Vergleichende limnologische Untersuchungen an sieben ...

Beiträge zur Geologie der Schweiz -HydrologieNr. 9Herausgegeben von der Schweizerischen Geotechnischen Kommission und derHydrologischen Kommission der Schweizerischen Naturforschenden GesellschaftVergleichendelimnologische Untersuchungenan sieben Schweizerseenvon Paul NydeggerKommissionsverlag: Geographischer Verlag Kümmerly & Frey, BernBern 1957

Druck: Buchdruckerei Aeschlimann & Cie., Thun

VORWORT DER HYDROLOGISCHEN KOMMISSIONAngeregt durch Herrn Prof. Dr. F . Gygax führteHerr P. Nydegger in den Jahren 1951-1957 vergleichendelimnologische Forschungen an siebenSchweizerseen durch, Studien, welche an die alsLieferung 7 unserer Beiträge im Jahre 1952 erschieneneArbeit Hofer «Ueber die Energieverhältnissedes Brienzersees» anschließen. Die HydrologischeKommission hat in ihrer Sitzung vom 13.Dezember 1956 dem Antrag von Herrn Prof. Gygaxzugestimmt, die nun vorliegende Arbeit Nydeggerin ihre Publikationsserie «Hydrologie» aufzunehmenund einen Beitrag an die Druckkosten zugewähren.Die Arbeit Hofer befaßt sich zur Hauptsache mitder Wärmebilanz und den Stabilitätsvcrhältnisseneines Nordalpensees. Sie öffnet den Blick fürzahlreiche neue Probleme. Es erwies sich als notwendig,die Untersuchungen auf breiterer Basisdurchzuführen und auf Seen mit wesentlich anderenBedingungen bezüglich geographischer Lage,Topographie, Hydrologie und Chemismus auszudehnen.Zugleich wurde der StrahlungshaushaltZürich, den 31. Oktober 1957dieser Seen studiert. Dazu wurden mehrere limnologischeUntersuchungsgeräte neu konstruiert undfortlaufend weiterentwickelt: Elektrothermometer,verschiedene Lichtmeßgeräte, Schöpfflasche, elektrischesSauerstofflot (erstmalige Anwendung inder Schweiz auf Grund der Angaben in einer Publikationvon W. Ohle, Plön). Diese langjährigund streng periodisch betriebenen Messungen ergabenäußerst wertvolle Ergebnisse, so z. B. überdie Abhängigkeit des Lichtklimas eines Sees vonder Durchflutung und dem biologischen Geschehen,sowie über die dominierende Rolle der Oberflächengrößeder Seen für die Durchmischungstiefeund damit für den Umfang des jährlichenWärmeumsatzes. Der Verfasser beabsichtigt, Untersuchungenin dieser Hinsicht in den nächstenJahren weiterzuführen.Die Kommission dankt Herrn Prof. Gygax fürseine jahrelangen Bemühungen um das Gelingender Arbeit.Für den Inhalt von Text und Figuren ist der Verfasserallein verantwortlich.Für die Hydrologische Kommission der SNGDer Präsident:Prof. G. Schnitter

InhaltsübersichtI. Einl e itun gA. Ziel und Umfang der Untersuchungen 7B. Die untersuchten Seen . . . . . . . . . . . . . . . . 7C. Die Untersuchungs- und Entnahmestellen 7II. 0 p t i kA. Bedeutung und Ziel der Lichtmessungenin Seen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8B. Ueberblirk über die theoretischen Grundlagen1. R eflexion der Strahlung an Wasseroberflächen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92. Berechnung und Weglänge der eindringendenStrahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93. Extinktion der Strahlung im Wasser 10C. M ethodik der Tageslichtmessung1. Uebersicht . ....................... 102. Die M essvorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . 1 J_a) Der Strahlungsempfänger . . . . . . . . . . llb ) Das Ableseinstrument . . . . . . . . . . . . 12c) Das Filterproblem ............... 12d ) Montage des M eßgerätes . . . . . . . . . 13e.) M eßvorgang und Auswertung der M eßergebnisse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13D. Morphometrie, Hydrologie und Trophiegradder untersuchten Seen . . . . . . . . . . . . . . . . . 14E. Meßergebnisse1. Die spektrale Lichtdurchlässigkeit . . . . . 142. Unterlicht ........................ 193. Zeitliche Aenderungen der Lichtdurchlässigkeit,des Unterlichtes und der Sichttiefe 234. Sichttiefe und Lichtdurchlässigkeit . . . . 29III. ThermikA. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31B. M eßmethodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31C. Betrachtungen über den jahreszeitlichen Temperaturverlaufin den einzelnen Seen1. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322. Vergleich der klimatischen, morphometrisrhenund hydrologischen Größen in denGebieten der untersuchten Seena) Klimatische Größen . . . . . . . . . . . . . 33b ) Morphometrische Größen . . . . . . . . . 35c) Hydrologische Größen . . . . . . . . . . . 353. Charakteristische Merkmale des Temperaturverlaufesin den einzelnen Seena) März/ April 1953 . . . . . . . . . . . . . . . . 35b ) Mai/Juni 1953 „ „ „ „. „ ... „ „ 36c ) August 1953 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36d ) Oktober 1953 ....... .. . . ... .. . . 37e) Erwärmungshalbjahr 1954 ..... . ... 38f) Grad der winterlichen Abkühlung . . 38g) Die Temperaturen und deren Verlaufin den Tiefen der Seen - Seetypen . 4 14. Über die thermische Schichtung von Wassermassen. . ............ .. . ... .... . 425. Kurventypen und Durchmischungstide . 44·D. Wärmeinhalt - Wärmebilanz1. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502. M ethodisches ...................... 513. Jahreszeitlicher Verlauf der Mitteltemperatur.... ... . .. ... .. ......... . ..... 514. Die Wärmeamplituden . ..... .... ... . 525. Abschätzung der einzelnen Wärmebilanzposten...................... .. . . .. 52IV. ChemismusA. Allgemeine Ueberlegungen ...... . ....... 57B. Untersuchungsmethodik1. Probeentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582. Die Bestimmung von Nitrat und Phosphat 593. Sauerstoffbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . 594. H ärtebestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59C. Nitrate und Phosphate . . . . . . . . . . . . . . . . 59D. Die Sauerstoffverhältnisse . . . . . . . . . . . . . . 61E. Karbonathärte ....................... 68F. Chemische und bakteriologische Untersuchungenvon Thunerseewasserproben . . . .. 70V. Kor r e 1 a t i o n vo n t h er mische r,optischer und c h e mi sc h erSchichtungA. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70B. M eßgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71C. Diskussion der Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . 71Zusammenfassung ...................... 76Verwendete Literatur ...... . ........... .. 785

I. EINLEITUNGA. Ziel und Umfang der UntersuchungenDie vorliegende Arbeit stellt die Fortsetzung einerSerie von Untersuchungen an Schweizerseen dar,die mit einer eingehenden Betrachtung über dieEnergieverhältnisse des Brienzersees ( F. Hof er[29]) vom Geographischen Institut der UniversitätBern 194 7 begonnen wurde und an Hochgebirgsseengegenwärtig weitergeführt wird.Wir verfolgten folgende Ziele:1. Die optischen und thermischen Verhältnissemehrerer Seen sollten in ihrer örtlichen undzeitlichen Veränderung beobachtet werden.2. Durch Wahl geeigneter Gewässer mit einerseitsähnlichen, andererseits sehr unterschiedlichenEigenschaften morphologischer, hydrologischerund klimatisrher Art hofften wir wertvolleEinblicke in die Bedeutung dieser Faktorenfür das thermische, optische, chemische undbiologische Geschehen in Seen zu gewinnen.3. Trotzdem unsere Untersuchungen vor allemden physikalischen Milieufaktoren galten, bestimmtenwir regelmäßig Härte und Sauerstoffgehaltsowie vereinzelt auch die wichtigstenNährstoffe. Dieser Einblick in die Produktionsverhältnisseerlaubte uns, jeden See mehr oderweniger als Ganzes, als Lebensraum zu erfassen.1951-52 führten wir hauptsächlich Temperaturmessungenan Thuner- und Bricnzersec durch.Gleichzeitig entwickelten und erprobten wir eineLichtmeßapparatur. 1953 und 1954 wurden durchschnittlichje sechs Meßserien pro Jahr und 1955eine Sommer-, 1955/56 eine Winterserie in siebenSchweizerseen aufgenommen.Von Oktober 1953 bis Oktober 1954 wurden imAuftrage der Licht- und Wasserwerke Thun unddes Wasserrechtsamtes des Kantons Bern an Wasserproben,die wir dem Kantonalen chemischenLaboratorium in Bern zur Verfügung stellten,chemische und bakteriologische Analysen durchgeführt.(Siehe Tabelle 24.)Im ganzen ergaben sich 162 halb- oder ganztägigeExkursionen.Es würde zu weit führen, alle diejenigen zu nennen,die durch wertvolle Hinweise, Angaben undHandreichungen am Zustandekommen der vorliegendenArbeit beteiligt sind. Ihnen allen sei derherzlichste Dank ausgesprochen.Durch verschiedene Stipendien aus der Hallerstiftungund dem Nationalfonds sowie durch namhafteBeiträge aus dem Kredit des GeographischenInstitutes war es mir möglich, die Meßgeräte zukonstruieren und die Auslagen für Reisen undBootmiete teilweise zu bestreiten. Mein Dank giltdeshalb auch den genannten Institutionen undvor allem dem Leiter des geographischen Institute:;,Herrn Prof. Dr. Gygax, der mich stets tatkräftigunterstützte und auf meinen Exkursionen mehrmalsbegleitete.Zum Gelingen der vorliegenden Arbeit trug meineGattin wesentlich bei. Auf den Exkursionen, wiebei der Auswertung der Meßergebnisse, war siemir ein unübertrefflicher und sachkundiger Mitarbeiter.Die Reinzeichnung der Abbildungen besorgte größtenteilsHerr M. Niklaus, Assistent am geographischenIn~titut in Bern.B. Die untersuchten SeenAbb. 1 läßt alles Wesentliche der betreffendenSeen über Oberflächengröße, ihre Gliederung unddie Lage zur Nordrichtung erkennen. In den Seen,deren Oberflächen in Abb. 1 nur teilweise schraffierterscheinen, erstreckten sich die Untersuchungenin der Hauptsache nur auf diese Abschnitte(Zürich- und Luganersee).Abb. 2 zeigt anhand hypsographischer Diagrammedie morphometrischen Verhältnisse der einzelnenSeebecken und die ungefähren Größen von Hypolimnionund Epilimnion. Die einzelnen Schichtvolumenwurden mit Hilfe genauer Karten undeines Präzisionsplanimeters auf der Eidg. Landestopographiein Bern ermittelt. Den betreffendenVerwaltungsinstanzen sei an dieser Stelle ihr weitgehendesEntgegenkommen verdankt.Weitere vergleichende Angaben über die untersuchtenGewässer sind, je nach ihrer Bedeutungfür die betreffenden Fragen, den Betrachtungenüber Optik, Thermik usw. eingegliedert.C. Die· Untersuchungs- und EntnahmestellenNach Möglichkeit wurden die Untersuchungenstets an derselben Stelle eines Sees durchgeführt.Bestand Verdacht auf Sprungschichtneigung (nachwindigen Perioden), so wurde von einem zweitenPunkt aus eine weitere Temperaturkurve aufgenommen.Eine Sprungschichtneigung von 8 m auf12 km Horizontaldistanz konnten wir z. B. imSommer 1953 im Thunersee feststellen. Die betreffendenMeßergebnisse wurden deshalb, wieauch in einigen weiteren Fällen, nicht verwendet.Soweit im folgenden nichts vermerkt wird, wurdendie Untersuchungen an folgen Stellen durchgeführt:7

Thunersee: 1951/52 300 m nordöstlich Säge Leissigen.Ab 1953 600 m südlich Schiffstation Hilterfingen.Brienzersee: 600 m nordwestlich Säge Erschwanden.Bielersee:1 km südöstlich Kirche Twann.Murtensee:Zürichsee:Rootsee:1 km westlich Schiffstation Murten.Seemitte vor Schiffstation Thalwil.Tiefste Stelle.Luganersee: 1300 m westlich Schiffstation Paradiso.Abbildung 1Oberflächengröße und Gliederung deruntersuchten Seen.Abbildung 2Hypsographische Diagramme. Die schraffiertenFlächen zeigen die ungefähre Größe des H ypolimnionsder untersuchten Seen.10Rm'Bielersee1 2 3 4 s 6 l:;: MurtenseeThunerseeI30Rm 2Il/ Rotsee~//// Lugonersee/ ,' BrienzerseeHypsographische DiagrammeZürichseeII. OPTIKA. Bedeutung und Ziel der Lichtmessungenin SeenLichtmessungen an stehenden und fließenden Gewässerndienen im allgemeinen der Abklärung folgenderFragen:1. Der Biologe möchte wissen, welche Lichtintensitätein Organismus in einer bestimmten Tiefezu erwarten hat. Ferner interessiert ihn dieStrahlungssumme über einen bestimmten Zeitabschnitt,die Tiefenlage des Kompensationspunktes,die Qualität des vorhandenen Lichtes(spektrale Zusammensetzung) und evtl. dieRichtungsverteilung. Denn Licht und Wärmesind der eigentliche Motor des biologischenGeschehens.8

2. Der Geograph interessiert sich vor allem umdie zugestrahlte Wärmemenge und die Tiefeihres Eindringens. Außerdem können spektrah:'1'-1essungen des Lichtanteiles, der durch Streuungund Reflexion nach oben geworfen wird,des sogenannten Unterlichtes, unter Umständenmithelfen, den Fragenkomplex nach Entstehungder mannigfaltigen Farben unsererSeen und Flüsse zu klären.3. Grundlegend neue Möglichkeiten werden sichaber für die limnologische Forschung ergeben,wenn die Strahlungsmessung einen entsprechendenStand erreicht haben wird. Ist es dochheute schon möglich, aus Messungen der spektralenLichtdurchlässigkeit sowie der spektralenVerteilung des Unterlichtes weitgehendeSchlüsse auf Zusammensetzung und Zustandeines Gewässers zu ziehen. Laboratoriumsmessungen,die in dieser Hinsicht einen bedeutendenAusbau erfahren haben, sind sehr zeitraubendund zur Untersuchung von Seewasserselten geeignet. Denn in Seen zeigen sich meistnur sehr geringe Qualitätsunterschiede beiWasserproben verschiedener Tiefen, so daßbedeutende Wassermengen geschöpft werdenmüßten, um eine genügend lange Extinktions­Strecke im Kolorimeter zu ermöglichen. Zudemverändern sich Wasserproben nach Entnahmeaus ihrer natürlichen Umgebung sehr rasch.Methodik und Geräte für die Lichtmessungan Ort und Stelle sollten deshalb weiter entwickeltwerden. Es gilt, dem Lirimologen einhandliches und zuverlässiges Exkursionsgerätzur Verfügung zu stellen.Während aus Nordamerika, Schweden, Oesterreichund andern Ländern schon recht umfangreicheErgebnisse aus Lichtmessungen in Seen vorliegen,wurde in der Schweiz auf diesem Gebietbis heute nur sehr wenig gearbeitet. Versuche mitSchwarzkugelthermometern wurden 1934 vonS u c h 1 a n d und S c h m a ß m a n n in den Davoserseendurchgeführt. Einige Ergebnisse liegenauch aus dem Vierwaldstädtersee vor. Diese Messungenfanden 1949 unter Leitung von Dr. Wo 1 ffdurch 0. Grabe r, Luzern, statt. Leider wurdeunterlassen, zugleich das Unterlicht zu messen.Gleichzeitig mit unseren Untersuchungen wurdendurch R. V o 11 e n weide r von Pallanza ausLichtmessungen im Langensee durchgeführt.Unsere Untersuchungen sollen also mithelfen, eineempfindliche Lücke in der Seenkunde der Schweizzu schließen.Durch gleichzeitige Verwendung der Secchi­Scheibe versuchten wir, den Zuverlässigkeitsgraddieser bisherigen Standardmethode der Durchsichtigkeitsmessung abzuschätzen.Wir glauben, daß regelmäßige Lichtmessungenüber das ganze Jahr zum Ausbau der Strahlun!SSmessungenals Analysenmethode wertvolle Anhaltspunkteliefern können. Denn das biologische Geschehensowie Wasserführung, Turbulenz undthermische und chemische Schichtungen müssenin der spektralen Absorption und Streuung ihrenAusdruck finden. Zudem ist, wie die Ergebnissezeigen werden, die Bestimmung des Lichtcharakterseines Sees aus vereinzelten Messungen mehroder weniger zufällig und zum mindesten gewagt.B. Überblick über die theoretischenGrundlagen1. Reflexion der Strahlung an WasseroberflächenNach Lauscher [ 39] beträgt die Reflexionder Sonnenstrahlung an Wasseroberflächen jenach dem Einfallswinkel 89,2 bis 2 %- Da aberder Anteil der Himmelsstrahlung an der Totalstrahlungberücksichtigt werden muß und dieserAnteil bei abnehmender Sonnenhöhe prozentualwächst, wird der Wert von 89,2 %praktisch nie erreicht. Die Angaben über dendurchschnittlichen Reflexionsbetrag der Totalstrahlunggehen bei verschiedenen Autorenweit auseinander. So fanden K im b a 11 undH a n d bei Beobachtung aus 1000 m Höhe einedurchschnittliche Reflexion von 5-9 % an derMeeresoberfläche. P o o 1 c und A t k i n s( 1926) sowie Wh i t n e y ( 1938) fanden 7 %für diffuses Tageslicht. Um die Reflexion beiunseren Messungen nicht berücksichtigen zumüssen, wurde der Strahlungsempfänger an derSeeoberfläche stets einige mm untergetaucht,so daß schon in «0 m Tiefe» nur die effektiveindringende Strahlungsintensität gemessenwurde.2. Brechung und Weglänge der eindringendenStrahlenDie Brechung des Lichtes beim Eintritt insWasser ist für die Tageslichtmessung von großerBedeutung, da sie die effektive Weglängeeines Lichtstrahls im Wasser, gegenüber derWeglänge in Luft, bei gleicher Schichtdicke,wesentlich verkürzt. So beträgt z.B. die Weglängebei 1 m Schichtdicke und einer Sonnenhöhevon 15° in Luft 3,85 m, im Wasser abernur 1,45 m.Bei einem Einfallswinkel von 45° ergibt sich inder 1 m mächtigen Wasserschicht ein effektiverLichtweg· von 1,18 m. Diese Strecke wurde vonuns als Mittelwert angenommen. Um untereinandervergleichbare Angaben zu erhalten, reduziertenwir jeweils die Sonnenstrahhmg; ebenfallsauf einen Einfallswinkel von 45° .1 DieseReduktion geschah anhand von Tabellen, die1 Während bis hf'ute normalerweise auf Zenitsonnenstandreduziert wurde (Shellford und Gall 1922, Birgeund Juda y 1932, Ecke l 1935), wählten wir 45 °,weil dieser Sonnenstand den tatsächlichen Verhältnissenbesser entspricht. (Siehe auch Sauberer und Ru t t -n er [62], S. 75.)9

von Wh i t n e y ( 1938) ausgearbeitet wurdenund die die Abhängigkeit der mittleren Weglängevon Sonnenhöhe und Prozentsatz derHimmelsstrahlung zeigen. (Siehe S a u b e r e rund Ruttner [62], S. 74. )3. Extinktion der Strahlung im Wasser.Ein paralleles und monochromatisches Lichtbündelerfährt im Wasser folgende Veränderung(Gesetz von L a m b e r t ) :Jx == Jo eJx- SxIntensität des Lichtbündels nach Durchdringeneiner Schicht von der Dicke x] 0Intensität des einfallenden LichtbündelssExtinktionskoeffizient(pro m wenn x in m angegeben wird)Bei natürlichem, also nichtmonochromatischemLicht, wird s eine Funktion der Schichtdicke,weil Komponenten mit großem s}„ eine klei·­nere Halbwertstrecke besitzen als solche mitkleinem 8 A . 8 nimmt deshalb mit der Tiefeab. Der Fehler wird um so kleiner, je schmälerder zur Messung ausfiltrierte Spektralbereichgewählt wird. (Siehe Abschnitt «Das Filterproblem»S. 12.)Eine weitere Erschwerung bringt die Tatsache,daß wir es bei unserer Messung nicht nur mitparallel einfallendem Licht, sondern auch mitdiffuser Strahlung zu tun haben. Um diesenkomplizierten Verhältnissen gerecht zu werden,wurde der Begriff des «vertikalen Extinktionskoeffizienten» in die Limnologie eingeführt.(Siehe hierüber S a u b e r e r und R u t t n e r[ 62] S. 62.) Der «vertikale Extinktionskoeffizient»ist stets größer als der «physikalische».Für Himmelsstrahlung z. B., für die wir einenmittleren Lichtweg von 1,18 m in der Meterschichtannehmen, entspricht die vertikale Extinktionin dieser Meterschicht einer physikalischenExtinktion auf 1,18 m Lichtweg.Ein weiterer Grund für die Abnahme des vertikalenExtinktionskoeffizienten mit der Tiefeliegt nun darin, daß der Lichtweg für die Strahlenbei einer bestimmten Vertikaldistanz umso größer ist, die Extinktion also auf einer umso längeren Strecke wirkt, je schräger die Strahleneinfallen. Dadurch nimmt der prozentualeAnteil der steiler einfallenden Strahlen an derGesamtstrahlung mit der Tiefe zu, und diemittlere Länge des Lichtweges nimmt entsprechendab. Mit zunehmender Streuung wirdaber dieser Fehler kleiner und muß in natürlichenGewässern, beim heutigen Stand derMeßgenauigkeit, wohl noch vernachlässigt werden.Er wird zu berücksichtigen sein, wenn einmalsehr schmale Lichtfilter verwendet werdenkönnen, so daß das durchtretende Lichtbündelpraktisch als monochromatisch betrachtet werdendarf.Folgende Faktoren bewirken Extinktion:a) Absorption in reinem Wasser;b ) Absorption durch die im Wasser gelöstenund suspendierten Stoffe;c) Molekulare Streuung in reinem Wasser ;d) Streuung und Reflexion durch die wasserfremdenSubstanzen.Zerlegen wir ET in sw, EM, EG und ss so gi1t:-x ( sw +EM +EG + ss)Jx Jo · es T = totaler Extinktionskoeffizient ;s w = Extinktionskoeffizient für Absorptionim reinen Wasser;s M = Extinktionskoeffizientfür molekulare Streuung;s G = Extinktionskoeffizient für Absorptiondurch gelöste Stoffe;s s = Extinktionskoeffizient für Streuungan wasserfremden Substanzen.Der Extinktionskoeffizient kann also in additiveKomponenten zerlegt werden, was von großemVorteil ist. Trotzdem wird in der Limnologiedie Lichtdurchlässigkeit eines Gewässer gewöhnlichin Prozenten angegeben. Tk wird als Transmissionskoeffizientder Meterschicht bezeichnet,und wir schreiben:Tk (x) = 100 . _h_ und Tk (x) = 100 . e - 8 xJoC. Methodik der Tageslichtmessung1. Übersicht.Indem wir auf die ausführliche Darstellung beiSauberer und Ruttner [62] S. 174- 213verweisen, können wir uns hier kurz fassen.Zu den Schwierigkeiten der atmosphärischenStrahlungsmesung gesellen sich folgende Probleme:a) Wasserdichter und drucksicherer Einschluß desStrahlungsempfängers.b) Da das Gerät versenkt werden muß, ist entwedereine Vorrichtung zum Ab- und Zudekkendes lichtempfindlichen Teiles in der gewünschtenTiefe oder, bei elektrischen Geräten,ein Stromleiter (Kabel) notwendig. (Isolation!)c) Die Möglichkeit der Beschattung durch Bootund Kabel muß beachtet werden.d) Gleichgewichtsschwankungen des Bootes setzender Empfindlichkeit der elektrischen Meßinstrumente,die möglichst groß sein sollte,sehr bald eine Grenze.e) Die maximale Empfindlichkeit der Ablesinstrumentebegrenzt aber die Breite des ausgefiltertenSpektralbereiches. Dieser soll möglichstschmal sein, um die Forderung nach mono-10

