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1.1. Vertikale Temperaturschichtung
Wasser hat bei ca. 4 °C sein Dichtemaximum. In tiefen Seen ist daher über dem Grund eine Temperatur von
annähernd 4°C messbar. Die darüber liegenden Wasserschichten sind wärmer oder, z. B. im Winter, auch kälter.
Die auf die Wasseroberfläche auftreffende Sonnenstrahlung erwärmt nur die obersten Zentimeter des Wasserkörpers.
Für die Verfrachtung in die Tiefe ist der Wind verantwortlich. Dieser transportiert das warme Oberflächenwasser
durch seine Scherkraft bis in den Uferbereich, wo es in die Tiefe gedrückt wird und von dort aus in
entgegengesetzter Richtung zurückströmt.
Der Dichteunterschied ist bei Wasser zwischen 24 und 25°C etwa 30 mal so hoch wie zwischen 4 und 5 °C. Je
wärmer nun das Oberflächenwasser ist, desto weniger tief kann es, bedingt durch den Dichteunterschied, vom
Wind nach unten gedrückt werden.
Für den Weissensee bedeutet das Folgendes:
Unmittelbar nach Eisbruch (April) hat der Wasserkörper von der Oberfläche bis zum Grund annähernd
die gleiche Temperatur (4 – 6 °C). Durch gleichmäßigen, starken Westwind über mehrere Tage, wird das
Oberflächenwasser zum Ostende des Sees transportiert und dort in die Tiefe gedrückt. Da es keine Dichteunterschiede
im See gibt, wird der gesamte Wasserkörper in Zirkulation versetzt (Frühjahrszirkulation
Abb. 1). Dadurch gelangt sauerstoffreiches Oberflächenwasser in die Tiefe. Außerdem werden Nährstoffe
(Phosphor, Stickstoff,...), die sich im Verlauf des Jahres am Seegrund angesammelt haben, wieder den
Algen zur Verfügung gestellt, wodurch die Primärproduktion angekurbelt wird.
Wind
Wind
4 – 6 °C
Sonnenstrahlung
e [m]
Tiefe
Temperatur [°C]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55 02.04.2000
60
65
70
75
80
85
90
Abb. 1: Frühjahrs- bzw. Herbstzirkulation. Der gesamte bzw. ein Großteil des Wasserkörpers
wird durch starken gleichmäßigen Wind in Zirkulation versetzt.
Temperatur [°C]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0
19 – 22 °C 5
Sprungschichte
10
15
20
25
30
35
40
45
50
4 – 5 °C
55 22.08.2000
60
65
70
75
80
85
90
Abb. 2: Sommerstagnation. Der Wasserkörper unterhalb der Sprungschicht ist in den Sommermonaten
mehr oder weniger von den darüber liegenden Wasserschichten bzw. von der
Atmosphäre abgeschlossen.
Tiefe [m]
Bis Mitte Juni hat sich das Oberflächenwasser so weit erwärmt, dass auch starke Westwinde dieses am
Ostende nicht tiefer als etwa 8 m nach unten drücken können. Es bildet sich also eine warme Oberflächenschicht,
die auf einer kälteren Wasserschicht aufliegt. Da der Wasserkörper unterhalb von ca. 8 m
nicht weiter erwärmt werden kann und Wasser bei 4 °C am schwersten ist, nimmt die Temperatur in
diesem Bereich innerhalb weniger Meter sehr stark ab (~1,5 °C/m). Durch die sprunghafte Abnahme der
Temperatur, wird diese Schicht auch als Sprungschicht bezeichnet (Abb. 2).
Ab Oktober kühlt das Oberflächenwasser kontinuierlich ab. Dadurch sinkt es nach unten und löst die
stabile thermische Schichtung auf. Etwa ab Ende November ist die Wassertemperatur von der Oberfläche
bis zum Grund wieder annähernd gleich und bei entsprechenden Windverhältnissen, kann es wieder zu
einer Zirkulation des gesamten Wasserkörpers kommen (Herbstzirkulation).
1.2. Vertikale Sauerstoffverteilung
Zu einer Anreicherung von Sauerstoff in einem Gewässer kommt es:
• durch die photosynthetische Aktivität von Wasserpflanzen und Algen
• durch Eintrag aus der Atmosphäre
• gegebenenfalls durch Zuflüsse oder Quellen
Zu einem Verbrauch von Sauerstoff kommt es:
• durch die Atmung der Tiere
• durch die Atmung von Algen und Pflanzen bei Nacht
• durch den bakteriellen Abbau organischer Substanzen
Sauerstoffkonzentration [mg O 2 / l]
0 2 4 6 8 10 12 14
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
22.08.2000
60
65
70
75
80
85
90
6 7
Tiefe [m m]
19 – 22 °C
Sprungschichte
4 – 5 °C
Abb. 3: Typisches Vertikalprofil der Sauerstoffkonzentrationen für den Weissensee in den
Sommermonaten. Nicht jeden Frühling bzw. Herbst wird der gesamte Wasserkörper in Zirkulation
versetzt. Dadurch kommt es zu teilweise langanhaltenden Perioden der Sauerstoffzehrung
in der Tiefenzone. Die höchste Aktivität von Algen und somit die höchsten Sauerstoffkonzentrationen
finden sich ganzjährig im Übergangsbereich zwischen warmer Oberflächenschicht
und der Sprungschicht.
Pflanzen sind in der Lage aus anorganischen Bestandteilen (Kohlendioxid, Wasser, Nährstoffe wie Phosphor-
und Stickstoffverbindungen,...) mit Hilfe der Sonnenenergie, organische Körpersubstanz aufzubauen
(Photosynthese). Dabei entsteht Sauerstoff, welcher anderen Organismen für die Atmung zur Verfügung
steht. In einem stehenden Gewässer ist die Photosynthese wohl der wichtigste sauerstoffliefernde Prozess.
Die Lichtintensität nimmt mit der Gewässertiefe ab (das Licht wird von den Pflanzen bzw. anderen Partikeln
„verbraucht“) und daher ist die Photosynthese und somit eine Sauerstoffproduktion nur bis zu jener Tiefe