser hat zwei Gruppen von Eigenschaften, die es einzigartig machen – physikalische und chemische Eigenschaften.

Physikalische Eigenschaften

• Physikalische Eigenschaften des Wassers sind:
• Dichte
• Strömung
• Trübung
• Temperatur
• pH-Wert
• Beeinflussen Sauerstoffgehalt, Nahrungsverfügbarkeit und Fortpflanzungsbedingungen.

Strömung

• Strömungsgeschwindigkeit abhängig von Gefälle, Breite, Tiefe und Bodenbeschaffenheit.
• Die Strömung beeinflusst die Sauerstoffversorgung im Wasser.
• Stärkere Strömung führt zu besserer Durchmischung und höherer Sauerstoffkonzentration.

Trübung

• Trübung des Wassers durch Schwebstoffe wie Algen, Schlamm oder organische Materialien.
• Erhöhte Trübung beeinflusst die Lichtdurchlässigkeit im Wasser.
• Dadurch wird die Photosynthese von Wasserpflanzen beeinflusst → Auswirkungen auf Primärproduktion, Sauerstoffgehalt und Nahrungsverfügbarkeit im Wasser.

Temperatur und Wärmekapazität

• Wassertemperatur beeinflusst das Leben im Wasser.
• Bei steigender Temperatur nimmt die Löslichkeit von Gasen im Wasser ab → Auch von Sauerstoff.
• Abnahme der Sauerstofflöslichkeit beeinträchtigt Lebensbedingungen für Fische.
• Flachwasserseen und sonnenexponierte Fließgewässer sind besonders betroffen.
• Höhere Temperaturen beschleunigen biologische Prozesse, z. B. Selbstreinigung von Gewässern.
• Schneller Abbau von Schadstoffen und effiziente Umsetzung von Nährstoffen kann zum veralgen führen.
• Hohe Temperaturen können auch zur Gefahr für die Fischpopulation werden.
• Wasser ist in der Lage ist, Wärme zu absorbieren und zu speichern, bevor es sich erwärmt oder abkühlt. → Hohe Wärmekapazität
• Es speichert Wärme, wenn die Umgebungstemperaturen hoch sind und gibt sie ab, wenn sie niedrig sind.
• Dies hält die Wassertemperaturen über längere Zeiträume stabil → Entscheidend für die Fischpopulation

Dichte

• Dichte des Wassers ist abhängig von Temperatur und Salzgehalt.
• Reines Wasser hat bei 4 °C seine größte Dichte.
• Eis schwimmt aufgrund geringerer Dichte auf Wasser.
• Temperaturschichtung in Seen während Jahreszeiten:
• Sommer: Warmes, leichteres Wasser an der Oberfläche, kälteres, dichteres Wasser unten.
• Herbst und Frühjahr: Wasser mischt sich durch Wind und Abkühlung der Oberfläche, Sauerstoff gelangt in tiefere Schichten.
• Winter: Kälteste Wasserschicht an der Oberfläche (kann zu Eis gefrieren), darunter flüssiges Wasser mit größter Dichte (um 4 °C), bietet Lebensraum für Organismen.

Chemische Eigenschaften des Wassers

Das Wasser besitzt eine Vielzahl von chemischen Eigenschaften, die es zu einer einzigartigen und lebenswichtigen Substanz machen.

pH-Wert

• Der pH-Wert gibt Auskunft über Säure- oder Basengehalt des Wassers.
• Neutraler pH-Wert ist 7.
• Werte unter 7 sind sauer.
• Werte über 7 sind basisch.
• Fische bevorzugen pH-Werte zwischen 6,5 und 8,5.
• Starke Abweichungen vom bevorzugten pH-Wert können gesundheitliche Probleme für Fische verursachen.
• pH-Wert kann durch natürliche Prozesse (z. B. Verwitterung) oder menschliche Aktivitäten verändert werden.
• Flache Gewässer sind besonders anfällig für pH-Schwankungen.

Gesamthärte und Karbonathärte

• Die Gesamthärte des Wassers setzt sich aus gelösten Mineralien zusammen.
• Calcium- und Magnesiumverbindungen sind die Hauptkomponenten.
• Die Gesamthärte des Wassers beeinflusst die Wasserqualität und den pH-Wert.
• Die Karbonathärte des Wassers gibt den Gehalt an Carbonat- und Bicarbonationen an und ist wichtig für die Stabilisierung des pH-Werts.
• Karbonathärte reguliert den Stoffwechsel im Gewässer.