chromatischer Strahlung weitgehend zu erfüllen,muß aber andererseits so breit gehaltenwerden, daß die durchtretende Strahlungsenergienoch einen genügenden Photostromund somit einen vernünftigen Ausschlag amAblesinstrument ergibt.Wohl zufolge der genannten Schwierigkeiten sinddie Kenntnisse des Strahlungsklimas in Gewässernverhältnismäßig jung. Wir werden sehen, daß dieStandardmethode der Sichttiefebestimmung mitder Secchischeibel meist recht unzuverlässige Angabenüber die in einer bestimmten Tiefe vorhandeneStrahlungsintensität ergeben mußte. Versuchemit lichtempfindlichen Platten, die in dieTiefe versenkt und dort exponiert wurden, konntenebenfalls nicht befriedigen.Gute Ergebnisse wurden aber von Birg e undJ u d a y ( 1929- 32 ) in Nordamerika bei Messungenmit Thermosäulen erzielt.Einen weiteren Schritt bedeutete dann die Verwendungvon Photozellen ( S h e 1 f o r d undGall, Puget 1920).Aber erst die Sperrschichtphotoelemente brachten,dank der einfachen Handhabung, eine wesentlicheNäherung an das Ziel, die Strahlungsmessungzu einem normalen Bestandteil der limnologischenUntersuchung werden zu lassen.Hier müssen als Forscher P e a r s a 11, P et t er -s o n , P o o 1 e , S u c h 1 a n d t und vor allemSauberer und Ru t t n er [62] erwähnt werden.Sperrschichtphotoelemente sind zu Strahlungsmessungenin Gewässern auch deshalb besondersgeeignet, weil ihre Empfindlichkeitskurve denLicht-Durchlässigkeitskurven für Seewasser sehrähnlich sind (siehe Abb. 3).Abbildung 3300 400 $00 600 700Spektrale Empfindlichkeitsverteilungeiner Sperrschich tphotozellemittlere Transmissionskurvefür Thunerseewassermittlere T ransmissionskurvefür Rootseewasser1Die Secchischeibe ist eine runde, meist weiße Plattevon ca. 25 cm Durchmesser. Diese wird an einer Schnurins Wasser versenkt, wobei die Tiefe des optischen Verschwindensals Sichttiefe bezeichnet wird.2. Die Meßvorrichtunga) Der StrahlungsempfängerDie Sperrschichtphotozelle, System Lange, Berlin,mit 11 cm 2 Nutzfläche, wurde wasserdicht inein Aluminiumgehäuse eingeschlossen (sie Abb. 4) .Abbildung 4Schematischer Schnitt durch die Zellenfassung1 Photoelement2 Kabel3 Feder aus Glimmer zum Anpressen der Zellean die Glaswand4 Gummiring5 Platte aus unzerbrechlichem Glas6 Schlauchstück zum Abdichten (Ventilprinzip)Um den Zellenraum trocken zu halten, werdeneinige Körner Silikagel eingelegt. Der Ring zumAufpressen der Glasplatte wurde möglichst schmalgehalten, damit auch sehr schräg einfallendeStrahlen die lichtempfindliche Fläche des Photoelementesnoch treffen.Beim Arbeiten mit Sperrschichtphotozellen müssenverschiedene Punkte beachtet werden. Uebersteigtz. B. die auffallende Beleuchtungsstärke1000 Lux, so besteht keine angenäherte Linearitätzwischen Lichtintensität und Zellenstrom mehr.Durch neutrale Dämpfungsfilter kann die auffallendeIntensität geregelt werden. Nach Möglichkeitarbeiteten wir mit Beleuchtungsstärken zwischen10 und 500 Lux.Eine weitere Fehlerquelle liegt in der Temperaturabhängigkeitdes Photostromes der Sperrschichtzellen.Diese nimmt mit wachsendem Außenwiderstandund ebenfalls mit wachsender Beleuchtungsstärkezu.1Tabelle 1Bel.stärkein Lux25010001Widerstand imAußenstromkreisin Ohm200Änderungdes Photostromes± 2%o10001 1+ 5%o200 + 3,5 %0110001 ± 5%oSchwankungen des Photostromes pro Grad Temperaturänderungin Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke(Zelle mit 11 cm2 Nutzfläche).1Diesem Umstand suchten wir durch entsprechendeSchaltanordnung im Außenstromkreis Rechnung zu tragen(siehe Abschnitt b ) Ablesinstrumen t ) .11

1Gewöhnlich wurde mit zwei Zellen, von deneneine nach unten und die andere nach oben gerichtetwar, gleichzeitig gemessen. (Berechnungdes Unterlichtes in % des Oberlichtes.)Die beiden Zellen zeigten gleiche spektrale Empfindlichkeitund waren von der Firma Lang e,Berlin, entsprechend ausgesucht worden.b) Das AblesinstrumentZur M essung der sehr schwachen Photoströmediente ein empfindliches Spannbandgalvanometermit 300 Ohm Innenwiderstand. Dieses wurde fürdie Meßbereiche 0-12, 0- 50, 0-300 und0'--1200 Lux geeicht. Durch entsprechende Kombinationvon Parallel- und Seriewiderständenwurde erreicht, daß der Instrumentenwiderstandfür jeden Meßbereich ungefähr gleich blieb. (SieheAbbildung 5.)Abbildung 5Tabelle 2~--F-ilt_e~r -----+---Fi_lt~er_+_P_h_o~to_el_em_en_t __Durchlässig- 1 Opt. 1 Halb- 1 T . .Filter 1 keitsmax. 1 Schwer- werts- ransmissio~s ·1 m,u pkt. mµ, \breite m,ti grenze (D - 1 , .)UG1 + BG12 I 365 [ 370 \ 42 1315- 4091 BG12 1 44-1 1 423 1 110 1310- 5101 VG 0 1 527 1 533 1 90 i 435-6401----~----- --- - -- ---OG2 1 über 605 1 610 1 110 1535-86011 über 650 1 675 1 40 1638- 860 ·1 üb2r 675 1 695 1 50 1642-860 1Daten der verwendeten Lichtfilter.(Nach Angaben von Jos e ph [32], Sauber er[ 62] und nach persönlichen Berechnungen anhanddes Kataloges der Firma S c h o t t & G e n . )17 9Schaltschema für unsere Lichtmessungen1234-67-910Sperrschich tphotoelemen tSchalterGalvanometerShuntwiderständeVorschaltwiderständeKabelFür jeden Meßbereich wurde gesondert geeicht.Es zeigte sich, daß oft N acheichungen nötig wurden,weil die Empfindlichkeit der Zellen mit derZeit nachläßt.c) Das FilterproblemUm bei der Lichtmessung eine Unterteilung ineinzelne Spektralbereiche zu erreichen, wurdendie Photoelemente mit Farbfiltern der FirmaSchott & Gen., Jena, bedeckt (Dicke 2 mm).Tabelle Nr. 2 enthält die wichtigsten Angabenüber die verwendeten Filter.Als Folge der recht großen spektralen Breite derSchott-Filter muß sich eine mit wachsender Dickeder von den Strahlen durchlaufenen Wasserschichtzunehmende Verschiebung des Durchlässigkeitsschwerpunktesin Richtung maximaler Durchlässigkeitund damit eine Veränderung des Extinktionskoeffizientenergeben. Denn die Wasserschichtzwischen Oberfläche und Photoelement wirktebenfalls als «Farbfilter» und, wie wir bereits aufSeite 10 ausführten, werden die Strahlen mitgroßem 8 A am raschesten ausgelöscht.10Bei optisch homogenem Wasser muß deshalb dieDurchlässigkeit nach der Tiefe zu scheinbar zunehmen,und zwar um so mehr, je weiter der betreffendeFilterbereich vom Bereich maximalerDurchlässigkeit entfernt liegt (siehe Abbildung 6).Der Fehler wird in den obersten Wasserschichtenam größten sein und kann in größerer Meßtiefevernachlässigt werden.Ebenso wird der Betrag der Schwerpunktverschiebungmit wachsender Tiefe kleiner.Abbildung 6--/~-i--V10 so 100% •J.'-R°.!..---:: t::: ~'--~ Tin mV..... ~~ V VVJJ..........._.......v // V 1/u~/+Bß12 / 1/l/v v OG / 2 /_,Vv /../ I SG1zivLichtdurchlässigkeit des Brienzerseewassers am1. 1. 1956, Lichtintensität in Prozenten der eindringendenStrahlung auf der Abzisse, Meßtiefeauf der Ordinate aufgetragen. Da die Abnahmeder Intensität logarithmisch erfolgt, sollte sichbei idealer M eßanordnung und optisch homogenemWasser eine Gerade ergeben.Wir verweisen im weiteren auf die Ausführungenvon Joa c him Jos e ph in der «Deutschen HydrographischenZeitschrift» Jahrgang 1949, aufSeiten 255 bis 267.Zur genauen Bestimmung der momentanen Transmissionskurveneines Gewässers wählten wir folgendenWeg:12

Aus einer ersten Messung wurde für eine bestimmteSchichtdicke des Wassers eine Transmissionskurveermittelt. Dann bestimmten wirdie Lage der optischen Schwerpunkte für dieKombination Filterwirkung der Wasserschicht +Schottfilter + spektrale Empfindlichkeit Photoelementgraphisch. Mit Hilfe der gefundenenSchwerpunktlagen und der in der entsprechendenTiefe gemessenen Durchlässigkeit wurde einezweite, oft eine drittf' und vif'rtc Transmissionskurvekonstruiert.Trotz den genannten Schwierigkeiten betrachtrnwir die verwendeten Schott-Filter als für Lichtmessungenin Seen geeignet. Wohl ließen sichdurch Interferenzfilter engere Spektralbereicheherausschneiden. Dies würde aber eine Verminderungder durchgelassenen Strahlungsintensitätund damit eine Herabsetzung der Meßgenauigkeitmit sich bringen.d) Montage des Meßgerätes (Abb. 7)Die Filter werden in die kreisförmig angeordnetenÖffnungen einer Metallscheibe von 30 cm Durch-Abbildung 7Schematische Darstellung der LichtrneßvorrichtungFilterscheibela Sektorscheibe mit neutralem Dämpfungsfilter2 Photoelement für Unterlichtmessung3 Photoelement für Oberlichtmessung4 Kabel5 Ausleger6 Zugleine7 Kabelrolle8 Schleifkontakte9 !Galvanometer10 Zelle zur Kontrolle von Schwankungender Totalstrahlung11 Galvanometer zur Messung der Totalstrahlungmesser eingelegt und können durch Schnurzugnach «Revolverprinzip» vor die horizontal liegenden,nach oben und unten gerichteten Photoelementegeschoben werden. Das obere Zellgehäuseliegt auf der Filterscheibe, das untere wird durcheine Feder gegen diese gedrückt. Dies erwies sichals zweckmäßig, um seitlichen Lichteinfall zwischenFilter und Zellengehäuse zu verhindern.Um das Oberlicht abzudämpfen (Schutz des Photoelementesbeim Messen in den obersten Wasserschichten), kann ein neutrales Lochfilter mit Opalglasoder nur ein Opalglas durch Drehen einerSektorscheibe vorgeschaltet werden.Um Meßfehler als Folge von Abschattung oderReflexion durch das Boot zu vermeiden, wird dieApparatur durch einen Ausleger 2 m vom Bootentfernt gehalten. Mit Hilfe eines Kabels, das zugleichder Stromzuführung dient, kann das Meßgerätin die gewünschte Tiefe versenkt werden.Zur genauen Tiefenbestimmung wurde das Kabelmit Metermarken versehen. Die Leine zur Betätigungder Filtervorrichtung führt direkt zum Bootund erlaubt zugleich, das Meßgerät stets in gleicherStellung zur Sonne zu halten.e) Meßvorgang und Auswertung der M eßergebnzsseStets wurden das Oberlicht und das Unterlicht biszu jener Tiefe, in der sich eben noch ein brauchbarerGalvanometerausschlag ergab, gemessen. DieMeßpunkte lagen in 0, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 15, 20,30, 50 m Tiefe. Bei Messungen an der Oberflächewurde das Photoelement stets einige Millimeterunter Wasser getaucht, um die Reflexion an derWasseroberfläche nicht berücksichtigen zu müssen.Während ich das Meßgerät bediente und dasGalvanometer beobachtete, notierte ein Gehilfedie Ergebnisse und sorgte zugleich mit leichtemRuderschlag für gleichbleibende Bootstellung.Mit Hilfe eines zweiten Photoelementes, das inkardanischer Aufhängung am Bootsrand befestigtwar (siehe Abbildung 7), wurde die Totalstrahlungständig kontrolliert. Die Erfahrung zeigte, daßleichte Intensitätsschwankungen bei der Auswertungberücksichtigt werden konnten. Bei größerenAbweichungen mußten einzelne Messungen wiederholtwerden. Bei sehr rascher Intensitätsänderungwurde fortlaufend gemessen und zur Meßzahlaus der betreffenden Tiefe auch die jeweiligeMeßzahl der Kontrollzelle notiert. Bei der Auswertungwurden in diesem Fall nur Meßzahlenmit ähnlichem Betrag für Totalstrahlung miteinanderverglichen. Die Kontrollzelle erwies sichmeistens als unentbehrlich, und es ist mir unverständlich,daß sie bis heute bei Lichtmessungennicht verwendet wurde. Denn es zeigte sich, daßfast immer beträchtliche Intensitätsschwankungender Totalstrahlung auftreten, auch dann, wennunsere Sinnesorgane keine Veränderung wahrnehmen.13

Zu jeder Messung wurde ausserdem der Zustandder Wasseroberfläche, der Grad der Bewölkung(in Zehnteln) und die Sonnenhelligkeit notiert.( 0 = nur Himmelsbestrahlung, 6 = Sonnenscheinohne Abschirmung durch Wolken oder Nebel. )Ferner wurde die Sichttiefe mit der Secchischeibeund die Wasserfarbe nach der F o r e 1 - U h 1 e -S k a 1 a bestimmt.Bei der Auswertung wurde die gemessene Intensitätauf einheitlichen Einfallswinkel von 45° reduziertl,und dann wurden die relativen Durchlässigkeitender einzelnen Schichten ausgerechnet.Ferner wurden die Verhältniszahlen Unterlicht:Oberlicht bestimmt. Die Berechnung des Extinktionskoeffizientenaus der Durchlässigkeit (undumgekehrt) geschah nach einem Diagramm, dasvon Herrn Dr. V o 11 e n weide r ausgearbeitetund mir freundlicherweise zur Verfügung gestelltworden war.D. Morphometrie, Hydrologie undjTrophiegrad der untersuchten Seen1. Die morphometrischen Abmessungen der Seebeckenbedingen:a) den Grad der Verdünnung der zugeführtenTrübungsstoff e,b) den Trophiegrad des Sees ( z. B. Ausbildungder Uferbank, Seetiefe usw., sieheKapitel IV. D.2. Größe, Höhenlage und Neigung des Einzugsgebietesbestimmen größtenteils Art und Mengeder zugeführten Schwebestoffe und den zeitlichenVerlauf ihrer Einschichtung.3. Das biologische Geschehen eines Sees beeinflußtdie spektrale Absorption und die Wasserfarbeentscheidend. So konnte Thien e m a n nschon 1925 sagen: «Kennt man die Eigenfarbeeines Sees, so kennt man auch seine übrigenEigenschaften.»Als Indikatoren für die Produktivität und denTrophiegrad eines Sees betrachten wir dasAngebot an Nährstoffen ( z. B. an Nitraten undPhosphaten) und deren Aufbrauch, sowie denSauers toffha ushal t.In den Tabellen 3 und 4 wurden deshalb diewichtigsten Angaben über Morphometrie, Hydrologie,Nährstoffgehalt und Karbonathärtcder untersuchten Seen zusammengestellt. Ueberden Jahresverlauf der Durchschnittstemperaturin den obersten 50 m (resp. bis Grund in RootundMurtensee) orientiert Abb. 44 und überdie Tiefenlage der Sprungschicht und damitdie Größe des Epiliminons Abb. 2.1Die Reduktion wurde mit Hilfe der Tabellen vonW h i t n e y (siehe S a u b e r e r und R u t t n e r [ 62]S. 7 4) ausgeführt.Ueber den Sauerstoffhaushalt und über denTrophiegrad enthalten Tabellen 17- 23 undAbb. 51 das Wesentlichste.Die Angaben in Tabelle 3 bedürfen folgender Ergänzungen:1. Die Oberflächen der Seen und die einzelnenNiveauflächen, aus denen sich dann der Rauminhaltberechnen ließ, ermittelten wir planimetrischanhand der genauesten Karten derEidg. Landestopographie.2. Beim Zürichsee wurde nur der Untersee undbeim Luganersee nur das Luganerbecken untersuchtund ausplanimetriert. Denn diese beidenWannen müssen praktisch als selbständige Seenbetrachtet werden. Sie zeigen tatsächlich weitgehendein Regime, das von demjenigen derübrigen Teilbecken abweicht.3. Als Einzugsgebiet des Thunersees wurde nurdasjenige unterhalb Interlaken, für den Bielerseeunterhalb Wohlensee und Thielle, fürden Zürichsee unterhalb Wesen und für denLuganersee nördlich Melide berücksichtigt.Dienen doch die höher liegenden Seen einesFlußsystems als Klärbecken für die tiefer liegenden,und uns interessiert hier das Einzugsgebietvor allem als Lieferant der Trübungsstoffe,die von den Zuflüssen den Seen zugeführtwerden. Je größer das Verhältnis Einzugsgebiet: Seeareal, um so stärker muß dieDurchflutung und damit die Einschwemmungvon Schwebestoffen sein.4. Zweifellos spielt auch das Gefälle des Einzugsgebietesfür den Schwebestofftransport eineRolle. Die letzte Kolonne der Tabelle 3 enthältdeshalb das Produkt aus dem VerhältnisEinzugsgebiet zu Seeoberfläche ( [ E/S J ) undder Höhendifferenz zwischen den mittlerenMeereshöhen des Einzugsgebietes und des Seespiegels( [ He-Hs J ) . Dieser Proportionalitätsfaktor ist gewiß sehr willkürlich gewählt, undes handelt sich lediglich um einen ersten versuchsweisenAnsatz.5. Das Einzugsgebiet des Rootsees wurde nicht berechnet,weil dieser See durch einen Kanal mitder Reuß in Verbindung steht und weil wirüber den prozentualen Anteil des Flußwassers,das dem See durch diesen Kanal zufließt,keine Angaben finden konnten.E. Meßergebnisse1. Die spektrale Lichtdurchlässigkeit (Tageslichtmessungen)Tabellen 5 und 6 zeigen die spektrale Lichtdurchlässigkeitder obersten Wasserschichten imSommer 1955 und im Winter 1955/56.14

Tabelle 3Morphometrische und hydrologische Daten der untersuchten Seen.1Brienzer- Thuner- Luganerseesee see1111Bieler-1 Murten- Zürich- / Root-1see see see see1 1Meereshöhe m 566,9 560.2 274 432,1 432,6 409,23 1 420Oberfläche km 2 29,6 47,9 27,9 40.0 27,2 67,3 0,48Länge km 14,0 18,2 15,5 14,8 7,7 28,0 2,5mittl. Breite km 2,12 2,65 1,80 2,70 3,50 2,40 0,19Volumen km 3 5,16 6,44 4,74 1,24 0,61 3,37 0,00432größte Tiefe m 259,4 217,0 288,5 74,6 48,6 142,5 16,3----mittl. Tiefe m 174 135 170 31 ,0 22,4 54 8,8Einzugsgebietkrn 2mittl. Höhe desEinzugsgeb. mVergletscherungin%Verhältnis Einzugsg.:Seeareal---- ---1140 1350 297 ca. 2420 697 1115 -1950 1590 ca. 800 11 30 630 80518,2 4,7 0 0,3 0 0 -49: 1 33 : 1 11 : 1 60: 1 25 : 1 13 : 1[E / S]67,7 34,0 5,8 41 ,9 4,9 5,1 -[HE - Hs]1Tabelle 4: Angaben über Stickstoff- und Phosphorgehalt des Oberflächenwassers (n. Thomas [76]1953 ) und der Karbonathärte im Epilimnion (eig. Mess. 1953/56) . W=Winter-, S = Sommermessung.--1 :111 W 1 S 1 W 1 S 1 W 1 S 1 W/ S 1 W 1 S 1 W 1 S1----~-------~--~--------,-----1 ;:u~Brienzer- 0,9 1 0,8 0,005 0,005 0,02 0,03 0,02 15 1 20 1 6, 7 5,5--1 - 21J 1--l--see , 0,8 0,005 0,01 0,02 0,03 0,08 15 20 9,2 8,0-------------1----1----- -----1------------------4,8 1,6 0,008 0,05 0,05 0,03 0,74 100 40 14,0 10,21-----1----1----1- ---1----1---------------------6,01,84,0

Wir erkennen vorerst zwei Gruppen: (Sieheauch Abschnitt «Zeitliche Variation der Durchlässigkeit»Seite 23.)a) Seen mit größerer Durchlässigkeit im Winter(Thuner-, Brienzer-, Bieler- und Luganersee),b) Seen mit fast gleicher Durchlässigkeit fürSommer und Winter (Zürich-, Murten- undRootsee) .In Abbildung 8 wurden die maximalen und inAbbildung 9 die minimalen Lichtdurchlässigkeitender Meßperiode 1954/56 graphisch aufgetragen.Die Abbildung 8 zeigt:a) Mit zunehmender Wellenlänge nimmt dieLichtdurchlässigkeit aller Seen stark ab, undes zeigen sich deshalb in der Rotdurchlässigkeitnur geringe Diff ercnzen. Wie die Transmissionskurvedes destillierten Wassers zeigt,ist dieser Effekt durch die Extinktion desreinen Wassers im roten Spektralbereich zuerklären.b) Während die Kurve für destilliertes Wasserbei 620 m,ll eine deutliche Einbuchtung erkennenläßt, tritt dies bei den Kurven fürSeewasser nicht in Erscheinung. Zweifellosliegt die Ursache dazu in einer Unzulänglichkeitunserer Meßapparatur, vermutlichin der großen Halbwertbreite der Schott­Filter.Tabelle 5Mittlere spektrale Lichtdurchlässigkeit für 0-5 mTiefe, Sommer 1955 (in Prozent pro Meter).ungefähr.optischer 695 660 600 530 430 380Schwerp. m,u mµ, mµ, mµ, mµ, mµ,lsl++++1IBrienzerseeDatum11++++ 1 9 1 3.8.552.8.556.8.55Zürichseel+++3Hl129. 7. 557. 8.554·. 8. 55ThunerseeBielersee1912715215 3 1361 117Luganersee11+++1 9 alMurtensee811++7H 8Rootsee6 18 45 44 18 5_11 11111 8.8.55c) Die Differenzen in der Lichtdurchlässigkeitwerden gegen Blau zu größer. Da reinesWasser bei 450 mf1,, sein Durchlässigkeits-maximum besitzt, muß die Extinktion indiesem Spektralbereich vor allem durch wasserfremde,gelöste oder suspendierte Stoffeverursacht sein.d) Das Durchlässigkeitsmaximum verschiebtsich mit abnehmendem mittlerem Tk immermehr in Richtung längerer Weilen, alsogegen Rot.Tabelle 6Mittlere spektrale Lichtdurchlässigkeitfür 0-5 m Tiefe, Winter 1955/56 (in % pro m).ungefähr.optischerSchwerp.ThunerseeBrienzerseeBielerseeLuganerseeZürichseeMurtensee6951660 16001530 430 1380 1mµ, mµ, mµ, mµ, mµ, m,uDatum16 30 73 85 81 71 4. 1. 5614 27 65 76 68 54 1. 1. 5613 27 6371 53 35 8. 1. 5614 27 70 83 72 59 5. 1. 563 13 49 51 44 10 30. 12.556 20 49 48 26 6 8. 1. 561 Rootsee8 20 40 40 22 10 29. 12.55Ueber den Durchlässigkeitsabfall in Blau sagtS au b e r e r [ 61 J S. 304:«Von den gelösten Stoffen sind hier die Humusstoffe(nach Kalle einfach als Gelbs toffe bezeichnet)die wichtigsten, die eine starke Absorptionder kurzwelligen Strahlung und dadurchauch eine Verfärbung der Gewässer gegenBraun zu verursachen.An zweiter Stelle sind die Kalklösungen zunennen, von denen angenommen wird, daßsie die Humusstoffe zu einem gewissen Gradauszuflocken vermögen und demnach als Reinigungsmittelfungieren.»Die Wirkung des gelösten Kalkes als Ausflockungsmittelfür Humusstoffe ist umstritten. Von unserensieben Seen stehen diejenigen mit der kleinstenBlaudurchlässigkeit, also mit dem größten Gehaltan Humusstoffen, an erster und dritter Stelle bezüglichder Karbonathärte. Dies würde gegen dieAnnahme von S a u b e r e r sprechen. Das Problemist sehr kompliziert und bedarf weiterer Untersuchungen.16

Abbildung 8Maximale spektrale Lichtdurchlässigkeiten(D = Durchlässigkeit in % pro m )r. o100 r--==--..,-------...-=--r----r----i---r------............. --·---~t---/~.+-/.,.L--+--~/+-"-----+---+-~~---1-1-----l„/ / .///6 // .~r-------t-„~,~~~. '-t---+----+----l-------j~~-+--+----l///400 500 &00 700 m.1'4D.W. Destilliertes Wasser (nach J ames)1 Thunersee 21. 2. 542 Luganersee 5. 1. 563 Brienzersee 1. 1. 564 Bielersee 8. 1. 565 Zürichsee 7. 8. 556 Murtensee 4.8.557 Rootsee 8. 8.55Vergleichen wir nun die Darstellung minimaler(Abb. 9 ) mit der Darstellung maximaler Lichtdurchlässigkeit(Abb. 8 )Abbildung 9Minimale spektrale Lichtdurchlässigkeiten(D = Durchlässigkeit in % pro m )a) Die Abbildungen 8 und 9 zeigen, daß die spektraleLichtdurchlässigkeit der Seen innerhalbeines Jahres beträchtlich schwankt. Die Bestimmungdes optischen Charakters eines Gewässersaus einer einzelnen Messung muß deshalbals «Zufallstreffer» bezeichnet werden.b ) Das Verhältnis der Extinktionszunahme in denverschiedenen Spektralbereichen ist von Seezu See verschieden und kann für das R egimeeines Gewässers als charakteristisch gelten.Vor allem fällt der ausgesprochen flache Verlaufder Brienzerseekurve auf. Die Erklärungdafür gibt die Unterlichtmessung. (Siehe Abschnitt2.) Das Unterlicht, gemessen in Prozentendes Oberlichtes, zeigt am 2. 8. 55 denca. fünffachen Wert der M essung vom 1. 1. 56.U nterlicht entsteht durch Streuung und R e­flexion an Wassermolekülen und an schwebendenT eilchen. Während die Streuung an sehrkleinen Partikeln mit der 4. Potenz der Wellenlängeindirekt proportional verläuft ( RaleighschesGesetz), erfolgt die R eflexion an mineralischenTeilchen fast gar nicht farbselektiv. DasVerhältnis der Durchlässigkeit vom 2. 8. 55 zudemjenigen vom 1. 1. 56 ergibt für den Brienzersee:WellenlängeVerhältnis max. zu min.Lichtdurchlässigkeit 2,4 : 1 2,8 : 1 2,5 : 1Für die übrigen Seen lauten die entsprechendenVerhältniszahlen:400 mp, 500 mp" 600 mp"(blau) (grün) (gelb)Luganersee 3,1: 1 1,2: 1 1,2: 11\1 urtensee 3,5 1,2 1,4Zürichsee 2,0 1,2 1,4Rootsee 3,2 2,3 1,9Bielersee 2,4 1,5 1,6Thunersee 1,5 1,3 1,2400 500 600 700 m.1'41 Thunersee 3. 8.552 Brienzersee 2. 8.553 Luganersee 23. 7.554 Bielersee 13. 4.545 Zürichsee 14. 10. 546 Murtensee 12. 4.547 Rootsee 15. 10.54Dem Brienzersee am ähnlichsten verhält sichder Thunersee, während die andern Seen einebedeutend größere Extinktionszunahme im Blauals im Grün und im Gelb zeigen.Erinnern wir uns des Faktors [(E/S). (HE - Hs )]in Tabelle 3.Dieser soll ein Maß für die dem See (proFlächeneinheit der Seeoberfläche) zugeführteWassermenge und für die erosive Tätigkeit derZuflüsse (starkes Gefälle = intensive Erosion,wenig oder keine Akkumulation im Flußlauf),also für die Menge der eingeschwemmten mineralischenTrübungsstoffe sein.Die Zahlen lauten:Brienzersee 6 7, 7, Th unersee 41 , 9, Bielersee 34,Luganer-, Zürich- und Murtensee ca. 5-6.Die drei erstgenannten Seen müssen sich folglichdurch großen Gehalt an mineralischenSchwebestoffen auszeichnen. Die Extinktion wird17

also hier größtenteils durch Streuung undReflexion an verhältnismäßig großen Teilchenbewirkt und ist deshalb wenig farbselektiv. Mitdieser Schlußfolgerung stehen die Ergebnisseaus der Unterlichtmessung (siehe Fig. 10 ) inbester Uebereinstimmung.c) Im Bielersee sollten wir also ähnliche Verhältnissefinden wie im Thunersee. Die Verhältniszahlenmaximaler zu minimaler Lichtdurchlässigkeitgleichen sich aber nur im Grünund im Gelb, während die Extinktionszunahmeim Blau für den Bielersee wesentlich größer ist.Dieser starke Abfall in der Blaudurchlässigkeitläßt aber mit ziemlicher Sicherheit auf einereichliche Zufuhr an Humusstoffen schließen.Bezieht der Bielersee doch sein Wasser zumgroßen Teil aus Murten- und Wohlensee, alsoaus zwei Gewässern, die zu den lichtundurchlässigstender Schweiz gehören. Daß, wie wirweiter vorn feststellten, die höher gelegenenSeen als Klärbecken für die tief erliegendendienen, gilt eben hauptsächlich in bezug aufSchwebestoffe und kaum für gelöste Substanzen.Tabelle 4 gibt uns zudem einen Hinweisauf den Nährstoffreichtum und die intensivebiologische Produktion dieses Sees. Im Verbrauchan Stickstoff und Phosphat währenddes Sommers wird er nur vom Rootsee übertroffen.d) Einen eigentümlich flachen Verlauf zeigt dieTransmissionskurve des Zürichsees zwischen630 und 450 m µ, während sie gegen Rot undUltraviolettl sehr steil abfällt. Diese Merkwürdigkeitwurde in zahlreichen Messungen immerwieder festgestellt; eine Erklärung konnte ichaber nicht finden. Liegt sie vielleicht in derTatsache, daß der Zürichsee von Natur aus oligotrophwäre ( morphometrisch), durch denEinfluß des Menschen aber zu einem eutrophenGewässer umgestaltet wurde? M i n d e rsagt darüber [ 40] :«Unserem Beobachter müßte also dieser Seedoch recht verdächtig und rätselhaft vorkommen.Wie steht es damit? Flüchtig skizziert undder eingehenden Behandlung vorweggenommen,lautet die Antwort, daß der Zürichseeein anderes und reicheres Plankton, und zwarin erster Linie Pflanzenplankton hat als dieübrigen großen und tiefen Voralpenseen, derGenf ersee, Thuner- und Brienzersee, W alensee,Vierwaldstättersee, Bodensee und die subalpinenRandseen südlich der Alpen. Er verhältsich im Zusammenhang damit auch anders inder Sichttiefe und Farbe. Das reiche Plankton-1Mit Ultraviolett wird hier das Spektralgebiet um 380 mµ,bezeichnet. In diesem Gebiet zeigt sich bereits eineaußerordentlich große Variation in der Durchlässigkeitder Seen, und doch wird in den obersten Schichten geradenoch so viel Licht dieses Wellenbereiches durchgelassen,daß ein Messen und Vergleichen möglich ist.leben bedingt einen intensiveren Seestoffwechselmit mannigfaltigen Eigentümlichkeiten, besondersder Sauerstoffverhältnisse, aber auchder Sedimente des Profundals etc. Ueberdieswerden wir nachweisen können, daß diese Abweichungenvon Hause aus dem Zürichseenicht immanent sind, sondern die Folge einerEntwicklung innerhalb einiger Jahrzehnte. DieseEntwicklung aber ist nur teilweise die von derSeetypenlehre vorgezeichnete; sie ist auch nichtnatürlich, sondern kulturbedingt.»e) Wie zu erwarten zeigen die schwächer durchfluteten,aber nährstoffreichen Seen ( Luganer-,Murten- und Zürichsee) ausgesprochen farbselektive Extink tionssch wankungen.f) Der Rootsee scheint verhältnismäßig gut durchflutetzu sein. Zeigt er doch in allen untersuchtenFarbbereichen ähnliche, sehr große Extinktionsschwankungen.Leider sind wir bei diesemGewässer in bezug auf Durchflutungsgrad aufbloße Vermutungen angewiesen.g) Wir stellten fest: Spektral gleichmäßige Extinktionszunahmeläßt auf Vorhandensein von mineralischenTrübungsstoffen schließen, währendExtinktionszunahme im Blau die Vermehrungvon gelösten Substanzen, namentlich von Humusstoffenanzeigt. Recht aufschlußreich istdeshalb die Angabe der Ultraviolettdurchlässigkeiteines Gewässers in bezug auf seine Gelbdurchlässigkeit.So finden wir bei den untersuchtenSeen folgende Zahlen(Tk 380 m[i : Tk 600 mµ) :Max. Min.Thunersee 1,00 0,83Brienzersee 0,81 0,88Luganersee 0,80 0,18Bielersee 0,57 0,27Zürichsee 0,49 0,28Murtensee 0,19 0,09Rootsee 0,09 0,08Dest. Wasser 1,10Dieses Verhältnis, das oft als «relative Ultraviolettdurchlässigkeit»lbezeichnet wird, zeigt:a) Der Thunersee kommt der relativen Ultraviolettdurchlässigkeitdes destillierten Wassersam nächsten. (Klarster See unserer Untersuchungsreihe.)b) Ausgenommen beim Brienzersee geht dieR. U.-Abnahme mehr oder weniger parallelmit einer Abnahme der totalen Lichtdurchlässigkeit.1Im folgenden wird die relative Ultraviolettdurchlässigkeitkurz mit R. U. bezeichnet.18

Je größer diese Abnahme, um so größer mußder durch Absorption bewirkte Extinktionsanteilangenommen werden.c) Murtensee und Rootsee besitzen sowohl beimaximaler wie bei minimaler Lichtdurchlässigkeitausgesprochen kleine R. U. Also spielen indiesen beiden Seen eingeschwemmte Suspensionenfür die Extinktion eine unbedeutendeRolle.d) Luganer-, Bieler- und Zürichsee zeigen abwechselndsowohl große wie verhältnismäßig kleinereR. U. Der Luganersee übertrifft in dieserBeziehung alle andern Gewässer bei weitem.Dies ist wohl intensiverer biologischer Tätigkeitzufolge höherer Temperatur zuzuschreiben.2. UnterlichtUnterlichtmessungen können zur Klärung zahlreicherProbleme beitragen wie z. B.:a) Anteil der Streuung an der Extinktion eines Gewässers.b) Art und Menge der suspendierten Stoffe.c) Zustandekommen der wahren Farbel eines Gewässers.d ) Welche Lichtintensität kommt einem undurchsichtigenOrganismus von unten her zu? (DieserAnteil kann bis über 25 % der Gesamtintensitätbetragen.)Das Unterlicht wurde auf unseren Exkursionenstets möglichst gleichzeitig mit dem Oberlicht gemessen.Die Messung erfolgte bis zu jener Tiefe, inwelcher sich noch ein brauchbarer Galvanometerausschlagzeigte. Tab 7 und 8 enthalten eine Zuzammenstellungdes im Sommer 1955 und im Winter1955/56 in den obersten 5 Metern gemessenenmittleren Unterlichtes.Tabelle 7Intensität des Unterlichtes in Prozenten des Oberlichtes,Winter 1955/56.Ungefährer opt.Schwerpunktmµ,6601600 530 430 1380 1Filter ohn

Abb. 10300Maximale Unterlichtwerte aus Tab. 7 und 8.II / ~ \I/-----,....--..S. \_.,,,,......- ~----- --- ,.......... ~.........400 500 600 700 IT)A>Brienzersee 3. 8.55Thunersee 3. 8.55----- Bielersee 6. 8. 55---- Zürichsee = 30. 12. 55--------- Luganersee = 29. 7.55--------- Murtensee = 4. 8. 55------ Rootsee = 29. 12. 55schlußreich sind diesbezüglich die Meßergebnissevom 19. Juni 1954. (Vgl. Abb. 14. )Zwischen 5 und 7 m Tiefe fand sich in einerEntfernung von 3 km vor der Lütschinemündungeine derart trübe Schicht, daß die Lichtdurchlässigkeitnur noch knapp 1 % betrug.(Vgl. auch Abb. 50. )b) Wie ein Vergleich der Größe der Einzugsgebieteund deren Höhendifferenz gegenüber den Seehöhen(Tab. 2) vermuten läßt, folgen auf denBrienzersee der Thunersee mit 6,6 % und derBielersee mit 4,3 % Unterlicht.c) Starkes Unterlicht zeigt auch der Murtenseeam 4. August 1955. Doch wird uns eine Betrachtungder spektralen Zusammensetzungnoch zeigen, daß dieses Unterlicht nicht gleichenUrsprungs ist wie dasjenige von Brienzer-,Thuner- und Bielersee. (Siehe S. 23.)c) Schwaches Unterlicht finden wir bei Luganer-,Zürich- und Rootsee, was hach den Ausführungenauf Seite 14 zu. erwarten ist (geringeDurchflutung).e) Minimalstes Unterlicht zeigt der Luganerseemit 0,8 % am 5. Januat -· 1956. (Vergleiche dazuin Abbildung 8 die _ _Transmissionskurve desLuganersees im entsprechend~n Zeitpunkt. )\Aeußerst interessant sind die Unterschiede in derspektralen Zusammensetzung des Unterlichtes. DieStreuung wirkt offenbar zusätzlich zur Absorptionselektiv und ergibt z. B. für den Rootsee eine weitereVerschiebung des optischen Schwerpunktesgegen Rot. Würde die durchgelassene Strahlungin allen Bereichen ungefähr gleich stark gestreut,so müßte die Darstellung des Unterlichtes, da essich um relative Angaben handelt, eine Geradeergeben. Allerdings legt das Licht, nachdem es ineiner bestimmten Tiefe als Oberlicht gemessenwurde, bis zum Eintreffen an der gleichen Stelleals gestreutes Unterlicht, einen zusätzlichen Wegzurück. Und auf diesem Weg unterliegt es derspektralen Absorption des betreffenden Gewässers.Diese Absorption könnte aber höchstens eineSchwerpunktsverschiebung gegen das Maximumder spektralen Durchlässigkeit bewirken. Bei einemVergleich von Abb. 10 (Unterlichtwerte) mit Abb.11 und 12 (spektrale Durchlässigkeit der untersuchtenSeen) zeigt sich eine deutliche Verschiebungdes optischen Schwerpunktes im Unterlicht sowohlgegen Blau (Brienzersee) wie auch gegen Rot( Murtensee) vom optischen Schwerpunkt derLichtdurchlässigkeit des betreffenden Sees weg.Bevor wir den Verlauf der Kurve in Abb. 10 einerweiteren Analyse unterziehen, bedarf es einigertheoretischer Ueberlegungen. Wir folgen dabei teilweiseden vortrefflichen Ausführungen von Lau -scher [39]. In einer Schrift, betitelt «Üptik derGewässer», die 1955 erschien, setzt sich der Autormit den theoretischen Grundlagen der Strahlungsforschungin den Gewässern auseinander.Die gesamte Extinktion im Seewasser setzt sichfolgendermaßen zusammen:'--.--'reines Wasser=konstant(abgesehen vonTemperatureinflüssen)Lösungen Plankton Mineral.Schwebestoffeörtlich und zeitlich variabelDie Extinktionskoeffizienten sind also additiv, undzudem ist ihre Größe der Konzentrationsdichtevon Lösungen angenähert proportional. DurchSubtraktion von aw und sw erhalten wir die Extinktionskoeffizientenfür wasserfremde Substanzen. InTab. 9 finden sich Streuungs- und Absorptionskoeffizientenim sichtbaren Spektrum für reinesWasser zusammengestellt. Wie die Zusammenstellungerkennen läßt, existiert also in reinem Wasserfür A. = 470 mµ ein Extinktionsminimum. Hierberuhen 77 % der Lichtschwächung auf Streuung ~während im Ultraviolett wieder die Absorptionüberwiegt.20

Tabelle 9/1.-(u.,) 0,3010,36 1 0,40 1 0,45 1 0,47 0,501 1E 2,22. 10- 2 4,50. 10- -i 1,64. 10- -i 6,13. 10- 5 4,52. 10-5 7, 7-t. 10 -5s 2,32. 10- -i 1,09. 10-4 0,69. 10- -i 4, 13. 10-5 3,47. 10-5 2,62 · 10-s1a 2,20. 10- 2 3,41 . 10- -i 0,95. 10--± 2,00 · 10- s 1,05 . 10 -5 5,12 . 10-5s- 0,01 0,25 0,42 0,68 0,77 0,3481A Cu) 0,55 0,60 1 0,65 0,70 0,75 1 0,801 1E 2,47. 10 - -± 1,24. 10- 3 2,36. 10-3 5,98. 10-3 2,41 . 10-2 2,06. 10- 2s 1,73 . 10- 511,17 · 10- s - 6,19. 10-6 - 3,55. 10- 61a 2,52. 10- 4 1,23 . 10- 3 2,36. 10- 3 5,97. 10-3 2,41 . 10-2 2,06 . 10- 2s- 0,06 0,01 - IJ"I 10-3 - VI lQ-48Extinktions-, Streuungs- und Absorptionskoeffizienten des reinen Wassers bei 20 ° C Temperatur mAbhängigkeit von der Wellenlänge (nach Lauscher [ 39]).s = Extink tionskoeffizien t s = Streuungskoeffizient a AbsorptionskoeffizientDas Intensitätsverhältnis u von Unterlicht durchOberlicht ist proportional zur Streuung und indirektproportional zur Extinktion, d. h . u = c .~.EDen Proportionalitätsfaktor c berechnete L a u -scher füreinenBrechungswinkel von 0 ° zu 0,168,für 25,9 ° zu 0,174 und für 48,2 ° (maximaler Brechungswinkelbei einem Einfallswinkel von 90 °)zu 0, 197. Wir können also, ohne einen wesentlichenFehler ·zu begehen, für c einen Mittelwertvon c = 0, 18 annehmen. Für s = s, wenn alsodie gesamte Extinktion auf Streuung beruhenwürde, liefert die Gleichung u = c . _s_EeinenUnterlichtwert von 0,18, also 18 % des Oberlichtes.Ein Teil des aufwärts gerichteten Streulichtes wirdan der Wasseroberfläche reflektiert (innere Reflexion) und erzetlgt ein «sekundäres Streulicht»usw. Nun wird aber n~ch ·allen Ri~htungen gestreut;also addiert sich ' zu dem · ob~n genanntenUnterlicht noch das Streulic!it der aQ\värts gerichtetenStreustrahlung. Bei Berücksichtigung allerdieser Effekte fand Lauscher schließlich nachstehendeFormel:0, 180 ~ 0, 156 .:_EEu - _____,. 1 +----. -----1-0 470~ 1-0 470~ 0,225~• J E ' E E1---­ s1-0,4 707 1LAbb. 11 enthält die von uns nach dieser Formel berech~etegraphische Darstellung der Beziehungzwischen R und ~. Zu einem bestimmten R läßtEsich nun leicht der entsprechende Wert von ~E~ finden. :pieses Verhältnis z,eigt, inwiefern die Ex..:tinktio:tl'durch Streuung _bzw. durch Absorption bedingt·ist. ·_J