Stickstoffkreislauf

• Stickstoff ist ein essenzieller Bestandteil von Proteinen und anderen wichtigen organischen Verbindungen.
• Im Stickstoffkreislauf wird Stickstoff in verschiedenen Formen durch verschiedene Prozesse umgewandelt.
• Die Stickstofffixierung ist der Prozess, bei dem Stickstoffgas aus der Atmosphäre von speziellen Bakterien oder durch Blitzentladungen in eine für Pflanzen verfügbare Form, wie Ammonium (NH4+), umgewandelt wird.
• Pflanzen können Ammonium oder Nitrat (NO3-) aus dem Boden aufnehmen und in ihre Gewebe aufnehmen.
• Organismen, die Pflanzen fressen, nehmen den Stickstoff durch die Nahrungskette auf.
• Beim Abbau von organischen Abfällen, toten Organismen oder Exkrementen durch bakterielle Zersetzung wird Ammonium freigesetzt.
• Im Prozess der Nitrifikation wandeln bestimmte Bakterien Ammonium in Nitrit (NO2-) und dann in Nitrat um.
• Pflanzen können Nitrat für ihr Wachstum aufnehmen und den Kreislauf fortsetzen.
• Denitrifikation ist ein Prozess, bei dem bestimmte Bakterien Nitrat wieder in Stickstoffgas umwandeln und in die Atmosphäre freisetzen, wodurch der Kreislauf geschlossen wird.

Sauerstoffgehalt

• Sauerstoff ist für das Leben im Wasser von entscheidender Bedeutung
• Wasser kann Sauerstoff aufnehmen und speichern
• Der Sauerstoffgehalt wird von verschiedenen Faktoren wie Temperatur, Gewässertiefe,Salzgehalt und Verschmutzung beeinflusst.
• Es gibt zwei Wege, wie Sauerstoff in das Wasser gelangt:
1. Durch Photosynthese
2. Aus der Luft

Durch die Photosynthese

• Pflanzen nehmen bei der Photosynthese Kohlendioxid und Wasser auf und geben Sauerstoff und Glukose (Zucker) frei.
• Diese Reaktion findet nur statt, wenn ausreichend Licht vorhanden ist.
• Das heißt, dass diese Reaktion während des Tages stattfindet.
• Nachts können diese Pflanzen und Algen Sauerstoff verbrauchen.

Durch die Luft

• Wenn Wasser und Luft in Kontakt kommen, findet ein natürlicher Gasaustausch statt.
• Sauerstoffmoleküle in der Luft vermischen sich im Wasser, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.
• Dies wird durch die Bewegung des Wassers begünstigt.
• Wind, Wellen oder Strömungen mischen das Wasser und ermöglichen einen größeren Austausch von Sauerstoff.
• Fließgewässer, wie Flüsse und Bäche, sind oft gut mit Sauerstoff versorgt, weil sie ständig in Bewegung sind.

Temperatur

• Wird Wasser erwärmt, beginnen die Wassermoleküle sich schneller zu bewegen und der Sauerstoff entweicht dem Wasser.
• Daher haben kalte Gewässer einen höheren Sauerstoffgehalt als wärmere Gewässer.

Gewässertiefe

• An der Wasseroberfläche ist der Sauerstoffgehalt höher. → Wasser hat Kontakt mit der Luft.
• In tieferen Gewässerschichten nimmt der Sauerstoffgehalt ab → Weniger Licht für die Photosynthese und der Sauerstoff kann nicht so weit nach unten gelangen.
• Fische passen sich je nach Sauerstoffbedarf an ihren Lebensraum an.

Verschmutzung

• Verschmutzung kann den Sauerstoffgehalt in einem Gewässer dramatisch reduzieren.
• Zu viele Nährstoffe im Wasser können das Wachstum von Algen und anderen Pflanzen fördern. → Führt zur Algenblüte
• Sterben diese Pflanzen, werden sie von Bakterien zersetzt → Verbraucht Sauerstoff
• Dies kann zu einer Verringerung des Sauerstoffgehalts im Wasser führen.

Salzgehalt

• Höherer Salzgehalt → Weniger Sauerstoff
• Salz verringert die Löslichkeit von Sauerstoff im Wasser.
• Salz behindert die Sauerstoffaufnahme an der Wasseroberfläche.
• Fische, die im Salzwasser leben, sind speziell angepasst. → Nicht alle Süßwasserfische können im Salzwasser leben.
• Beispiel: Fische mit Laichwanderung