Abbildung 11R ( 100 · Unterlicht/ Oberlicht) m Abhängigkeitvon s : 8fF60Y..!!O302010/l..----- :....--- ~0,2 0 1 4V ///o,6 o,s///Nun versuchen wir, die Unterlichtkurven in Abbildung10 zu deuten: Wir berechnen die Extinktionskoeffizienten(Totalext.) nach Abb. 11 bzw. 12,subtrahieren davon Ew (Extinkt. des reinen Wassers)und sw (Streuung des reinen Wassers) und erhaltenso Ev (Extinkt. durch wasserfremde Sub­160stanzen). Weiter wird anhand von Raus Abb. 19120das Verhältnis s/c bestimmt und dann s berechnet.Von s 1 sw subtrahiert ergibt Sv (Streuung durch 100Die Ergebnisse der Tabelle 10 finden sich in Abbildungen12 und 13 graphisch dargestellt.Abbildung 12 bestätigt, was wir schon wissen: kleineAbsorptionsunterschiede der verschiedenen Seen imGelb, sehr große dagegen im Blau, mittlere imGrün.Interessanter ist Abbildung 13. Sie zeigt:a) Die Lichtschwächung durch Streuung übertrifftim Brienzersee diejenige durch Absorption ganzbeträchtlich. In allen andern Seen ist das VerhältnisAbsorption : Streuung > 1.Ferner ist die durch Suspensionen verursachteExtinktion des Brienzersees zirka dreimal sogroß wie in Thuner- und Bielersee und zirkasiebenmal so groß wie in den vier übrigen vonuns untersuchten Gewässern.Abbildung 12Die Absorption des Lichtes durch suspendierte undgelöste Stoffe in den untersuchten Seen.::·!10"140 .20IIllll04oo ")U500,,,....6oo m;iwasserfremde Substanzen) und E v - sv gibt a v80(Absorption durch wasserfremde Substanzen).60Die Rechenergebnisse wurden für 400, 500 und40600 mµ Wellenlänge in Tabelle 10 zusammengestellt.20Tabelle 10Br T BilzMRExtinktionskoeffizienten ( E w und E v ) , Absorptionskoeffizienten( a w und a v ) und Streuungs-­koeffizienten ( s w und s v) für reines Wasser ( w)und wasserfremde Substanzen ( v) für siebenSchweizerseen (nach Messungen im Sommer 1955und im Winter 1955/56). (Alle Werte sind mit10-4 zu multiplizieren. )BrTBiLzMRBrienzerseeThunerseeBiderseeLuganerseeZürichseeMurtenseeRootsee}. mµ 4001500600Ev av Sv1EvavSvEvavSvBrienzersee 138 59 79Thunersee 67 59 8Bielersee 143 131 12Luganersee 160 153 7Zürichsee 117 112 5,0Murtensee 191 185 6,0Rootsee 130 127 3,01125417759548210228,5 96,526,0 15,059,5 17,553,0 6,048,5 5,569,8 12,297,5 4,5120 35,845 43,457 54,650 50,052 52,065 59,571 69,684,21,62,40,00,05,513,4reines WasserEw aw Sw1,64 0,69 0,95Ew0,77aw Sw0,26 0,51Ew aw1,24 0,17Sw1,2322

) In allen drei Spektralbereichen zeigt der Brienzerseefast gleichstarke Streuung, während inBieler- und Thunersee die Streuung in Gründeutlich überwiegt.Abbildung 13Die Streuung des Lichtes durch wasserfremde Substanzen.100 ·1 -lao6040200~D 400 rn,µßIIII500 m,uCl . 600 ~.·. cl dL DL dL ci6 dlIIl...Br T Bi L z M RBrTBiLZMRBrienzerseeThunerseeBielerseeLuganerseeZürichseeMurtenseeRootseeWir vermuten, daß hier die Größe der suspendiertenTeilchen eine Rolle spielt. Während beiStreuung an kleinsten Teilchen (nach dem Gesetzvon Ra y 1 e i g h) der Effekt zur 4. Potenzder Wellenlänge indirekt proportional ist, findetan größeren Teilchen vor allem Reflexionstatt. Da die größten Partikel am raschestenabsinken, gelangen durch die Aare bei Interlakenzweifellos nur noch feinste Suspensionenin den Thunersee. Analoge U eberlegungen geltenfür den Bielersee. Die spektrale Zusammensetzungdes Unterlichtes im Brienzersee, wie siesich aus Abb. 13 ergibt, steht in bester Uebereinstimmungmit dem weißlichen Farbeindruck,den dieser See während des ganzen Jahres mehroder weniger vermittelt. Bei diesem Gewässerstammt der Hauptteil des austretenden Lichtesbestimmt aus unbedeutenden Tiefen und wirddeshalb im See kaum verändert. Denn je wenigerSchwebestoffe sich in einem See finden,um so größer wird die mittlere Weglänge einesStrahles nach Durchdringen einer Niveauflächebis zum Eintreffen am gleichen Ort als Streustrahl.Auf diesem Weg unterliegt der Strahlaber der spektralen Absorption des Wassers.c) Eigen tümlicherweise zeigt der M urtensee einrecht starkes Unterlicht im Gelb. Der See erschienzur Zeit der betreffenden Untersuchungschmutzig braunrot. Die Ursache lag vermutliehin einer Massenproduktion der Alge Oscillatoriarubescens. Es handelt sich also um eineausgesprochene Vegetationsfärbung, und es istselbstverständlich, daß eine Alge vor allem die'Farbe als Unterlicht zurückwirft, in der sie unseremAuge erscheint.Mit diesem vorläufigen Deutungsversuch wurde einwesentliches Ziel der Lichtmessungen von weitemanvisiert. R u t t n e r sagt in seiner zusammenfassendenArbeit «Die Strahlungsverhältnisse der Binnengewässer»( S. 88) :«Hier sind wir bei einem Kapitel angelangt,wo die Lichtmessungen in den Seen aufgehörthaben, Selbstzweck zu sein, und nur entferntkönnen wir die sich hier auftuenden Möglichkeitenahnen, wie die Erfassung des Auftretensund der Verbreitung von Humusstoffen, dieGewinnung von Anhaltspunkten über Größeund Konzentration der Schwebestoffe sowie dieLüftung sonstiger Geheimnisse des Stoffwechselsund der Bewegung in den Gewässern.»3. Zeitliche Aenderungen der Lichtdurchlässigkeit,des Unterlichtes und der Sichttiefe.In Abb. 14-20 wurden die während der Jahre1953 und 1954 gefundenen Werte für Lichtdurchlässigkeitund Unterlicht der untersuchten Seen fürBlau, Grün und Rot graphisch dargestellt. Zudemwurden die durchschnittlichen monatlichen Abflußmengen(m3/sec) und die Sichttiefen aufgetragen.Auf den ersten Blick zeigt sich, daß Brienzer- undBielersee in ihrer Lichtdurchlässigkeit außerordentlichempfindlich auf die Wasserführung reagieren.Das gleiche Verhalten zeigt sich, allerdings wenigerausgeprägt, für den Thuner- und teilweise fürLuganer- und Zürichsee, während bei Murten- undRootsee zweifellos das biologische Geschehen dieTransparenz beherrscht. Im weitem ergeben sichfolgende Feststellungen:a) Für alle untersuchten Seen nördlich der Alpenzeigt sich ein Minimum der Transparenz imFrühsommer (Junimessungen). Dieses ist teil­_weise durch die Wasserführung (Zufuhr vonTrübungsstoffen bei Brienzer-, Thuner-, BielerundZürichsee), teilweise durch ein Maximumbiologischer Produktion, z. B. in Murten- undRootsee) bedingt.b) Ein zweites Minimum finden wir in den starkeutrophierten Gewässern (Murten-, ZürichundRootsee) im Herbst (Oktobermessungen).Dieses wird sehr wahrscheinlich durch dieHerbstteilzirkulation bewirkt. Denn es isteine längst bekannte ratsache, daß sich dieBurgunderblutalge während der Sommerstagnationin riesigen Mengen in der Sprungschichtder drei genannten Seen findet und daß siedurch die beginnende Herbstzirkulation ins Epilimnionaufgewirbelt wird, wodurch die Seenmeist ein bräunliches Aussehen erhalten. DasExtinktionsmaximum am 1. Januar 1954 1m23

Murtensee ergab sich durch Aufwirbelung vonBodenschlamm. Denn die M essung mußte derschlechten Witterung wegen von einem Stegaus vorgenommen werden. Für den Zustanddes Sees ist deshalb nur die Messung, die zehnTage später ausgeführt wurde, repräsentativ.c) Sehr charakteristisch zeigt sich annähernd gleicheLichtdurchlässigkeit beim Brienzersee inGelb, Grün und Blau (Zusammenlaufen derKurven Juni 1953 und 1954) bei Extinktionszunahmeinfolge intensiver Durchflutung. (Vergleichehierüber die Ausführungen S. 1 7. )Ebenso wie bei Abschätzung der Beziehung zwischenExtinktion und Durchflutung ergeben sichbei einem Vergleich der Variation von Extinktionund Unterlicht zwei H auptgruppen. In stark durchflutetenSeen wie Brienzer-, Thuner- und Bielerseeentspricht einer Extinktionszunahme im allgemeineneine Zunahme des Unterlichtes, währendin den ausgesprochen eutrophen Gewässern wieRoot- und Murtensee ein Minimum der Lichtdurchlässigkeitjeweils mit einem Minimum imUnterlicht korrespondiert. Auch hierin zeigt sichdeutlich, daß die Lichtverhältnisse in diesen beidenSeen nicht wesentlich von der Durchflutung abhängigsind. Zürich- und Luganersee zeigen sowohlMerkmale der ersten wie der zweiten Gruppe undverraten damit erneut ihren zwiespältigen Charakter.(Von Natur aus oligotrophe, aber durch Kultureinflußweitgehend eutrophierte Gewässer; bezüglichZürichsee siehe hierüber S. 18. ) Doch zeigensich auch sonderbare Abweichungen von derRegel, die einer Erklärung bedürfen:a) Unterlichtmaximum im Brienzersee AnfangJanuar 1954: Zufolge bedeutender Windtätigkeitwaren wir gezwungen, die Messung imWindschatten innerhalb der Bucht von Bönigen,also in Nähe der Lütschinenmündung auszuführen.Die Lütschine zeigte einen für dieJahreszeit verhältnismäßig hohen Trübungsgrad,und die bedeutende Unterlichtintensitätist zweifellos der überdurchschnittlichen Zufuhrvon Flußtrübe und der unmittelbarenNähe der Flußmündung zuzuschreiben. Vermutlichhätte sich in genügender Entfernung zudieser Jahreszeit auch eine größere Lichtdurchlässigkeitgezeigt.b) Anstieg sowohl in der Lichtdurchlässigkeit wieim Unterlicht im Brienzersee vom Juni zumAugust 1954: Seitherige Untersuchungen ergaben,daß sich Aare und Lütschine im Augustmeist in einer Tiefe zwischen 10 und 15 m ähnlicheinem T eppich in die Wassermasse einschieben(vergl. Temperaturkurve Abb. 33) .Dieser Trübungshorizont ist so dicht, daß ergewissermaßen wie weißlicher Seeboden wirktund die Lichtstrahlen größtenteils reflektiert.Dadurch ist auch die geringe Selektivität desUnterlichtes zu erklären. Auf die Lichtdurchlässigkeitin den oberen Schichten hat aber dergenannte Trübungshorizont keinen Einfluß. ImGegensatz zum Brienzersee zeigt der Thunerseevom Juni zum August 1954 einen Abfalldes Unterlichtes bei gleichzeitigem Anstieg derLichtdurchlässigkeit, also normalen Verlauftrotz quantitativ ähnlichen Durchflutungsverhältnissen. Dies ist aber auch zu erwarten, wennwir bedenken, daß sich die eingeschwemmtenTrübungsstoffe im Brienzersee in ganz bestimmterTiefe halten und daß dem Thunersee deshalbverhältnismäßig wenig getrübtes Ob ~ r­flächenwasser zufließt. Zudem schichtet sich,wie Untersuchungen gezeigt haben, dieses Wasserin Tiefen ein, die selbst während des Tagesbedeutend schwanken können, entsprechend denVeränderungen der Oberflächentemperatur imBrienzersee. Allerdings zeigt die Kander einähnliches Verhalten wie Hasliaare und Lütschine;doch tritt ihre Bedeutung quantitativgegen diejenige der Aare bei Interlaken zurück.c ) Interessant ist der gleichzeitige Abfall in derLichtdurchlässigkeit wie im Streulicht im Luganerseevom Juni zum August 1954. Die Abnahmeim Streulicht erklären wir uns durcheinen Rückgang der Wasserführung, währendder starke Abfall in der Blaudurchlässigkeit aufeine Zunahme an gelösten Humussubstanzenschließen läßt. Im allgemeinen wird das Vorhandenseinvon sogenannten «Gelbstoffen» derWasserzufuhr aus Moorgebieten zugeschrieben,während nach unseren Beobachtungen ebenfallsintensive biologische Tätigkeit eine ausgesprocheneAnreicherung von blauabsorbierendenStoffen im Gefolge hat.Das Parallelgehen von Unterlicht- und Lichtdurchlässigkeitskurvenin Root- und Murtenseeerklären wir uns durch das an und für sich geringeUnterlicht in diesen Seen, verbunden mit einemeventuelle Schwankungen überdeckenden größeren,durch die Konstruktion der Meßgeräte bedingtensystematischen Fehler. Denn die genaue Unterlichtintensitätwürde sich nur bei unendlich kleinemAusmaß des Lichtmeßgerätes ergeben. Je größerdieses, um so mehr wird es sich den von oben kommendenLichtstrom selber abdecken. Je größerferner die Extinktion, um so stärker wird dieserEffekt in Erscheinung treten, weil in diesem Falldie wirksame Streustrahlung aus um so engeremNachbarbezirk und aus um so geringerer Tiefe aufdie lichtempfindliche Fläche der Zelle gelangt. Wiewir auf S. 20 ausführten, müßte sich bei geringerSelektivität im Unterlicht in Abb. 10 eine Geradeergeben. Diese Behauptung gilt sinngemäß auchnur streng bei unendlich kleinen Dimensionen desLichtmeßgerätes. Im praktischen Fall aber mußsich ein scheinbarer Intensitätsabfall gegen die Bereichezunehmender Extinktion zeigen, wodurchdie Kurven für das Unterlicht ein den Oberlichtkurvenmehr oder weniger ähnliches Aussehen erhalten.Diese Zusammenhänge werden von uns24

gegenwärtig nach quantitativen Beziehungen weiteruntersucht.Uns interessiert im weiteren die Variationsbreiteim Unterlicht, also die Spanne zwischen maximalerund minimaler Unterlichtintensität eines Sees übereinen längeren Zeitraum. Eine Durchsicht von Abb.14- 20 liefert folgende Zusammenstellung (Wertefür Grün, Filter VG 9):Max. Unter!. Min. Unterl. Differenzin °lo d. Oberl. in °/o d. Ober!.Brienzersee 29,2 12,6 16,6Thunersee 13,8 1,6 12,2Zürichsee 9,8 1,5 8,3Luganersee 9,0 1,5 7,5Bielersee 9,4 3,1 6,3Murtensee 8,0 2,4 5,6Rootsee 7,0 2,3 4,7Wie zu erwarten, stehen Thuner- und Brienzersee,also die stark durchfluteten Gewässer, an der Spitze.Auf den ersten Blick überrascht die geringe Schwankungim Unterlicht bei dem am ausgiebigstendurchströmten Bielersee. Doch bezieht dieser See,wie wir weiter oben ausführten, den bedeutendstenAnteil seines Zuflusses aus anderen Seen, die gewissermaßenals Sedimentations- und damit Klärbeckendienen. Der Bielersee zeigt deshalb in seinemUnterlicht wenig ausgeprägte Spitzen aberdennoch während des ganzen Jahres bedeu tendcIntensität. Der Minimalwert von 3,1 % wird einzigvom Brienzersee nicht unterschritten. DurchSedimentation verliert das durchfließende Wassereben vorerst die gröbsten Partikel, während allerfeinste Suspensionen infolge ihrer oft unmerklichenSinkgeschwindigkeit ins Abflußwasser eines Seesgelangen. Dem Bielersee werden deshalb vor allemfeinste Schwebestoffe zugeführt, die sich dann nochmonatelang in Schwebe halten können.Abb. 14 - 20: Zeitliche Aenderung von Lichtdurchlässigkeit, Unterlicht, Durchflutung und Sichttiefein sieben Schweizerseen.Es bedeuten :R Unterlicht in Prozenten des Oberlichtes. D Lichtdurchlässigkeit in Prozenten pro Meterschicht·- - - Gelb f_______ BlauAbb. 14Grün l Tfür Lichtdurchlässigkeit _ Sichttiefe in Metern (Sm)und Unterlicht.111111\\\\\\111111 Monatsmittel der sekundlichn Abflußmengen (m3/s)R~------.-------..------------..-------.--------.------------r-------.------...------.---------~5rntt252o1!;I/1I \I \I /\ \'/. \ \I \/! ~ \I /1 \/~ \2410g0%80BRIENZERSEE60201953 1954//-../--/ /200100II III IV V VI VII VIII IX X XI XII II III IV V VI VII VIII IX X XI XII25

Abb. 15R~or-~-.,.~~~~~,-~~--.-~~---,.--~~~~.-~~~-.~~---.~~~.-~~.-~~~smtt84480%80BIELERSEE195460m%5004040030020200100II 111 IV V VI VII VIII IX X XI XIIFragen wir zum Schluß noch nach der Variationsbreitein der Lichtdurchlässigkeit unserer siebenSeen. Nehmen wir das Maximum zu 100 % an, soergibt sich nach Abb. 14-20 im grünen Spektralbereich(VG 9 ) folgende Abnahme bis zur minimalfestgestellten Transmission:Brienzersee 60 %, Thunersee 26 %, Bielersee 36 %,Luganersee 32 %, Zürichsee 46 %, Murtensee56 % , Rootsee 82 % .DieseTransmissionsabnahmen können durchSchwebestoffeoder durch gelöste Substanzen verursachtsein. Wie wir weiter oben ausführten, läßt spektralgleichmäßige Extinktionszunahme auf das Vorhandenseinvon Suspensionen, eine vorwiegend im Blausich auswirkende Lichtauslöschung auf gelöste Substanzen(Humusstoffe, Gelbstoffe) schließen. Aufschlußreichist deshalb ein Vergleich der prozentualenExtink tionszunahme im Blau ( BG 12) gegenüber den oben angeführten Werten im Grün.Wir finden:Brienzersee 53 %, Thunersee 24 o/r-, Bielersee 54 o/r,Luganersee 52 %, Zürichsee 65 o/r, Murtensee76 %, Rootsee 93 %.Also wird im Brienzersee und sehr schwach auchim Thunersee die Extinktionszunahme im Blauvon derjenigen im Grün noch übertroffen. Diesist darauf zurückzuführen, daß der Anteil der Absorptionan der Gesamtextinktion mit zunehmen-11 111 IV V VI VII VIII IX X XI XIIder Lichtdurchlässigkeit in den beiden Seen relativzunimmt und daß sich deshalb in der Gründurchlässigkeitein stärkerer Anstieg zeigen muß als inder Blaudurchlässigkeit.In allen anderen Seen zeigt sich ein deutlichesU eberwiegen in der Extinktionszunahme im Blaugegenüber Grün. Die Zunahme in der Lichtschwächungberuht hier also größtenteils auf Zunahmeder Absorption und wird deshalb vorwiegenddurch gelöste Substanzen verursacht sein. Diesverwundert vorerst bezüglich des stark durchflutetenBielerseees. Doch haben wir gesehen, daß diesesGewässer während des ganzen Jahres ein verhältnismässighohes Unterlicht zeigt, und nach unserenAusführungen auf S. 18 (Zufuhr gelöster Humussubstanzenaus Wohlen- und M urtensee) ist einebedeutende Schwankung in der Absorption zu erwarten.Im Rootsee, über dessen Durchflutungsgradkeine zuverlässigen Angaben vorliegen, vermutenwir eine bedeutende Lichtschwächung durchStreuung, also durch Schwebestoffe (Verhältnis derprozentualen Extinktionszunahme im Grün undim Blau = 82 : 93). Wir glauben, daß dieser Seebei idealer Konstruktion der Meßvorrichtung emviel stärkeres Unterlicht zeigen würde. Denn derauf S. 24 genannte Fehler muß hier, infolge geringerLichtdurchlässigkeit, besonders schwer msGewicht fallen.26

Abb. 16R.%t1'21oSm' 24841o2120%8060------- .........____ ................ ....::::4030020200100II III IV V VI VII VIII IX X XI XII II III IV V VI VII VIII IX X XI XIIAbb. 17R%..---~~~~~~-r-~~--~~..---~~-..-~~~~--.--~~~~~~~~-.---~~--smt !4------4'2D%1953 ROTSEE 19544020II III IV V VI VII VIII IX X XI XII II III IV V VI VII VIII IX X XI XII27

Abb. 1S23..--~~~--.-~-'-"--~,------''-'--T-~......__.-r-_._~__.--r-~------~--.--"-~...._...-~___,,......_~~,.....--~~---.5mtt44z- 8D/o1953 ZLJRICHSEE 19546040 ... ___ _---20 200300100Abb. 19II III IV V VI VII VIII IX X XI XII II III IV V VI VII VIII IX X XI XII~ 0 ~..--~~~~~~----r-~~~.--~~---.-~~~~--.-~~~----.-~~-.,....~~---.~-~--.~~~--.5mt4/II___ ..///////40%60MURTEN SEE1954,20201028II III IV V VI VII VIII IX X XI XII III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Abb. 202% Smt ~a 2b 442,,,.,,,"",,,,0%LUGANERSEE806040203'%604020II 111 IV V VI VII VIII IX X XI XII4. Sichttiefe un'd Lichtdurchlässigkeit.Zum Schluß sei untersucht, wieweit die klassischeMethode der Sichttiefebestimmung uns über dieLichtdurchlässigkeit einer Wasserschicht Aufschlußgeben kann. Um diese Frage zu klären, wurde beijeder Lichtmessung auch die Sichttiefe mit derSecchischeibe bestimmt. Die Ergebnisse finden sichin Abb. 14-20 graphisch aufgetragen. Recht guteKorrelation zwischen Sichttiefe und Lichtdurchlässigkeitfinden wir in Root- und Murtensee, alsoden Seen mit der größten Extinktion, sehr schlechtein Brienzer- und Thunersee, also in den Seen mitgroßen Schwankungen im Unterlicht. Es ist klar,daß starke Lichtstreuung die Begrenzung derScheibe früher unscharf erscheinen läßt, und daßsich deshalb eine kleinere Sichttiefe ergibt. DasGegenteil müßte der Fall sein, . wenn die Extinktionfast nur auf Absorption beruht. Aufschlußreichist in dieser Beziehung folgender Vergleich:Eine Messung im Luganersee ergab am 6. Januar1956 bei schwachem Unterlicht eine Durchlässigkeitvon 83 % im Grün. Die Sichttiefe betrug 11 m,während diese im schwebestoffreichen Brienzerseebei einer Durchlässigkeit von 76 % zu nur 5,3 mII III IV V VI VII VIII IX X XI XIIAbb. 21Beziehung zwischen Sichttiefe und Lichtdurchlässigkeitfür verschiedene Unterlichtwerte.mR=1%12. R.-3%10864R=S-6%321tsR==8-10%R~17%40 60 80 %29

estimmt wurde. Das einfallende Licht an derOberfläche zu 100 % gesetzt, ergäbe sich in derTiefe des optischen Verschwindens der Scheibebeim Luganersee eine Oberlichtintensität von 13 %und beim Brienzersee eine solche von 2 3 o/c, alsofast das Doppelte. Dazu kommt im Brienzerseenoch ein bedeutender Prozentsatz Unterlicht.Die Sichttiefe wird uns also kaum über die in einerbestimmten Tiefe vorhandene Lichtintensität Aufschlußgeben können. Da sie aber in ziemlich weitenGrenzen von der Außenhelligkeit unabhängigist, bleiben bei Verwendung von ein und derselbenScheibe nur zwei variable Größen, die von Einflußsein können, nämlich LichtdurchlässigkeiL undUnterlichthelligkeit. Wählt man deshalb nur Vergleichspaaremit gleichen Unterlichtwerten, so mußsich eine eindeutige Beziehung zwischen Sichttiefeund Transparenz ergeben. Da die Tageslichthelligkeitnach der Tiefe logarithmisch abnimmt, liegtdie Vermutung nahe, daß dies auch für die Sicht-tiefe bei Abnahme der Lichtdurchlässigkeit derFall sein muß . In Abb. 21 haben wir deshalb alleaus Abb. 14 - 20 sich ergebenden Wertepaare ausSichttiefe und Transparenz für ähnliche Unterlichtwertezusammengestellt. Auf der Ordinatewurden die Sichttiefen in logarithmischem undauf der Abszisse die Lichtdurchlässigkeiten (inProzenten de Meterschicht) in linearem Maßstabaufgetragen. Wie die Abbildung erkennen läßt,liegen die Schnittpunkte der Wertepaare recht gutauf Geraden. Die Eindeutigkeit der Beziehungverblüfft um so mehr, wenn man bedenkt, mitwelch primitiven Mitteln wir sehr oft die Sichttiefebestimmen (Scheiben sehr ungleicher Größen,keine Abschirmung gegen Reflexion auf der Wasseroberfläche).Abb. 21 zeigt deutlich, daß dieSichttiefenbestimmung mit der Secchischeibe rechtgute Anhaltspunkte über die Lichtdurchlässigkeitliefern kann, wenn es sich um Seen mit geringemund wenig wechselndem Unterlicht handelt.30

III. THERMIKA. EinleitungWie wir im Abschnitt «Optik» erkannten, vermagein Teil der durch die Oberfläche eines Sees eintretendenStrahlung in größere Tiefe vorzudringen;der größte Teil aber wird in den oberstenZentimetern absorbiert. Ru t t n c r [ 55] führt aus:«Bedingt der erstere das Lichtklima einer bestimmtenTiefe und schafft die Voraussetzungenfür die Assimilation des Kohlenstoffs durchdie grüne Pflanze, so liefert die Absorption imWasser die Wärme, den wichtigsten Regulatorder Lebensvorgänge. Darüber hinaus beherrschendie Temperaturverhältnisse indirekt -­durch die Dichteändcrung des Wassers - auchdie Schichtung der Wassermassen und die Strömungenin einem Seebecken. Wir können daherdie Thermik als den Angelpunkt jederlimnologischen Forschung bezeichnen.»Zur Orientierung über den jahreszeitlichen Gangder Temperatur und über Schichtungstypen verweisenwir auf Ru t t n er [ 55], Finden e g g[21], Hofe r [29] und andere.Für den Wärmehaushalt und die Temperaturschichtungeines Sees sind folgende Faktoren ausschlaggebend:1. Wärmezufuhr und -abgabea) durch Strahlung,b) durch Leitung Atmosphäre- Wasser undErdboden-Wasser,c) durch Zu- und Abflüsse,d) durch Niederschläge,e) durch Kondensation und Verdunstung.2. Durchmischunga) durch windbedingte Strömungs- und Turbulenzerscheinungen,b) durch Abkühlung und dadurch verursachteKonvektionsströmungen.3. Beckenform; denn diese bedingt:a) Größe der Seeoberfläche und damit Angriffsmöglichkeitfür die Scherkraft desWindes,b) Verhältnis von Oberfläche und Wasservolumen;denn dieses Verhältnis ist für denBetrag der Temperaturerhöhung durch diepro Flächeneinheit eingestrahlte Wärmemengeausschlaggebend.c ) Evtl. Entwicklung der Uferbank. (Turhulenzhemmungbei geringer Tiefe; scharfeAusbildung der Sprungschicht.)4. Lagea) Im Gradnetz und nach Meereshöhe,b) zu den vorherrschenden Winden (Windexposition).Die Bedeutung der einzelnen Faktoren soll im folgendendurch eine vergleichende Betrachtung desWärmehaushaltes und der thermischen Schichtungin den einzelnen Seen abgeschätzt werden. DieSeen wurden so gewählt, daß verschiedene Bedingungenweitgehend übereinstimmen, wodurch dieWirkung der übrigen klarer hervortritt.Wir verzichten auf die Veröffentlichung des Zahlenmaterials,einerseits wegen seines großen Umfanges,andererseits weil die Messungen, jr nachKurvenverlauf, in Abständen von Dezimetern biszu mehreren Metern erfolgten.Von jeder Temperaturlotung, die etwas Wesentlichesenthält, wird im folgenden eine Temperaturkurvezu finden sein. Gemessen wurde meist miteinem Elektrothermometer eigener Konstruktion(siehe Abschnitt «Meßmethodik»). Ueber den Umfangder Temperaturmessungen siehe S. 7.B. MeßmethodikDie ersten Temperaturmessungen im Frühjahr1951 wurden mit einem Kippthermometer derFirma Friedinger in Luzern ausgeführt. Im Bestreben,den vertikalen Temperaturverlauf eines Seeskontinuierlich abzutasten, suchten wir aber nachgeeigneten elektrischen Meßmethoden. Versuchemit verschiedenen Halbleitermaterialien, sogenanntenNGT-Widerständen, wie sie z. B. von Mo r -t i m e r [ 45], D u s s a r d [ 10 J und S c h m o -1 i n s k i [ 66] verwendet werden, befriedigten unsnicht, da sich deren Ausgangswiderstand veränderlichzeigte, so daß diese «Thermistoren» und«Heißleiter» immer wieder geeicht werden mußten.Zudem sind diese Widerstände, die allerdings einensehr hohen Temperaturkoeffizienten besitzen, sehrstromempfindlich. Es sollte also mit sehr kleinenund konstanten Stromstärken gearbeitet werden,um eine Erwärmung der Widerstandskörper zuvermeiden. Dies erfordert ein außerordentlich empfindlichesGah·anometer. Je empfindlicher aberein Meßinstrument ist, desto leichter reagiert esauf kleinste Schwankungen des Arbeitsbootes. Andieser Schwierigkeit scheitert ja im allgemeinenauch die exkursionsmäßige Verwendung von Thermoelementen,obwohl es sich bei diesen zweifellosum die genaueste und einfachste Vorrichtung zurelektrischen Temperaturmessung handeln würde.Die im folgenden beschriebene Konstruktion einesElektrothermometers zeigt die genannten Nachteilenicht und hat sich bei unseren U ntersuchungenbewährt.1. Temperaturempfindlicher Teil (siehe Abb. 22):Durch die Kapillare eines Quecksilberthermo-31

~ ,.,.meters Th führt ein Widerstandsdraht W, dessenbeide Enden durch Platinkontakte P 1 undP 2 mit einem Zuleitungskabel verbunden sind.Ein Steigen oder Sinken der Quecksilbersäule,als Funktion einer Temperaturänderung, halzur Folge, daß ein Strom auf dem Wege P 1-P2 ein kürzeres oder längeres Stück des Wider-Abbildung 22Schematische Darstellungdes Widerstandthermometers32M -wThGHgDR --2~/Ji::lr1::·:-:1·.:::[ IL'

dung entsprechende Darstellungen über Windverhältnisseund Lufttemperaturl bei. Um dieKurven zu «glätten» und dadurch übersichtlicherzu gestalten, wurden die Angaben vonje drei Tagen zusammengefaßt. Für die Temperaturangabenerrechneten wir also das Mittelaus je drei Tagesmitteln, während die Windstärkeangabenjedes Beobachtungspostens quadriertund die Quadrate addiert wurden. Soergaben sich für je drei Tage immer neunQuadratzahlen.Dieses Vorgehen beruht auf folgenden Ueberlegungen:a) die Angaben der Windstärken erfolgen nachder sechsteiligen Beaufortskala. Die BeziehungWindstärke-Windgeschwindigkeit istfolgende:Windstärke(nach der sechsteiligenBeaufortskala) 2 3 4Ungefähre Wind- 2,5 6,2 11,1 16,7geschwindigkeit in m/secDas Verhältnis ist also annähernd linear.b) Beobachtungen haben aber folgende Beziehungzwischen Austauschwert A und Windgeschwindigkeitergeben (siehe G e ß n e r[23] S. 401).Windgeschw. in m/sec 3 5 7 15Austauschwert 28 110 220 1000Daraus ergibt sich, daß die Windwirkungmit dem Quadrat der Windgeschwindigkeitzunimmt.Da aber (nach a) Windstärke in Gradender Beaufortskala und Windgeschwindigkeitannähernd proportional sind, verhalten sich(nach b) die Windwirkungen zueinanderwie die Quadrate der Beaufortwerte.Die Kurven der täglichen Pegelstände, die in Abb.28 bis 35 zu finden sind, sollen einen evtl. Einflußder Durchflutung auf die Temperaturschichtungder Seen erkennen lassen. Die entsprechenden Angabenwurden der täglichen Wasserstandmeldungdes Eidg. Amtes für Wasserwirtschaft entnommen.Abb. 23aufgetragen, und wir erkennen, daß dieKurven für alle Stationen nördlich der Alpenverblüffend gut übereinstimmen. Einzigdie Monatsmittel von Neuenburg liegen vonApril bis Oktober ca. 1 ° C höher.Die gleiche Feststellung ergibt sich für dieMonatssummen der Sonnenscheindauer inZürich, Bern und Neuchatei im Jahr 1954(siehe Abb. 24) und größtenteils auch für1953. Lediglich für November und Dezember1953 wurden in Neuchatei beträchtlichmehr Sonnenscheinstunden registriert alsan den übrigen Stationen nördlich der Alpen.Für Luzern liegt das Total der Sonnenscheinstunden10-15 % tiefer als für Bern,Zürich und Neuenburg.Bei Thuner-, Brienzer-, Bieler-, MurtenundZürichsee können wir also für 1953 und1954 mit sehr ähnlichen Einstrahlungsverhältnissenrechnen, während dieselben fürden Rootsee ein wenig ungünstiger liegen.Auch für Lugano verläuft die Temperaturkurveim großen und ganzen gleichsinnigmit derjenigen jenseits des Alpenkammes.Doch liegt die Lufttemperatur im Sommer·c Monatsmi~el der Lufttemp.20151019532. Vergleich der klimatischen) morphometrischenund hydrologischen Größen in den Gebietender untersuchten Seen.a) Klimatische Größen.In Abb. 23 wurden die Monatsmittel derLufttemperatur der Stationen Zürich, Bern,Interlaken, Neuchatei und Lugano für 19531Die entsprechenden Daten wurden teilweise den Annalen,teilweise unveröffentlichten Angaben der Schweiz.Meteorologischen Zentralanstalt entnommen. Das Entgegenkommenund weitgehende Verständnis der Schweiz.Meteorologischen Zentralanstalt, besonders des HerrnDr. Schüepp, sei ausdrücklich verdankt.5III IV V VI VII VIII IX X XI XII0-t---'-+-'-~'---'---'--'-~'---'--'-_._~~-4LuganoInterlaRenNeuenburgZürichBern33

Abb. 24Sonnenscheindauer_ 1nStunde~Monat30025020015010050h19531954III IV V VI VII VIII IX X XI XIIII III IV V VI VII VIII IX X XI XII_--Zürich --·- BernLuzernNeuenburgLuganoca. 3,6 ° C höher. Dies muß sich auch imWärmeinhalt des Sees zeigen.Der Verlauf der Lufttemperatur wurde fürunsere Betrachtungen lediglich als Indikatorfür die Erwärmung durch Einstrahlunggewählt. Und es verblüfft auch, wieLufttemperatur und Sonnenscheindauer miteiner Phasenverschiebung von 2-3 Tagengleichsinnig laufen. (Siehe Abb. 25 und 26.)Die Luft wird ja vom Boden her erwärmt,also indirekt ebenfalls durch Einstrahlung.Aus folgenden U eberlegungen glaube ich,daß die Wärmeleitung Luft-Wasser für dieErwärmung der Wassermasse keine wesentlicheRolle spielt :- Die spezifischen Wärmen gleicher VoluminaWasser und Luft verhalten sichwie 1 : 3300.- Angenommen die Luft würde Wärmean das Wasser abgeben, so würden sichdie wassernahen, also die untersten Luftschichtenabkühlen und dadurch schwererwerden als die überlagernden. So-ergibt sich eine gewisse Stabilität derLuftmasse über dem See, die turbulenzunddamit austauschhemmend wirkt.Umgekehrt wird bei Wärmeabgabe Wasser­Luft eine Konvektionsströmung sowohl inder Luft wie im Wasser hervorgerufen unddadurch der Austausch beschleunigt. Aberauch in diesem Fall wird die Abkühlungder Wassermassen durch Wärmeleitung, infolgeder ungleichen spezifischen Wärmenvon Wasser und Luft, unbedeutend sein.Abb. 25·c25- -- Neuenburg- Zürich20 ---- Bem\A _. -~Bern h--r "'°30V~ t·, 50Sonnenscheindauer für Bern (schraffiert) -undMittelwerte der Lufttemperaturen aus je drei Tagenfür Bern, Zürich und Neuenburg 1954.Abb. 26"C25201510Sonnenscheindauer (schraffiert) undMittelwerte der Lufttemperaturen aus je drei Tagenfür ~ug?-no 1954Wesentlich größere Unterschiede als für-Strahlung und Lufttemperatur zeigen sichnuri aber für die Windverhältnisse, die währendunseren D ntersuchungen in den entsprechendenRegionen herrschten. (SieheAbb. 28 bis 35 und vor allem Abb. 27.)so301034

Wir stellen fest:Neuenburg zeigt die größten Windstärkeschwankungen(Differenzen zwischenminimaler und maximaler Windstärke)und überragt auch im Total der Windtätigkeitalle andern Stationen .ganz beträchtlich.Auffallend.sind auch die ausgesprochen. windarmen Perioden.Im Total der Windtätigkeit werden Interlakenund Lugano von Zürich einwenig übertroffen. Alle drei Stationenzeigen aber praktisch keine windfreienPerioden.Aehnlich wie Neuenburg, aber wenigerausgeprägt, zeigen auch Zürich und Luganoheraustretende Perioden intensivsterWindtätigkeit (Spitzen), währenddieselben bei Interlaken fast ganz fehlen.Bei allen Stationen zeigt das Jahr 1954die unregelmäßigere und intensivereWindtätigkeit als 1953. (Siehe Abb. 28bis 35.)Auffallend geringe Windtätigkeit findenwir für Interlaken 1951 und vor allem1952. (Siehe Abb. 40 und 41.). b) M orphometrische Größen.Ueber Beckenform, Tiefe, Oberfläche imVerhältnis zum Seevolumen, Größe derUferbank und Steilheit der Ufer orientierendie hypsographischen Diagramme inAbb. 2 und die Angaben in den Tabellen3 und 4.c) Hydrologische GrößenFür den Wärmehaushalt eines Sees spieltdie Wassererneuerung eine wesentlicheRolle. Bringen doch die Zuflüsse meist kälteresWasser, das sich in derjenigen Tiefeeinschichtet, die seiner Temperatur unddamit seiner Dichte entspricht, währendAbb. 27Windverhältnisse März-Oktober 1953Die Angaben in Graden der sechsteiligen Beaufortskalawurden quadriert und als Summe für je dreiTage aufgetragen.das wärmere Oberflächenwasser durch den.i\bfluß abgeschöpft wird. Bei ähnlichenNiederschlagsmengen gibt das VerhältnisEinzugsgebiet zu Seeareal ein brauchbaresVergleichsmaß für den Grad der Durchflutupg.Nach den Angaben in . Tabelle 3würde sich also der Durchflutungsgrad inder Reihenfolge Bielersee, Brienzersee, Thunersee,Murtensee, Zürichsee, Luganerseewie 60 : 49 : 33 : 25 : 13 : 11 verhaltenl. Fürden Rootsee liegen leider keine genauen Angabenvor; doch schätzt Ad am [ 2 J, daßdurch den Verbindungskanal mit der Reußpro Sekunde 1 m 3 Wasser zugeführt wird.Auf die Seeoberfläche bezogen würde danndie Durchflutung ungefähr derjenigen desBrienzersees entsprechen, auf das Seevolumenbezogen wäre sie aber zwanzigmal sogroß, was wir bezweifeln. Die mittlere jährlicheNiederschlagshöhe der einzelnen Einzugsgebietebeträgt nach der Karte derSchweizerischen Meteorologischen Zentralanstaltfür 1901-1940 ca.:Thuner-, Brienzer-, ZürichseeLuganerseeBielersee·Murtensee160 cm180 cm130 cm100 cmB~rücksichtigen wir nun, außer dem VerpältnisEinzugsgebiet : Seeareal, auch dieNiederschlagshöhe für den Grad der Durchflutung,so ergeben sich für Bieler-, Brienzer-,Thuner-, Murten-, Zürich-, Luganerseedie Verhältniszahlen 78 : 78 : 53 : 25 :21 : 20. Der Durchflutungsgrad ist bei allenSeen unserer Untersuchungsreihe verhältnismäßighoch und dennoch so unterschiedlich,daß die Bedeutung der -Wassererneuerungfür den Wärmehaushalt bei einer vergleichendenBetrachtung ersichtlich werdendürfte. Da wir zur Abklärung verschiedener. Fragen auch auf Untersuchungen in Kärntenhinweisen werden, seien noch einigeAngaben über das Verhältnis von Einzugsgebietzu Seeareal dieser Seen (nach F i n -den e g g) angeführt:Millstättersee 21' : 1Ossiachersee 14 : 1Wörthersee 8 : 1Weißensee 7 : 1Klopeinersee 3,5 : 13. Charakteristische Merkmale des Temperaturverlaufesin den einzelnen Seen. (Abb. 28-35)a) März-April 1953Bielersee ( 22. 3.) und Murtensee 25. 3.)Die ganze Wassermasse erscheint ein wenigunter 4 ° C abgekühlt, was auf die intensive1Ueber Berechnung der Einzugsgebiete siehe S. 14.35

Windtätigkeit verbunden mit kühlE"r Witterungin der ersten Märzhälfte zurückzuführenist. Nach Berichten der Anwohner warendie beiden Seen in den der Messungunmittelbar vorangegangenen Tagen morgensstets mit einer dünnen Eisschicht bedeckt.Thuner- und Brienzersee ( 19. und 12. 4.):Die erste Erwärmung wurde beim Thunerseebis in 29 m, beim Brienzersee aber bisin 40 m Tiefe bewirkt. Wahrscheinlichhat die Stabilität der Schichtung im Thunersee,infolge Einschichtung vorerwärmtenOberflächenwassers aus dem Brienzersee,rascher zugenommen, wodurch der Wärmeaustauschfrüher abgebremst worden ist alsIm Brienzersee. Der steile Anstieg der PegelstandkurveAnfang April stützt diese Vermutung.Zürichsee ( 12. 4.) :Auch hier gelangte ein unbedeutenderWärmetransport bis zu 40 m hinab (kühleund windige erste Märzhälfte). Ein weitererWärmeschub erreichte nur eine Tiefe von1 7- 18 m (ebenfalls windige, aber verhältnismäßigwarme Periode Ende März-AnfangApril). (Ueber die für die Temperaturschichtungdes Zürichsees charakteristischeTiefe von 17-18 m siehe S. 48.)Luganersee (8. 4.) :Hier finden wir die entsprechenden Temperaturstufenin Tiefen von 25 und 15 m,was wohl auf die außerordentlich mildeerste Märzhälfte zurückzuführen ist. RascheErwärmung im Frühjahr bewirkt frühzeitigeBildung einer Temperaturbarriere, wodurchweiterer Austausch mit der Tiefe verunmöglichtwird. Auch dürfte die höhere Ausgangstemperatur,die dieser See bei Frühjahrshomothermiezeigt, eine Rolle spielen,da die Dichtedifferenzen pro Grad Temperaturerhöhungmit Temperaturanstieg beträchtlichzunehmen.b) Mai-Juni 1953Murten- und Bielersee ( 29. 5. und 1. 6.) :Wir erkennen, namentlich im Murtensee,fünf deutliche Temperaturschichten, entsprechenddem Wechsel von fünf Windundfünf Warmwetterperioden seit der letztenMessung. Im Bielersee wurden die einzelnenStufen, wohl infolge sehr viel stärkererDurchflutung, teilweise verwischt.Thuner- und Brienzersee ( 19. 6. und 21. 6.):Auch hier, allerdings weniger markant alsim Murtensee, finden wir, den Witterungsperiodenentsprechend, blätterartigen Aufbauder erwärmten Wassermasse. Der Kälteeinbruchvom 5.-10. April, verbunden miteiner Periode vermehrter Windtätigkeit,brachte eine beträchtliche Temperaturerhöhungunterhalb 30 m Tiefe. Im Thunerseeliegen die entsprechenden Temperaturstufenim allgemeinen etwas tief er alsim Brienzersee. Dies läßt sich durch dasAbfließen der wärmsten, obersten Wasserschichtenaus dem Brienzersee und entsprechendes«Aufblähen» der betreff endenSchichten im Thunersee erklären. (SiehePegelkurven Mai-Juni für Thuner- undBrienzersee.) Die gleiche Ursache darf wohlganz allgemein für die höhere Temperaturdes Thunersees zwischen 5 und 30 m gegenüberder entsprechenden Tiefe im Brienzerseeangeführt werden. (Siehe hierüber S. 55.)Zürichsee ( 4. 6.):Zürich- und Luganersee zeigen ein deutlichesEpilimnion, während bei allen andernSeen die sogenannte «Sprungschicht» dieOberfläche erreicht. Dieses Epilimnion istwahrscheinlich durch den KälterückfaliEnde Mai bis Anfang Juni, also gewissermaßendurch ein Beschneiden der Temperaturkurve«von rechts her», gebildet wordenund wird zweifellos bald wieder zerstörtsein. (Siehe hierüber Abschnitt C, 4.)Rootsee ( 8. 6.) :Die Temperaturkurve dieses Sees liefert dieBestätigung für die Voraussage der baldigenZerstörung des Epilimnions im Zürichsee.Trotzdem die Temperaturmessung nur vierTage später erfolgte, reicht die «Sprungschicht»bereits wieder bis zur Oberfläche.Zweifellos wurde aber die thermische Schichtungdieses Sees durch den erwähntenKälterückfall mindestens ebenso beeinflußtwie diejenige des Z ürichsees.Luganersee ( 11. 6.) :Sehr deutlich lassen sich auf der «Windkurve»ab Anfang März vier Spitzen, diegut mit vier Kälteeinbrüchen korrespondieren,erkennen. Dementsprechend deutlichist die thermische, treppenförmige Schichtungausgebildet. ( U eher Epilimnionbildungsiehe bei «Zürichsee» und Abschnitt C, 4.)c) August 1953Sämtliche Pegelkurven lassen für Ende Junibis Anfang Juli ein ausgesprochenes Maximumder Wasserführung erkennen. Wirwerden deshalb versuchen, in den Temperaturkurvendie Auswirkung dieser regenDurchflutung zu verfolgen.36

Murtensee ( 2. 8.) :Die Temperatursprünge wurden weitgehendgeglättet und verwischt.Bielersee ( 3. 8.) :Da das zufließende Wasser sich in derjenigenTiefe des Sees einschichtet, die seinerDichte entspricht, ist zu erwarten, daß dadurchbeim Bielersee vor allem oberflächennaheSchichten betroffen werden. Erhältdieser See doch hauptsächlich erwärmtesOberflächenwasser aus verschiedenen andernSeen. Damit läßt sich wohl auch die «Epilimnionbildung»,die am 2. 8. 53 bis 12 mund am 18. 8. 54 bis 15 m Tiefe reicht, erklären.Thuner- und Brienzersee ( 4. 9. und 6. 8.):Auch hier Einschichtung des im Brienzerseevorerwärmten Wassers in oberflächennaheSchichten des Thunersees, wodurchsich dessen Wärmeinhalt noch deutlicher alsbei der letzten Messung von demjenigen desBrienzersees unterscheidet. Der Abfluß erwärmtenWassers aus dem Brienzersee inden Thunersee und der dadurch bewirkteWärmetransport wird im Abschnitt «Wärmeinhait>> eingehender besprochen.Zürichsee ( 13. 8.):Vermutlich hat sich hier das zufließendeWasser in 14 bis 30 m Tiefe eingeschoben,wodurch Temperatursprünge in dieser Tiefeverwischt, oberhalb aber verschärft wurden.Doch spielt beim Zürichsee die Beckenformfür die Bildung thermischer Schichten zweifelloseine wichtige Rolle (siehe Abschnittc 5).Wir stellen zusammenfassend fest:- Rege Durchflutung bläht die sogenannteSprungschicht auf und verwischt die feinerenTemperatursprüngein derselben.Sekundär kann Durchflutung aber auchTemperaturehöhung im Epilimnion unddamit Verschärfung thermischer Schichtungbewirken, indem warmes Oberflächenwassereines Sees einem andern Seezugeführt wird.d) Oktober 1953Die herbstliche Abkühlung hat eingesetzt;die Wärmeabgabe übertrifft die -aufnahme,und damit hat auch die Bildung eines eigentlichenEpilimnions begonnen. (Siehe hierüberAbschnitt C 4.) Die Abnahme der Stabilitätläßt die Durchmischungsarbeit desWindes augenscheinlicher zur Geltung kommen.(Verschärfung des Temperaturgefällesin 14 m Tiefe bei Murten- und Luganersee,in 12 m beim Zürich- und in 6 m beimRootsee.) Eine Ausnahme macht nur derBrienzersee infolge seiner geringen Oberflächentemperatur.Denn je niedriger diese,um so später wird sich jener Zustand einstellenin welchem die Wärmeabgabe an dieAtmosphäre die Einstrahlung übertrifft. DerUnterschied im Wärmeinhalt bei ThunerundBrienzersee (trotz weitgehender Uebereinstimmungvon Beckenform und Klima)ist überraschend groß. (Siehe hierüber Abschnitt«Wärmeinhalt».) Interessant ist einVergleich der Monatsmittel der Lufttemperaturender entsprechenden Gebiete im Oktober1953 mit den Oberflächentemperaturender verschiedenen Seen. (Siehe Abb.23.) Es ergibt sich folgende Reihenfolge:LuganerseeZürichseeRootseeThunerseeBieler- undBrienzerseeDifferenz aus Monatsmittelder Lufttemp. und Oberfiächentemp.der Seenca. 7 occa. 6 occa. 5,5 ° cca. 4 ocMurtensee ca. 3 occa. 2 ocDie herbstliche Abkühlung geht bekanntlichin der Weise vor sich, daß die an derOberfläche abgekühlten Wasserteilchen absinken,wodurch wärmere nach oben gedrängtund dem Wärmeentzug ausgesetztwerden. Durch diese Konvektionsströmungwird die Temperaturkurve gewissermaßenvon «rechts her senkrecht beschnitten».Windwirkung kann nun durch Turbulenzdiesen Wärmetransport aus der Tiefe inRichtung Oberfläche wesentlich beschleunigen.Und wir glauben, daß die rasche Abkühlungbei Murten- und Bielersee der intensivenWindtätigkeit zuzuschreiben ist.(Vergleiche die verschiedenen Windkurvenfür Sept.-Okt. 1953 in Abb. 28.) Das Gegenbeispielfinden wir im Luganersee: Zufolgeder höheren Temperatur besitzt dieserSee eine größere Stabilität der Schichtungund setzt der durchmischenden Wirkungdes Windes größeren Widerstand entgegenals die anderen Seen.Der Einwand, die genannten Erscheinungenkönnten auf die Zeitdifferenz zwischender Messung im Luganersee ( 3. 10.) undderjenigen im Murtensee ( 15. 10.) zurückgeführtwerden, wird durch die Feststellung,daß ab 10. 10. 1953 wieder ein bedeutenderAnstieg der Lufttemperatur einsetzte, entkräftet.

e) Erwärmungshalbjahr 1954Abb. 28430Ein gegenseitiger Vergleich des Temperaturverlaufsergibt im wesentlichen die gleichen,für jeden See charakteristischen Merkmale,wie wir sie für das Erwärmungshalbjahr 1953 feststellten. Die Uebereinstimmungin den Kurvenbildern der beiden Jahre istverblüffend. Wir verzichten deshalb aufeine diesbezügliche Diskussion. Interessanterdürfte ein Vergleich der Temperaturgängebeider Jahre in einzelnen Seen und damiteine Abschätzung des . Einflusses klimatischerund hydrologischer Faktoren sein. Wie wirweiter oben feststellten, zeigen die Windstärkekurvenfür 1954 vermehrte Windtätigkeitgegenüber 1953. Die Zahl der Sonnenscheinstundender Monate März, April, Mai1954 liegt auf der Alpennordseite mindestens20 % tiefer als in der entsprechendenZeitperiode des Vorjahres. (Siehe Abb. 24.)Es ist eine längst bekannte Tatsache, daßkühles und windiges Frühsommerwetter hoheTiefentemperaturen der Seen zur Folge hat.Denn bei langsamer Erwärmung der Oberflächevermag der Wind die zugestrahlteWärme laufend in die Tiefe zu arbeiten,und so kommt es verhältnismäßig spät zueiner austauschhemmenden Temperaturschichtung.Diese Zusammenhänge findenwir bei einem Vergleich der Temperaturkurvender beiden Jahre in Zürich-, Bieler-,Murten- und Rootsee vortrefflich bestätigt,während sich Thuner-, Brienzer- und Luganersee,also die ausgesprochen tiefen Alpenrandseen,gegenüber Klimaschwankungenstabiler zu verhalten scheinen.Ein Vergleich der Temperaturkurven beiBrienzer- und Thunersee im Jahr 1954 istaußerordentlich aufschlußreich für die Erklärungder Epilimnionbildung. (Siehe hierüberauch Abschnitt C 4.) Die beiden Seenunterliegen sehr ähnlichen klimatischen,morphologischen und hydrologischen Bedingungen.Wie wir schon weiter vorn bemerkten,saugt die Aare bei Interlaken das erwärmteOberflächenwasser des Brienzerseeszum Teil ab und führt dieses dem Thunerseezu. Der Wärmeinhalt des Thunersees undauch seine Oberflächentemperatur werdendeshalb wesentlich höher liegen, als beimBrienzersee. Bei Temperaturrückgang wirdsich folglich ein Ueberwiegen der Wärmeabgabegegenüber der Wärmeaufnahme(negative Strahlungsbilanz) und damit dieBildung eines Epilimnions («Beschneidender Temperaturkurve von rechts» bei Tautochronendarstellung)im Thunersee frühereinstellen. Abb. 33 zeigt, daß der Thunerseetatsächlich bis zum 3. 10. von der herbstlichenAbkühlung schon sehr stark erfaßtworden war, während dieselbe dem Brienzersee,infolge seiner geringen Oberflächentemperatur,noch nichts anhaben konnte.f) Der Grad der winterlichen AbkühlungJe nach dem Verhältnis Oberfläche : Seevolumenwird die Abkühlung der Wasser-Station Vingelz~~~~~~~...... „„ „ _~----Täglicher PegelstandLTStation MurtenMurlenseaLufttemperatur (LT), Windtätigkeit (W), Wassertemperaturund Pegelstand von Bieler- und Murtensee,Sommer 1953.Abb. 29Lufttemperatur (LT), Windtätigkeit (W), Wassertemperaturund Pegelstand von Thuner-: und Brienzer~ee,Sommer 1953.lO'C1\1t"'102030w2056536

masse rascher oder langsamer erfolgen. Tabelle11 gibt eine Zusammenstellung der vonuns bestimmten Oberflächentemperaturender Wassermassen der einzelnen Seen bis50 m Tiefe (resp. bis Grund). Ferner werdendie mittleren Tiefen angegeben. (UeberBerücksichtigung der obersten 50-m-Schichtsiehe S. 51.)Abb. 30Abb. 32~~eJ~c~e.~Murlensee-I0.6---- 12.6- 12.s.---- 188Täglicher Pegelstand Station Zürichhorn430Murtenseas1ä1ion -MurtenTäglicher PegelstandBieler§ee5tolion Yingelz~------~--J-4o6 ·Lufttemperatur (LT), Windtätigkeit (W), Wassertemperaturund Pegelstand von Zürich- und Rootsee,Sommer 1953.Lufttemperatur (LT), Windtätigkeit (W), Wassertemperaturund Pegelstand von Murten- und Bielersee,Sommer 1954.Abb. 31Abb. 33.. '°l '' :- Thunersee- 3 . 10. 4-0---- Brienzersee - -- 19.6. ---- 6. 10.,„--„,_,„„„„-" ... „,,.,,„„ ... „.[ ' '„, ,,..,...„..__„„„,..„-"'\./•„J \\„ _____ „,,,_/''\_, ________ :210563,/----~~~l;:her .. Pegelstand Station RinggenbergLufttemperatur (LT), Windtätigkeit (W), Wassertemperaturund Pegelstand, Luganersee, Sommer1953.Lufttemperatur (LT), Windtätigkeit (W), Wassertemperaturund Pegelstand von Thuner- und Brienzersee,Sommer 1954.39

Abb. 34Abb. 35w~ rLT 'C- 9.4. Zürichsee -13.6.-----10.4. Rotsee --- e. 6.Täglicher Peglllstand Station ZürichhornThglicher Pllgelstand Station Lugano405Lufttemperatur (LT) , Windtätigkeit (W ), Wassertemperaturund Pegelstand von Zürich- und Rootsee,Sommer 1954.Lufttemperatur (LT), Windtätigkeit (W), Wassertemperaturund Pegelstand, Luganersee, Sommer1954.Tabelle 11Oberflächen- und Mitteltemperaturen (bis 50 m Tiefe)Winter 1952/53 und 1953/54 sowie mittlere Tiefe der SeenSee11Datum:Oberflächen- Mittel- mittlere Tiefe1 Mittel dertemperatur oc tt"mperatur oc Mitteltemp. ° C m11Rootsee 1. 1. 54 3,8 14,54 4,54 8,8MurtenseeBielerseeZürichseeThunerseeBrienzerseeLuganersee25. 3.53 4,019. 1. 54 3,822. 3.53 3,817. l. 54 4,212. 4. 53 7,028. 12.53 6,219. 2. 53 4,421. 2.54 4,322. 2. 53 4·,42. 1. 54 5,125. 1. 53 5.42. 4.54 9,73,903,863,8313,714,204,784,644,284,004,135,005,545,7722,43,96 31,04,72 54,04,14 1354,56 1745,65 170-Wie zu erwarten, zeigen Seen mit geringermittlerer Tiefe (Murten- und Bielersee)Temperaturen unter, Seen mit bedeutenderTiefe (Thuner-, Brienzer- und Zürichsee)über 4 ° C. Einzig der Rootsee mit seinerhohen Mitteltemperatur von 4,54 ° C beigeringer mittlerer Tiefe paßt nicht in unserSchema.Diese Abweichung läßt sich aber leicht erklären:Wie Messungen zeigen, bestand die Wassermaßeam 1. 1. 54 aus zwei Schichten, einer40

Datumoberen von ca. 4 ° C Mitteltemperatur undeiner untern von ca. 5,2 ° C Mitteltemperatur(inverse Schichtung). Wind bedingteund Konvektionsströmungen vermochtendie Wassermasse nur bis ca. 10 m Tiefezu durchmischen, weil das Tiefenwasser hohenElektrolytgehalt besaß und dadurchspezifisch schwerer als das viergrädige Oberflächenwasserwar. Die tiefsten Schichtenblieben deshalb im Winter 1953/54 sauerstoffleer.(Siehe Abb. 4 7.)Die Karbonathärte betrug:Tiefe 0 5 15 mHärte 12,4 12,5 22,7 f.H '.)Im Winter 1955/56 reichte die Durchmischungund damit der Sauerstofftransportauch im Rootsee bis zum Grund. Der Seeist also als zeitweise «meromiktisch» zu bezeichnen.(Ueber Meromixie siehe bei F in-den e g g [21] , der dieses Problem anKärntnerseen eingehend studiert hat. )Die verhältnismäßig hohe Mitteltemperaturder obersten 50 m im Zürichsee ist vermutlichauf den vorzeitigen, resp . verspätetenMeßtermin (28. Dez. und 12. April) zurückzuführen,während z. B. beim Thunerseewirklich die minimalen Temperaturen ( 19.und 21. Feb.) festgestellt werden konnten.g) Die Temperaturen und deren Verlauf inden Tiefen der S een - S eetypenEs ist selbstverständlich, daß seichte Seenin ihrer größten Tiefe größere Temperaturschwankungenzeigen als tiefe; denn beiDurchmischung verteilt sich eine zugeführteWärmemenge bei den ersteren auf einekleinere Wassermasse als bei den letzteren.Analog verhält es sich bei Abkühlung. DieseTatsachen werden durch die Angaben derTabelle 12 bestätigt.Tab. 12Höchste und tiefste während unserer Beobachtungsperiode gemessene Temperaturen der SeetiefenSee1RootseeMurtenseeBielerseeZürichseeThunerseeBrienzerseeLuganersee18. 6.53 1615. 10. 54 1625. :J. 53] 2. 8.54 136362?. 3.53 601. 10. 54 709. 4.54 8013. 6.54 80b. 5.51 1803. 8. 55 1906. 5.51 2006. 10. 54 2008. 4.53 1804. 4.57 190Meßtiefe1 höchste gern. 1 tiefste gern.1Temperaturinm Temperatur ° C Temp ~ra tur ° C differenz ° C16,76,76)44,44,94,95,55,03,94,14,04,8'i:,75,211,72,82,30,40,10,20.3Ueber das abnorme Verhalten des Rootseesorientiert Abschnitt 3. f.Aus zahlreichen Veröffentlichungen verschiedenerAutoren wissen wir, daß auchder Zürichsee zu den meromiktischen Seengehört, indem in seiner Tiefe ein sogenanntes«Monolimniom> lagert, das der Durchmischungim allgemeinen nicht zugänglichist. Wie verhält es sich nun mit Thuner- undBrienzersee? Find e n e g g [21] führt aufSeite 22 aus:«Hier soll nur auf eine thermische Eigenschafthingewiesen werden, an der einmeromiktischer See erkannt werden kann.Diese besteht nicht etwa darin - wieman vermuten könnte -, daß die Temperaturbeweglichkeitin einer gewissenTiefe aufhört, sondern darin, daß die41

Tiefentempcraturen, wenigstens m unseremKlimagebiet, auch während desWinters, also nach Ablauf der Herbst­Temperaturgleiche, sich auf einer dasganze Jahr gleichbleibenden Höhe vonetwas über 4 ° C halten. In unseren meromiktischenSeen handelt es sich umkonstante Tiefentemperaturen zwischen4,2 und 5, 1 °. Bei den holomiktischenaber können wir sicher sein, mindestenszur Zeit der Herbst- und Frühjahrstemperaturgleiche einmal Wasser von genau4 ° C über dem Seegrund anzutreffen.»Die Symptome, die I n g o F i n d e n e g gangibt, deuten also bei Thuner- und Brienzerseeeindeutig auf meromiktisches Verhalten.Den Luganersee, dessen Tiefentemperaturoffenbar auch nie unter 5,2 ° Csinkt, schließen wir von der Diskussion aus.Er gehört dem insubrischen Klimagebiet an,zeigt im Winter keine inverse Schichtungund kann, wie ja auch die meisten oberitalienischenSeen, als subtropisches Gewässergelten. (Siehe hierüber R u t t n e r [ 55].)Ich glaube aber, daß die Formulierung vonF i n d e n e g g doch zu eng gefaßt ist, unddaß sowohl Thuner-wie Brienzersee alsholomiktisch bezeichnet werden müssen.Die beiden Seen sind wahrscheinlich imVerhältnis zu ihrer Oberfläche, durch welcheja der Wärmeaustausch vor allem vorsich geht, zu tief, als daß die Zeit der winterlichenAbkühlung ausreichen würde, umHomothermie bei 4 ° C zustande zu bringen.Liegt doch ihre Oberflächentemperaturwährend des ganzen Winters über 4 ° C.Der Wärmevorrat ist so groß, daß abgekühlteund deshalb absinkende Wasserteilchenfortwährend durch auf steigende über4 ° warme ersetzt werden können. ThunerundBrienzersee müssen also nach ihremthermischen Verhalten ebenfalls als «subtropisch»bezeichnet werden. Und F i n -d e n e g g s Kennzeichen für Meromixiewürden nur für Seen, deren Oberflächenwährend des Winters auf mindestens 4 2abgekühlt werden, Gültigkeit haben. Daßdie beiden genannten Seen nicht meromiktischsein können, ergibt sich" aus dem sehrhohen Sauerstoffgehalt ihrer Tiefen. (SieheTab. 17 und 18.)Als typisch temperierte Seen (im Winter inverseSchichtung) sind in unserer UntersuchungsreiheMurten- und Bielersee anzusprechen.4. U eher die thermische Schichtung von WassermassenDie verfeinerte Methode der Temperaturmessungmit elektrischen Meßinstrumenten zeigtganz allgemein einen sehr unruhigen Verlaufder Temperaturkurven. (Siehe Abb. 28 bis 35. )Kurven, wie diejenige des Rootsees (Abb. 30und 34) bilden die Ausnahme, und wir vermuten,daß sich bei noch feineren Messuno-enauch hier die sogenannte Sprungschicht 0 inmehrere thermische Mikroschichten auflösenwürde. Diesbezügliche Untersuchungen sindim Gange. Wir finden also im Sommer einef eingeschich tete Wassermasse mit nach obenzunehmender Temperatur, die das sogenanntehomotherme Hypolimnion überlagert. Ein homothermesEpilimnion von einiger Mächtigkeitstellt sich im allgemeinen erst bei Beginnder herbstlichen Abkühluno- ein und zeio-t also• • t:> 0bereits den Begmn des Abbaus, des Zerfalls derthermischen Schichtung an. Je flacher nun eineTemperaturkurve im obern, im geschichtetenWasserkörper verläuft, um so rascher muß beigleicher Einstrahlung, die Erwärmung der ~berstenSchichten vor sich gehen, und um so eherwird das Gleichgewicht zwischen Einstrahlungund Ausstrahlung erreicht sein. Dies ist imRootsee z.B. schon im Juli der Fall, und sokönnen wir sagen, daß in diesem See mit diesemZeitpunkt der Abbau der thermischen~chi~htung ~nd damit die Bildung eines Epihmmonsbegmnt. Während des Aufbaus zeigtauch dieser See eine lamellenartige Schichtungder oberen Wassermassen bis unmittelbar zurOberfläche. (Vgl. die Kurven des Rootsees vom8. 6. und 8. 8. 1953 in Abb. 30.) DerBrienzersee verkörpert in unsern Untersuchungendas andere Extrem (steile Temperaturkurve,größere Dicke der thermischen Schichtenund dadurch kleinere Temperaturdifferenzenderselben). Weil die Oberflächentemperaturnur langsam zunimmt, übertrifft die Einstrahlungdie Ausstrahlung verhältnismässiglange. Der Abbau der thermischen Schichtungund damit die Bildung eines Epilimnions setzendeshalb erst im Oktober, rund drei Monatespäter ein als im Rootsee. (Siehe Abb. 29 und33.) Wie im nächsten Abschnitt ausgeführtwird, könnte sich bei regelmäßiger Einstrahlungund gleichzeitiger regelmäßiger Windwirkung,welche die zugeführte Wärme fortwährendin die Tiefe arbeiten würdesehrwohl schon während der Erwärmungs~eriod eein Epilimnion bilden. Da aber der Wechselvon Schön- und Schlechtwetterperioden denNormalfall bildet, so werden wir im allgemeinenwährend der Erwärmungperiode in denSeen zwei Wasserkörper finden, einen unterenungeschichteten und einen oberen, lamellenartigaufgebauten. Die Dicke des letzteren unddie Dicke der einzelnen Schichten hängt vorallem von der Stärke und der Dauer der einzelnenWindperioden ab.Diese Behauptung stimmt auch mit den Beobachtungen,welche Du s s a r d [ 10] im Genfer-42

see machen konnte, überein. Du s s a r d fragtsich deshalb, und wir halten die Fragestellungfür angebracht, ob eine Zweiteilung der Wassermasse,ähnlich der Zweiteilung in der Ozeanographie,dem thermischen Verhalten unsererSeen nicht besser gerecht würde. Die Bezeichnungder obern und untern Wassermasse alsTropo- und Stratosphäre scheint allerdings,wie W ü e s t [ 82 J für die Ozeanographie darzulegensucht, nicht sehr glücklich gewählt.Wir sprechen deshalb vorläufig von einer «ungeschichtetem>und einer «geschichteten» Wassermasse.Abb. 36q• 6° 5• 10° 12° t// 0 16° 1a• tg•c"~ ~~;"AJOn·,,· ,... '93'-- Worl/Jersee 111. ß'.------- Oss1or/Jer S. 10. lf.'\ • Klopeiner S. 25.lf.50 •- ·- ·- · ,1/11/slolter S 22 U .70l 1-·-·- Weissensee f.IX.··- _„ _____ Kevlsdlocller S 17.J.r.T emperaturschichtung in Kärntnerseen bei Som-·merstagnation (nach Finden e g g [20] ) .Es war Richter, der 1898 den Begriff der«Sprungschicht» in die Limnologie einführte.Seine thermische Dreiteilung der Wassermasseberuhte auf Beobachtungen am Wörthersee.Wie spätere Temperaturmessungen durchW. S c h m i t t [ 64 J und vor allem durch F i n­d e n e g g [ 20 J zeigen, stellen die Kärntnerseentatsächlich einen Sonderfall dar. WieAbb. 36 erkennen läßt, besitzen sie alle einein der oberen, geschichteten Wassermasse rechtflach verlaufende Temperaturkurve. Zweifellossind diese ausgeprägten Homothermien in denobersten Schichten durch die Regelmäßigkeitund Gleichzeitigkeit von Einstrahlung und Windarbeitbedingt. Hören wir, was W. Schmidt,[ 64], der «Altmeister der Meteorologie derSeen», darüber sagt:«Laufen die allgemeinen Gänge für LunzerundKlopeinersee ziemlich gleichsinnig, sogibt es da immerhin auch gewaltige Gegensätze.Der Klopeinersee z. B. zeigt bereitswährend der Temperaturzunahme im Sommereine Isothermie, die etwa sechs bis achtMeter tief hinabreicht. Diese entsteht unterMitwirkung der regelmäßigen Winde, diesich insbesondere bei Schönwetter in vollerStärke einstellen. Der Morgen ist verhältnismäßigam ruhigsten, offenbar deswegen,weil nicht bloß der See; sondern das ganzeweite Kärntnerbecken unter einer ausgesprochenenInversion der Temperatur begrabenliegt. Schon vor acht Uhr wird einleiser Luftzug von Wellen fühlbar. Meistgegen zwölf Uhr setzt Westwind der Stärkeeins bis zwei ein, nachmittags weht aber beianhaltend schönem Wetter meist Ostwind.Wir haben hier also gerade zur Zeit derstärksten Einstrahlung immer eine bestimmteLuftbewegung, die imstande ist,die an der Oberfläche gebildete wärmereWasserschicht sofort in die Tiefe zu verarbeiten,ehe es zur Bildung eines austauschhemmendenTemperaturgefälles kommt.»Und Findenegg [21] sagt (S.14):«Es ist somit für die Erwärmung unsererSeen von großer Bedeutung, daß sie nachallen Seiten hin durch die Randgebirge desKärntnerbeckens vor starken Winden abgeschirmtwerden, andererseits aber im Kärntnerbeckenselbst, besonders im Frühjahr, beisonnigem Wetter schwache Lokalwinde auftreten,die gerade den oben geschildertengünstigsten Fall der See-Erwärmung realisieren.Während etwa in den Nrdalpen beisonnigem Wetter oft Windstille herrschtund, abwechselnd damit, anhaltender, starkerWind weht, schaffen die leichten Schönwetterbrisenim Laufe des Frühjahrs an unserenSeen jene etwa 5 m mächtige Warmwasserschichtvon rasch steigender T emperatur, die wir aus dem vorigen Abschnittkennen.»(S. 16): «Zusammenfassend läßt sich alsosagen: Unsere Seen verdanken ihre bedeutendeBadewärme der hohen Sonnenscheindauerund ihrer relativ windgeschütztenLage.»Finden e g g [21 J führt also die den Kärntnerseeneigene, scharf ausgeprägte Temperaturschichtungauf die windgeschützte Lagedes Kärntnerbeckens zurück. Dies würde mitunserer Behauptung (wenig Windwirkung ~ ·flache Kurve ~ hohe Oberflächentemperatur~ früher Beginn des Abbaus der Schichtung =Bildung eines Epilimnions) übereinstimmen.Wie dem auch sei, haben wir es bei den Kärntnerseenmit einem Spezialfall zu tun, unddieser Spezialfall hat zur allgemeinen Annahmeeiner thermischen Dreiteilung der Wassermassein der Limnologie geführt. Die rechtgrobe Temperaturmessung mit Kippthermometerbei willkürlicher Wahl der Meßpunkteläßt der Phantasie im Verbinden der Punktedurch einen geschlossenen Kurvenzug großenSpielraum, und wir glauben, daß die bisherangenommene Dreiteilung in Epi-, Meta- undHypolimnion sehr oft zu falschen Interpretationengeführt hat.43

5. Kurventypen und Durchmischungstief e(Siehe Abb. 37)Das Rechteck ABCD stelle eine Wassersäulemit der Querschnittfläche 1 dar. Das OberflächenwasserS 1 sei bis zur Tiefe a erwärmt worden.Die darunterliegende, ebenfalls homothermeSäule denken wir uns in die SchichtenS2, Ss, ... Sn von je der Dicke a unterteilt.Wir berechnen nun die Arbeit, die vom Windgeleistet werden muß, um die Schicht S 1 mitder Schicht S2 bis zur Homothermie zu durchmischen,wobei der Temperatursprung um dieStrecke a bis zur Tiefe Z 1 hinuntergedrücktwird. Diese Durchmischungsarbeit kann modellmäßigfolgendermaßen veranschaulicht werden:1Wir denken uns die Moleküle der Schicht Sials Glieder einer Kette, wobei diese Kette dasVolumen gleichmäßig erfüllt. Dasselbe gelteentsprechend für die Schicht S2. Dem Durchmischungsvorgangentspricht das gleichmäßigeAuslegen der beiden Ketten über das Schichtvolumen(Si +s 2 ) . Der Schwerpunkt der oberenKette sinkt dabei um die halbe Schichtdicke;die entsprechende Arbeit wird gewonnen.Der Schwerpunkt der unteren Kette wirdum die gleiche Strecke gehoben; die entsprechendeArbeit muß geleistet werden. Die Durchmischungsarbeitentspricht daher der Hubarbeit,die geleistet werden muß, um die Gewichtsdifferenzzwischen den beiden SchichtenSi und S2 um die halbe Schichtdicke zu heben.Bezeichnet b die Differenz der spezifischenGewichte des Wassers in den Schichten Si undS2, so ist die . Durchmischungsarbeit pro Flächeneinheitdurch folgende Formel gegeben:a a bA1 (Z1) = (a.b).2 = 2Bei der weitem Durchmischung bis zur TiefeZ2 resp. Zs muß berücksichtigt werden, daßdie Differenz der spez. Gewichte auf die Hälftebzw. auf einen Viertel sinkt.2 Dann liefert dieentsprechende Schlußfolgerung für die weitereDurchmischung folgende Formeln:A2(Z2) (2a.~). 2 2 a=a 2 bbAs (Zs) = (4a. 4)4 a2Bei konstantem Wärmeinhalt verhalten sichalso die Arbeitsbeträge für das Hinunterdrückendes Temperatursprunges auf die doppelte, vier-1 Die Verluste an mechanischer Energie durch Reibungbei Umwälzung der Wassermasse werden vorläufig vernachlässigt.2Der Uebersichtlichkeit halber wird vorläufig angenommen,in unserem Temperaturintervall entsprechen gleichenTemperaturdifferenzen überall gleiche Dichtedifferenzen.fache, achtfache Tiefe, wie 1 : 2 : 4, d. h. wiedie Durchmischungstiefen.Abb. 37bB B'As. taC'D'SiD" Z,S3cDSchema zum Vorgang der DurchmischungAnders gestaltet sich aber dieses Verhältnis beigleichbleibender Temperatur der erwärmtenSchicht während der Durchmischung, wennalso durch Strahlung oder Leitung fortwährendso viel Wärme nachgeliefert wie in dieTiefe gearbeitet wird. Wir stellen uns anhandder Abb. 37 das Tieferwandern des Temperatursprungesbis Zi, Z2, Zs so vor, daß dieDichtedifferenz gegenüber den tieferen Wassermassenstets gleich, also von der Größe bbleibt. Es ist leicht zu erkennen, daß dann dieArbeit 2. Ai, 4. A2 8. As sein muß. Weil sichaber die Beträge Ai, A 2 , As verhalten wie 1 :2 : 4, so entsprechen die Arbeitsleistungen imzweiten Fall dem 2-, 8-, 32fachen von A 1 , stehendemnach im Verhältnis 1 : 4 : 16. Beigleichbleibender Temperatur, also kontinuierlichemWärmenachschub, nimmt also dieDurchmischungsarbeit mit dem Quadrat derDurchmischungstiefe zu, während die erforderlicheWärmemenge linear zunimmt. Hierinliegt wohl ein Hauptgrund zur unterschiedlichenAusbildung der Sprungschichten. Stellen wiruns nun vor, die Wärmezufuhr via Oberflächegehe so rasch vor sich, daß die zur Verfügungstehende Windenergie nicht ausreicht, sie laufendin die Tiefe zu schaffen. Es findet alsoTemperaturanstieg statt. Jetzt muß die erforderlicheDurchmischungsarbeit mit höherer Potenzals dem Quadrat der Durchmischungstiefczunehmen. Der Temperatursprung wird entsprechendverschärft. (Siehe TemperaturkurveRootsee, Abb. 34.) Je steiler aber das Tempe-Z244

aturgefälle, um so langsamer verläuft derWärmetransport in die Tiefe, um so raschergeht die Erwärmung des Epilimnions vor sich,desto höher muß die Potenz liegen, mit der dieDurchmischungsarbeit im Verhältnis zur Durchmischungstiefezunimmt. Der Vorgang ist mitder elektrischen Selbstinduktion vergleichbar.Wird umgekehrt die Wärmezufuhr verlangsamt,so nähert sich das Verhältnis von Durchmischungsarbeitund Durchmischungstiefe einemkonstanten Wert. Die vorhandene Wärmemengekann dann verhältnismäßig rasch in die Tiefegearbeitet werden. Abgesehen von der geringenDichtedifferenz pro Temperatureinheit bei niederenTemperaturen, steht die leichte Zerstörbarkeitvon Frühjahrssprungschichten bei Temperaturrückgangsicher auch mit dieser Tatsacheim Zusammenhang.Je mehr Windenergie einem See zur Verfügungsteht, je rascher die zugeführte Wärmemengealso in die Tiefe gearbeitet werden kann,um so kleiner wird der Temperaturgradientder Sprungschicht sein (siehe z.B. die Temperaturkurvedes Neuenburgersees, Abb. 42), umso deutlicher müssen sich ferner Klimasschwankungenin der Temperaturkurve abbilden.Betrachten wir nun noch einmal Abb. 37 undstellen wir uns vor, es wechselten Periodengleicher Einstrahlung mit Perioden gleicherWindwirkung ab. Die zugeführte Wärme würdejedesmal bis in die Tiefe Z 3 gearbeitet. Auchso müßte sich ein Temperatursprung ausbilden,dessen Tiefenlage bei Z 3 von Anfang an gegebenwäre und konstant bleiben würde.Die stufenweise Erwärmung des Epilimnionswürde in der Tautochronendarstellung dasBild nach rechts aneinandergereihter «Säulen»ergeben. Da nun aber mit zunehmender Temperaturdie Dichtedifferenz pro Temperaturgradwächst, würde sich eine Temperaturkurve nachAbb. 38 zeigen; die Länge der «Säulen» müßtenach rechts abnehmen. Die jeweilige Tiefe Zwürde sich indirekt proportional zu den Dichtediffen.:nzender betreffenden Temperaturbereicheverhalten, also z. B. für 7, 10, 13, 16, 19 ° Cwie155 85 1271165 196 = 36: 23: 15: 12: 10Da die zugeführte Wärmemenge mit abnehmenderDurchmischungstiefe einem kleiner werdendenVolumen zur Verfügung steht, muß dieGeschwindigkeit der Erwärmung des Epilimnionszunehmen (in Abb. 38 durch zunehmendeBreite der angelagerten Flächen nach rechtsdargestellt). Verblüffende Aehnlichkeit mit dertheoretischen Kurve zeigt die Temperaturkurvedes Luganersees im August 1954 (Abb. 42).Abb. 38 zeigt gleichzeitig den zu erwartendenKurvenverlauf (punktiert) bei halber Wind-Abb. 3810161820222.42628303234363810,,,...----12I/14 ,,.- --Tlefein m,,,--- ___/////.....-/1111-----+·cLufttemperaturTheoretische T emperaturschichtung bei regelmäßigenWechseln von Einstrahlung und Windtätigkeit(siehe Text).intensität aber gleicher Wärmezufuhr. Da diezugeführte Wärme in diesem Fall dünnerenSchichten eingelagert wird, muß die Erwärmungderselben um so rascher erfolgen. Nehmenwir an, die nächtliche Ausstrahlung kompensieredie Einstrahlung während des Tagessobald die Oberflächentemperatur des Sees dasTagesmittel der Lufttemperatur oder wenigmehr erreicht habe, so stellt sich also diesesGleichgewicht um so eher ein, je geringer dieWindwirkung ist. (Siehe Temperaturkurve desRootsees vom 9. 8. 1953, Abb. 30.) Ein windexponierterSee wird also bei gleicher Einstrahlungmehr Wärme einlagern können alsein windgeschützter.Das Verhältnis Wärmezufuhr-Windeinfluß istalso in doppelter Beziehung für die Gestaltungder Temperaturkurve eines Sees von Bedeutung:1. Quantitativ.Ueberwiegt die Windarbeit gegenüber derEinstrahlung, werden wir eine Kurve vonTyp Ia oder Ila finden (Abb. 39), (starkgeneigt, kleiner Temperaturgradient).Andernfalls werden sich Kurven nach Iboder IIb ergeben.2. Qualitativ.Bei rhythmischem Wechsel von schönemWetter und windigen Kälteperioden wirdsich eine Kurve von Typ II (konvexerVerlauf), bei gleichmäßig mildem Wetter45

und regelmäßiger Windtätigkeit eine solchevon Typ I (gerader bis konkaver Verlaufin der Sprungschichtgegend) ergeben.Vergleichen wir die Temperaturen der untersuchtenSchweizerseen mit unserem Schema(Abb. 28 bis 35), so finden wir, daß sie fastdurchwegs zu Typ II gehören. (Ueber scheinbareAbweichungen bei Bieler- und Thunerseesiehe weiter unten.) Dies stimmt mit den unstabilenWitterungsverhältnissen, wie sie für dieSchweiz charakteristisch sind, überein (siehegraphische Darstellung der Wind- und Temperaturverhältnisse,Abb. 25-27).Abb. 39Theoretische Kurven typen (siehe Text)Temperaturkurven, die zu Typ I neigen, findenwir aber z.B. in Kärnten (Abb. 36). Diesist bei der Stetigkeit der dortigen Winde (siehehierüber die Bemerkungen Findeneggs [ 21 JS. 14) auch zu erwarten.Doch sind ebenfalls bei uns Unterschiede inPeriodizität und Intensität des Windes zu finden.Und tatsächlich neigen auch Thuner- undBrienzersee leicht zu Kurventyp I (siehe Abb.40/41), was mit den Ausführungen über dieWindtätigkeit an den einzelnen Seen (sieheS. 35) in bester Uebereinstimmung steht.Betrachten wir die Temperaturkurven der einzelnenSeen (Abb. 28 bis 35), so fällt dieGleichartigkeit des Verlaufs und der Ausbildungin den verschieden Jahren auf. Jeder Seebesitzt die ihm eigene, offenbar für Beckenform,Lage und Klimaablauf charakteristischeTemperaturschichtung. Die Klimaunterschiededer einzelnen Jahre scheinen von geringer Bedeutungzu sein. Wir haben aus den Mittelwertenvon 1953, 1954 und 1955 in Abb. 42den typischen Kurvenverlauf jedes Sees beiSommerstagnation (Augustwerte) dargestellt.Dazu wurde die mittlere Tiefenlage der 7-,8-, 9-, 10-, 12- und 16 °-Isothermen ermitteltund aufgetragen. Die Temperaturkurve desNeuenburgersees basiert auf einer einzigenMessung vom August 1953. Die Darstellungist außerordentlich aufschlußreich. Sie zeigtz.B.:1. Es besteht ein eindeutiger Zusammenhangzwischen Größe der Seeoberfläche undDurchmischungstiefe.2. Die Temperaturkurven von Thuner- undBrienzersee weichen in ihrer Form von allenandern ab (Typ I, siehe oben).3. Root-, Zürich- und Luganersee zeigen Kurven,die leicht zu Typ II neigen, währendTyp II bei Bieler-, Murten- und Neuenburgerseeganz eindeutig verwirklicht ist. DieseFeststellung steht in gutem Einklang mitunserer Theorie und den Winddarstellungenin Abb. 28-34.4. Der Zürichsee sowie die drei Jurarandseenzeigen einheitlich eine Einknickung derTemperaturkurven zwischen 8 und 10 °.Diese läßt sich durch eine erste ErwärmungEnde März und Anfang April und durchden nachfolgenden Temperaturrückfall miterhöhter Windtätigkeit erklären. (Siehe Temperatur-und Windkurven 1953/54 in Abb.23, 25 und 27 sowie die Kurven über Sonnenscheindauerder beiden Jahre in Abb.24.) Die erwärmte Oberflächenschichtwurde durch die nachfolgende Windtätigkeitin die Tiefe gearbeitet. Jede spätereErwärmung und Durchmischung erreichtediese Tiefe infolge der größeren Dichtedifferenzbei höheren Temperaturgradenund der daher erforderlichen größerenDurchmischungsarbeit nicht mehr ganz. SoAbb. 40, Brienzersee..~r~März April Mai Juni Juli Aug. Sept 0Rt.5. 10 15 'C 5 10 15'C1 1 1 1 1 1) /:,-;:/---- l1 1//lO ~~---·/ 10 11 1~ j 1f I I1 1 1„/20 20!/ /~/ l ,~/f30 /! // 30 ~ -;:;;:;"I ,-t / /1'40'°J{ ---Erwörmungsperiode1!;15-0115-0 AbllühlungsperiodeflBRIENZERSEE~60 60 31. 8.43. 1.10.f II7075. 702.1131.5. 30.11.180296180 22.2.5311~Täglicher Pegelstand~1Station LeissigenLufttemperatur (LT), Windtätigkeit (W) undPegelstand (Sommer 1951) sowie Wassertemperaturen1951/52.46

10203050Abb. 41, Thunersee.:==: =1~'.~März April Mai Juni Juli Aug. Sept. Ollt.10 15 20•c- l~5?-~~--)!i i ErwärmungsperlodeII!i!i~ iiTH u N E R s E E1020304050tO! ,./ !i i J'1 i~/;III1/II// Abl:lühlungsperiode6060~-·-- - 16.3. ----- 15.Z1 -- 19. 2.53170- - - ·· 20.4. ---------- 17.8. 701 ----- 3. 12- · - ·- 22.5 .. . -· 3.9.1·- - ---- 12. 11.1BO -- 29.6 80······--··--- 15. 10./~.___.1~11 ______ ~•10 ~----------~mTöghcher Pegelstand Station LeissigenLufttemperatur (LT), Windtätigkeit (W) undPegelstand (Sommer 1951) sowie Wassertemperaturen1951/52.Abb. 42246810202!5303!540m7 8 9 107 8 9 10121 Rotsee2 Brieni!ersee3 :Zürichsee4 Murtensee!5 Lu9anersee6 Bielersee7 Thunersees Neuenb.see1216 Oe1& •cTemperaturkurven bei Sommerstagnation (Mittelwerteder Jahre 1953/54/55).481015202530354omt5'Chielt sich jedes Jahr eine deutliche Temperaturstufebis zum Abbau durch Konvektionsströmungenim Herbst. Vermutlichläßt die leicht konkave Form der Temperaturkurvenbei Thuner- und Brienzerseediese Einknickung nicht m Erscheinungtreten.Bei unseren Untersuchungen zeigte sich zwischenOberflächengröße und Durchmischungstiefe eine derart gute Korrelation, daß wir unsfragen, ob sich nicht zwischen beiden eine bestimmtemathematische Gesetzmäßigkeit findenließe. Würde diese bestehen und würde es gelingen,sie zu ermitteln, so ergäbe sich die Möglichkeit,aus der jeweils bestimmten Durchmischungstiefedie Bedeutung und die Größeder übrigen Faktoren wie Windenergie, Windabschirmung,Durchflutung usw. abzuschätzen.Andererseits müßte sich durch Vergleich zahlreicherSeen gewissermaßen ein «Durchmischungsfaktor»als Funktion der Oberflächengrößeergeben, aus dem sich dann, unter Berücksichtigungweiterer Koeffizienten die Temperaturschichtungeines Sees berechnen ließe.Bei ähnlichen Einstrahlungsverhältnissen wiedies bei den von uns untersuchten Seen derFall ist, und bei Vernachlässigung der nächtlichenAbkühlung, müßten die Flächen, die inder Tautochronendarstellung von Abszisse,Ordinate und Kurve begrenzt werden, im gleichenZeitpunkt bei allen Seen annähernd gleichgroß sein. Also müßte die Oberflächentemperaturbei flacher Kurve höher liegen als bei steiler.Die Neigung der Temperaturkurve könnteein Maß für die via Oberfläche zugeführteWindenergie sein. Diese nimmt aber mit derGröße der Seeoberfläche zu. Also wird eineBeziehung zwischen Größe des Seeareals undTemperaturgradient bestehen (siehe Abb. 42 ) .Die Tiefe, in welcher der mehr oder wenigersenkrechte Verlauf der Temperaturkurve aufhört,die Kurve also flacher zu werden beginnt,ist ein Maß für die Neigung und zeigt auch,wie weit hinunter im Frühsommer die Durchmischungreichte. Eigentlich muß dieser Punktje nach Tiefentemperatur der Seen bei verschiedenenTemperaturen liegen, im Durchschnittaber etwa bei 7 ° C. Um möglichst eindeutigeVergleichswerte zu erhalten, wollen wir deshalbim folgenden die Tiefe, bei welcher wir dieseTemperatur feststellen, als Durchmischungstiefebezeichnen. Berechnungen und graphischeDarstellungen ergaben nun, daß dieser Wertim Durchschnitt der 3,5ten Wurzel der Seeoberflächeproportional ist. In Abb. 43 wurdendie Tiefen, in welchen wir bei Sommerstagnation7 ° C ermittelten, auf der Abszisse, die3,5te Wurzel aus der Oberfläche auf der Ordidinateaufgetragen, und wir stellen fest, daßdie Schnittpunkte verblüffend gut auf einerGeraden liegen. Vergleichsweise wurde auch der47

Wert des Neuenburgersees eingezeichnet. Dieserbasiert auf einer einzigen Messung im August1953, während für die regelmäßig untersuchtenSeen die Mittelwerte aus den Augustmessungen1953, 54, 55 verwendet wurden. Außerdemwurden Werte für Kärntnerseen nachAngaben F i n d e n e g g s [ 20 J eingezeichnet.Daß die gleiche Proportionalität offenbar weitgehendauch für Seen, die unter andern klimatischenBedingungen liegen, gilt, verwundertund zeigt die überragende Bedeutung der Oberflächengröße.Daß die Punkte für Thuner- undBielersee ein wenig rechts der Geraden liegen,ist nicht verwunderlich, da die beiden Seen bedeutendeMengen erwärmten Oberflächenwassersaus andern Seen erhalten, wodurch dieDicke der erwärmten Wassermasse vergrößertund die Temperaturkurve gewissermaßen «tiefer gedrückt» wird.Erstaunlich aber ist die geringe Tiefe, in welcherwir im Zürichsee die erwähnte Temperaturvon 7 ° antreffen. Die Differenz der gefundenenTiefe ( 17,2 m) mit der nach Oberflächengrößezu erwartenden (ca. 30 m) zeigt,daß es sich hier nicht nur um klimatische Abweichungenhandeln kann. Auch die Abschirmunggegen die vorherrschenden Winde istunbedeutend. Da der See schon im Frühjahreine ausgeprägte biogene Entkalkung zeigt, lagdie Vermutung nahe, daß sich durch Ausscheidungvon Kalk in den Oberflächenschichten,durch Absinken der Kalkkristalle und derenAbb. 433,'ro'Oberflächengröße und Durchmischungstiefe (siehe Text)2 4 6 g . 10 12 14 16 18 20 25 30 35" 40 45 mKorrelationsRoeffi:cient ~ = ,0 1994 4*3 32 2+ Rotsee+ ThunerseeA BrienzerseeX Bielersee Aug.C!J Murtensee 19s3,54ß5*Zürichsees Luganersee® Neuenburgersee Aug. s3M Millstättersee 22. 9. 35 }0 Ossiachersee 10. 9. 35 nach Findeneggw Weissensee 1. 9. 352 4 6 8 10 12 f 4 16 19 20 25 30 35 40 45 m48

Anreicherung in einer Tiefe unterhalb etwa15 m, ein frühsommerliches Konzentrationsgefälleausbilden könnte, welches die Stabilitätder Schichtung so weit zu erhöhen vermöchte,daß die windbedingte Durchmischung wesentlichgebremst wird. (Siehe Tab. 23.) Dagegenläßt sich sagen, daß dann die gleiche Erscheinungwohl auch in Root- und Murtensee anzutreffenwäre. Außerdem zeigt sich auch imBodensee eine zu der Oberflächengröße viel zugeringe Durchmischungstiefe. Zürich- undBodensee zeigen nun beide eine außerordentlichausgedehnte, aber in bedeutender Tiefeliegende Uferbank. Zweifellos wird durch dieLage dieser Uferbank die Dicke der durchmischtenSchicht wesentlich vorgezeichnet und«erzwungen». Die hypsographische Kurve(Abb. 2) läßt erkennen, daß ca. die Hälfte desSees (nur Seegebiet westlich Seedamm berücksichtigt)eine mittlere Tiefe von 16 m besitzt.Da die vorhandene Windenergie für eine größereDurchmischungstief e ausreichen würde,muß sich im Gebiet der Uferbank eine homothermeWasserschicht bis auf den Grund bilden.Und man kann sich nun gut vorstellen, daßsich dieser infolge Bodennähe erzwungeneTemperatursprung durch horizontale Einschiebungerwärmten Wassers der ganzen Wassermassemitteilt. Auch ist zu bedenken, daß sichdurch die ausgesprochene Verjüngung des Seebeckensin ca. 16 m Tiefe gewissermaßen eine«Temperaturstauung» ergeben muß, da sich beigleicher Schichtdicke die zugeführte Wärme indieser Tiefe, verglichen mit der Oberflächenschicht,dem halben Volumen einlagert. DerTemperaturgradient muß deshalb in dieserTiefe besonders ausgeprägt sein (siehe Abb.30 und 34), wodurch eine tiefergreifendeDurchmischung verunmöglicht werden dürfte.Beim Bodensee liegen die Verhältnisse ähnlich;besitzt doch auch hier die Hälfte des Sees einemittlere Tiefe um 15 m. Wir möchten ausdrücklichbetonen, daß wir den Einfluß von Lageund Ausdehnung der Uferbank auf die Durchmischungstiefeim Zürich- und Bodensee alssehr wahrscheinlich annehmen) aber keinesfallsals gesicherte Tatsache betrachten. Immerhinweiß man aus der Ozeanographie, daß der Bodeneinflußauf die Strömungsvorgänge bedeutendsein kann, wenn die Wassertiefe innerhalbder Reibungstiefe liegt.1Wie läßt sich nun die überragende Bedeutungder Oberflächengröße für die Durchmischungstiefeerklären? Ueberlegen wir uns vorerst einmal,daß jede windbedingte Durchmischungihren Ausgang in einer oberflächlichen Horizontalströmung,verursacht durch die Reibung1Die Reibungstiefe D ist je nach der Strömungsgeschwindigkeitverschieden. Als Regel gilt, daß die Strömung inder Tiefe 1,25 D unmerklich wird. Im freien Meer liegtD etwa bei 50-200 m.des Windes an der Wasseroberfläche, nimmt.Da wir es bei einem See mit einem nach derSeite und nach unten praktisch unbegrenztenGerinne zu tun haben, werden wir darin, gemäßden Reynoldschen Fundamentalversuchen,stets nur turbulente Strömung finden.Jede Horizontalverschiebung von Wassermassenwird also immer auch eine Vertikalverschiebungvon Turbulenzelementen, von Bewegungsimpulsenzur Folge haben. Diese Turbulenzist es, welche den Wärmeausgleich benachbarterSchichten bewirkt. Den Gesamtkomplexder Ausgleichsvorgänge bezeichnen wir nachS c h m i d t [ 64] als Austausch. Schmidt hatgezeigt, daß die molekulare Reibung gegenüberder virtuellen, also der Reibung der einzelnenTurbulenzelemen te gegeneinander, vernachlässigtwerden kann. Durch diese Reibung werdenkältere Wassermassen der Tiefe gegendie Schwerkraft emporgehoben, während wärmere,entgegen ihrem Auftrieb, hinuntergedrücktwerden. Diese Arbeitsleistung gegen dieSchwerkraft läßt sich berechnen durch dieSchwerpunktverschiebung (siehe S. 44 ). Einweiterer Teil der Windenergie aber wird viaReibung in Wärme umgewandelt. Seine quantitativeErfassung ist bis heute nicht möglich,und wir sind auf recht rohe Schätzungen angewiesen.Für unsere Betrachtung ist wichtig, daßdie Durchmischungsvorgänge in einer horizontalenWasserverschiebung ihren Ausgang nehmen.Die zugeführte Energie ist dem Quadratder Oberflächengeschwindigkeit proportionalnach der FormelEm v22Nun ist aber selbstverständlich, daß diese Geschwindigkeitum so größer wird, je länger derBeschleunigungsweg ist. Denn sobald die Wassermassenans Ufer gelangen, werden sie abgebremst,in die Tiefe gedrückt und gezwungen,in bestimmter Tiefe sich in rückläufigerRichtung zu bewegen. Aber auch der Windwird eine um so größere Geschwindigkeit entwickelnkönnen, je größer die ebene Flächeist, über die er dahinstreicht. Deshalb werdenja die Wassermassen im offenen Meer 5- bis 10-mal so tief durchmischt als in Binnengewässern.Auch finden wir auf großen Seen bekanntlichviel höhere Wellen als auf kleinen. So ist alsodie Abhängigkeit der Durchmischungstiefe vonder Seeoberfläche eine Selbstverständlichkeit.Was aber überrascht, ist die eindeutige Gesetzmäßigkeit,wie sie sich für Seen mit einfacherBeckenform und genügender Tiefe ergibt.Zweifellos würden sich bei Seen mit stark gegliederterOberfläche bedeutende Abweichungenzeigen. Als Vergleichsseen aus dem GebietKärntens wurden deshalb auch nur solche mitverhältnismäßig einfach gestalteten Oberflächengewählt.49

D. Wärmeinhalt - Wärmebilanz c) Ermittlung der Differenz zwischen maximalemWärmeinhalt im Sommer und minimalemim Winter. Hieraus ergibt sich dieWärmebilanz eines Sees.1. AllgemeinesR u t t ne r 1952 [ 55 J : «Angesichts der überragendenBedeutung, . die den Temperaturverhältnissenfür fast alle hydrographischen undbiologischen Probleme in einem See zukommt,ist es nicht zu umgehen, auch den durch dieWärme- und Dichteschichtung gegebenenEnergiegehalt zu berücksichtigen, da oft nurauf diesem Wege ein Verständnis der beobachtetenErscheinungen gewonnen werden kann.»Der Wärmeinhalt eines Sees läßt sich nachfolgenden Gesichtspunkten berechnen:a) Wärmemenge, die benötigt würde, um dieWassermasse von 0 ° C bis zur Temperaturbei Sommerstagnation zu erwärmen.b) Berechnung wie. bei a), aber als Ausgangstemperaturwird diejenige größter Dichte,also 4 ° C gewählt.Diese letzte Betrachtungsweise ist wohl die interessanteste.Denn nur sie ermöglicht einensinnvollen Vergleich der einzelnen Seen. WelcheWärmemengen in die Seen eingelagert undim Winter wieder abgegeben werden, zeigt einBeispiel am Lunzer Untersee (Ru t t n er 1952[ 55]) : Dieser See hat eine Oberfläche von0,68 km2, also rund ein Fünfzigstel derjenigendes Brienzersees. · Der jährliche Wärmegewinnbeträgt ca. 120 X 106 Tonnenkalorien. Diesentspricht der Wärmemenge, die beim Verbrennenvon 1500 Eisenbahnwagen hochwertigerKohle frei würde. Könnte diese Wärme nurdurch die Oberfläche des Sees ein- und austreten,so ergäbe sich eine Wärmeverschiebungvon ca. 17 600 cal. pro cm2. SelbstverständlichAbb. 44 Mitteltemperaturen für die Wasserschicht bis 50 m Tiefe (resp. bis Grund)LT3mfsec.5004-0030020010015010050604020III IV V VI VII VIII IX X XI XII II III IV V VI VII VIII IX X XI XII1953 1954A Mittlere monatliche Abflußmenge - BielerseeB Mittlere monatliche Abflußmenge - BrienzerseeC Mittlere monatliche Abflußmenge - LuganerseeBrienzerseeThunerseeBielerseeMurtenseeRootseeZürichseeLuganersee LT = Monatsmittel der Lufttemperatur50

überragt die vertikale Wärmeverschiebung (viaOberfläche) den Wärmeverlust oder -gewinndurch Zu- und Abflüsse, welchen wir als horizontaleWärmeverschiebung bezeichnen wollen.Die Bedeutung der Durchflutung für die Erwärmungeines Sees ist umstritten und wurdenamentlich von H a 1 b f a ß [ 27 J nicht sehrhoch eingeschätzt (siehe S. 13 ). Wir werdenin den folgenden Betrachtungen versuchen, dasVerhältnis der vertikalen zur horizontalen Wärmeverschiebungabzuschätzen.2. MethodischesDie Grundlage zur Berechnung des Wärmeinhaltseines Sees ist die Kenntnis der Temperaturender einzelnen Horizontalschichten.Durch Multiplikation der Temperatur mit demVolumen läßt sich der Wärmeinhalt einerSchicht und durch Addition der Wärmeinhaltealler Schichten die Wärmemenge des ganzenSees ermitteln. Es muß also berücksichtigt werden,daß die tieferen Schichten, bei gleicherDicke, entsprechend weniger ins Gewicht fallenals die obersten. Die Addition der Wärmeinhalteder einzelnen Würfel einer Wassersäule unterhalbeiner bestimmten Fläche (z.B. eines cm2),wie dies durch Ausplanimetrieren bei Tautochronendarstellungleicht möglich ist, ergibtalso ein recht ungenaues Bild über den Wärmeinhalt.Je steiler die Seeufer verlaufen, um sokleiner wird der Fehler sein. Bei Nichtberücksichtigungder Beckenform und bei der vereinfachendenAnnahme, die Ufer würden, ähnlicheinem Brunnentrog, von der Oberfläche wegsenkrecht abfallen, ergäben sich für unsere Seenbei Berechnung des Wärmeinhaltes bis zu einereinheitlichen Tiefe von 50 m folgende Fehler:SeeBrienzerseeLuganerseeThunerseeZürichseeBielersee 111Datum1 Fehler in o/r12.4. 5410,419. 8.54 2,42.4.54 0,52.8.54 0,931. 3. 54 0,920.8.54 2,99.4. 54 1,15. 8. 54 11,913. 4. 54 4,018.8. 54 13,5Beim Rootsee würde der Fehler sogar bis 18 %betragen; doch lassen sich Murten- und Rootseeinfolge ihrer geringen Tiefe nicht ohneweiteres mit den andern Seen vergleichen . DieZusammenstellung zeigt, daß bei tiefen undsteilufrigen Seen, wie Brienzer-, Luganer- undThunersee, die vereinfachende Annahme durchausstatthaft wäre und die Ergebnisse nichtwesentlich verfälschen würde, während beiflachen Seen die Berücksichtigung der Beckenformzur Berechnung des Wärmeinhaltes unumgänglichist.Berechnungen haben uns gezeigt, daß die Wärmebilanzeines Sees auch gut erfaßt werdenkann, wenn sein Volumen nur bis 50 m Tiefeberücksichtigt wird, wenigstens in den von unsuntersuchten Fällen. Denn die tiefer hinabtransportierteWärmemenge ist so gering, daßsie meist vernachlässigt werden kann. Dies umso mehr, da ja das Volumen der Seen sichnach unten verjüngt. Zudem verzögert sich derWärmetransport in größere Tiefen um mehrereMonate, so daß sich beispielsweise im Brienzerseedie Wärmezunahme zwischen 50 und 100 mTiefe und die Abkühlung in größeren Tiefen,die hier mit einem halben Jahr Verspätungeintrifft, gegenseitig weitgehend kompensieren.Wollte man die T emperaturschwankung größererTiefen berücksichtigen, so müßte man alsoauch der Phasenverschiebung der in den Seeeindringenden T emperaturwelle R echnung tragen.Für den Thunersee ermittelten wir bei der genanntenArt der Wärmeberechnung für 1954einen maximalen Fehler von 2,3, für den Zürichseevon 1,6 %.Der Vorteil der bessern Vergleichbarkeit beiBerücksichtigung einheitlicher Tiefe von 50 müberwiegt also den Fehler, der damit in Kaufgenommen wird, bei weitem. Wir verzichtenim folgenden auf eine Wiedergabe der Wärmeinhalte,die von uns für die einzelnen Seen undfür die verschiedenen Terminmessungen ermitteltwurden. D enn für unsere Problemstellungist vor allem die Wärmemenge, die durchdie Flächeneinheit der Seeoberfläche hindurchtritt,von Bedeutung. Diese ergibt sich, indemdie Wärmezu- oder -abnahme durch die Oberflächedividiert wird. Von Bedeutung ist fernerdie Mitteltemperatur (Division des Wärmeinhaltesdurch das Volumen des Sees ), woraussich dann die Wärmeamplitude (Spanne zwischenMaximum und Minimum der Mitteltemperatur)ermitteln läßt.3. jahreszeitlicher V erlauf der Mitteltemperatur( bis 50 m Tiefe).Die Mitteltemperaturen der untersuchten Seenwurden für 1953/54 berechnet und in Abb. 44graphisch aufgetragen. Die Verbindung der einzelnenPunkte durch Kurven ist sicher gewagtund soll vor allem der Anschaulichkeit dienen .Doch ist auch zu bedenken, daß die Terminmessungenwohl äußerst selten den wirklichenmaximalen oder minimalen Wärmeinhalt einesSees erfassen und daß die Interpolation deshalbdem wahren Wert näher kommt. Um einenevtl. Zusammenhang des Temperaturverlaufs51

mit der Durchflutung zu erkennen, wurden dieMonatsmittel der sekundlichen Ablußmengeeiniger Seen ebenfalls dargestellt. Die Monatsmittelder Lufttemperatur sollen vor allem alsIndikator für die Einstrahlung dienen. Denndie Atmosphäre wird ja vor allem vom Bodenher, also indirekt auch durch Einstrahlung erwärmt(siehe S. 34). Erwartungsgemäß erreichendie tiefsten Seen Maximum und Minimumihrer Mitteltemperaturen später als die seichteren.Die Verzögerung gegenüber dem Maximumder Lufttemperatur (Juli) beträgt beispielsweisefür 1953 bei Luganer-, ThunerundBrienzersee ca. 3 Monate, bei allen andernca. 1 Monat. Hier wirkt sich beim Zürichseewieder seine Beckenform aus, welche der windbedingtenDurchmischung sehr bald eine Tiefengrenze setzt (siehe S. 48), während dies beimAbsinken abgekühlter Wasserteilchen (Konvektionsströmung)viel weniger der Fall ist.Ist einmal die T emperatur der obern Schichtenbis auf diejenige der tiefem abgebaut, so kannsich die Wärmereserve der Seetiefe einschaltenund den Tiefpunkt der winterlichen Abkühlungnoch lange hinausschieben, währenddiese Seetiefe im Sommer durch einen markantenTemperatursprung, eine Temperaturbarriere,für den Austausch abgeriegelt wird.Wir wundern uns deshalb nicht, daß das Minimumder Mitteltemperatur des Zürichsees1953/54 mit demjenigen des Luganersees zeitlichzusammenfällt. 1954 liegt das Monatsmittelder Lufttemperatur und damit wohl auch dasjenigeder Einstrahlung für Juni und Augusthöher als für den Monat Juli. Dadurch ergebensich auch für die Maxima der Mitteltemperaturender Seen recht verworrene Verhältnisse,und wir verzichten deshalb auf eine Diskussion.Es fällt weiter auf, ' daß 1953 das Maximumder Durchflutung beim Bielersee annäherndmit dem Maximum der Mitteltemperatur zusammenfällt,während intensive Wassererneuerungbei Thuner- und Brienzersee eine Verzögerungin der T emperaturzunahme zu bewirkenscheint. Es läßt sich allerdings schwer ermitteln,ob die Einknickung der Kurven von Luganer-,Thuner- und Brienzersee im August1953 das Abbild der Einstrahlungskurve (sieheAbb. 24) mit einer Phasenverschiebung vonca. 2 Monaten darstellt, oder ob es sich umEinflüsse der Durchflutung handelt. (Ueberdie Bedeutung der Durchflutung für die Temperaturgestaltungder Seen siehe nächsten Abschnitt.)4. Die WärmeamplitudenDie Mittel aus der Abnahme der MitteltemperaturSommer 1953 bis Winter 1953/54 undaus der Zunahme bis zum Sommer 1954 (inder 50-m-Schicht) finden sich in Tab. 13 zusammengestellt.Tabelle 131SeeWärmeamplitude 1 Oberfläche km21 in ° C Volumen km3-Brienzersee 4,0 21,6Luganersee 5.1 21 ,5Thunersee 6,3 22,6Zürichsee 5,8 32,2Bielersee 8,9 35,7Murtensee 8,U 47,9Rootsee 7,5 108,5Wärmeamplituden Sommer 1953 bis Sommer 1954und Verhältnis von Oberfläche: Volumen der 50-Meter-Schich t.Da der Wärmeaustausch vorwiegend via Oberflächeerfolgt, ist die Wärmeamplitude zweifellosin erster Linie eine Funktion der Oberflächengrößeim Verhältnis zum Volumen.Dieses Verhältnis wurde deshalb in Tab. 13ebenfalls angegeben, und wir sehen die Regelim großen und ganzen bestätigt.a) Thuner- und Bielersee zeigen zu großeWärmeamplituden, während dieselbe beimBrienzersee außerordentlich tief liegt.Erklärung: Während die Durchflutung demBrienzersee vor allem erwärmtes Oberflächenwasserentzieht, erhalten Thunerundvor allem Bielersee bedeutende MengenOberflächenwasser aus benachbartenSeen.Auch der Zürichsee dürfte m germgemMaße von dieser Tatsache profitieren.b ) Im Vergleich zur relativen Oberflächengrößezeigt der Rootsee eine viel zu kleineAmplitude.Erklärung: Dieser See besitzt ein konzentrationsstabilesHypolimnion, wodurch ergegen Vollzirkulation geschützt wird (sieheS. 41).5. Abschätzung der einzelnen Wärmebilanzposten.Für die Erwärmung und Abkühlung eines Seeessind drei Komponenten von überragender Bedeutung:a) Wärmezufuhr oder -entzug als Folge derDurchflutung.b) Die Verdunstung der freien Wasserfläche.c) Die kurzwellige und langwellige Strahlungsbilanz.Hofe r [29] hat 1947/48 aus umfangreichenM essungen die Größe der drei Posten für denBrienzersee berechnet. Er gelangt zu folgendenErgebnissen ( S. 52) :152

Wärmeentzug durch Abfluß 21 136 · 109 Cal.Wärmezufuhr durch Zuflüsse 13 765Wärmeverlustinfolge Durchflutung 7 371Verdunstungswärme 14 019Schmelzwärme399Total Wärmeverlust21 789 . 109 Cal.Diese Wärmemenge muß dem See im Verlaufeeines Jahres aus der Strahlungsbilanz zugeführtwerden, wenn seine Temperatur imDurchschnitt mehrerer Jahre gleich bleiben soll.Infolge eines milden Winters und eines warmenSommers ergab sich am Ende des Beobachtungsjahresein Wärmeüberschuß von2500 · 109 Cal. Aus den genannten Datenerrechnet Hofe reine Wärmezufuhr von 24 289· 109 Cal. ( 21 789 · 10 9 Cal. + 2500 · 10 9 Cal. )durch Strahlung und Leitung. Das Beispielzeigt, daß Strahlung, Verdunstung und Durchflutungden Wärmehaushalt eines Sees beherrschen,und daß vorläufig weitere Komponentenwie Reibungswärme, Erdwärme, Wärmegewinndurch Regen und Kondensation vernachlässigtwerden können. Wir sagen «vorläufig»,weil die drei Hauptkomponenten nochsehr summarisch abgeschätzt werden müssen.Liegt einmal ein beträchtliches Material überWärmebilanzuntersuchungen vor, so wird mandaran gehen können, auch die kleinen Komponentenzu erfassen. Hofe r hat als bedeutendsteNebenkomponente auch die Schmelzwärme(z.B. bei Schneefall) berücksichtigt.Ihr Anteil am gesamten Wärmeverlust des Seesbeträgt 1,8 %. Wärmestrahlung und Leitungwurden von Hofer zusammengefaßt. Wir sprechenim folgenden nur von der Strahlung, weilwir glauben, daß die Wärmeleitung Wasser-Luftund umgekehrt unbedeutend ist im Vergleichzur Strahlung (siehe hierüber S. 34).Wie groß veranschlagen wir nun die einzelnenPosten in unseren Vergleichsseen? Als Diskussionsgrundlagemögen uns die Wärmeamplituden,die Schwankungen der Mitteltemperaturenzwischen Maximum und Minimum, in der50-m-Schicht dienen (siehe Abb. 44). Dochmüssen dieselben vorerst auf einheitliche Volumen-und Oberflächenverhältnisse reduziertwerden. Da Erwärmung und Abkühlung vorwiegendvia Oberfläche verlaufen, fragen wir nachder Wärmemenge, die pro Oberflächeneinheit( cm2) in die Wassermasse eingedrungen oderaus ihr ausgetreten ist. Diese ergibt sich, indemwir die Wärmeamplituden mit dem Volumenmultiplizieren und durch die Oberfläche dividieren.Die Ergebnisse finden sich in Tab. 14zusammen mit den Angaben über Oberflächeund mittlere Tiefe der 50-m-Schicht.Nach den Angaben Hofe r s [29] umgerechnet,würde sich für den Brienzersee im Abkühlungshalbjahr1947/48 ein Wärmefluß von21 250 und für das Erwärmungshalbjahr einsolcher von 30 100 cal pro cm2 ergeben. Wirwerden weiter unten sehen, daß es sich hier umeinen Zufallswert handelt, der einer überdurchschnittlichenEinstrahlung zugeschrieben werdenmuß. Vorerst seien noch andere Wärmeinhaltsberechnungenzum Vergleich herangezogen.1910 veröffentlichte Halbfaß [28]einige Ergebnisse über simultane Temperaturmessungenin verschiedenen Seen Europas. Darausfinden wir ausgewählte Angaben in Tab.15 zusammengestellt.Tabelle 14Seecal/cm2Oberflächekm 2mittlere Tiefeder50-m-SchichtmLuganersee 22850 27,9 46,3Thunersee 29250 47,9 44,5Bielersee 27156 40,0 26,5Zürichsee 26050 67,3 30,9Brienzersee 18650 29,6 46,3Murtensee 16890 27,2 22,4Rootsee 5755 0,48 8,8Jährliche Wärme- Zu- oder Abnahme pro cm:!Oberfläche und Größenangaben für Oberflächeund mittlere Tiefe der 50-m-Schicht.Tabelle 15(Erklärung siehe Text)SeeGeogr.BreiteEi~V~i: 8V Wärme-OberfLkm 2 :€~ flussEi~cal /cm 2Comersee 46° 198 145,9 185 34 965Wörthersee 46° 35' 439 19,5 43 24 553Thunersee 46° 43' 560 47,9 135 24 165Hallstättersee 47 ° 33' 494 8,6 65 24 505Genfersee 46° 21' 395 585,2 154 39 424Vetternsee 57° 57' 88 1 846,1 39 29 718Loch Morar 56° 51' 9 27,5 87 17 050Ladogasee 61 ° 20' 5 18 214,0 56 33 208Loch Neß 57 ° 15' 16 53,4 133 43 092SeevonBolsena 42° 36' 305 115.4 78 31 200Ortasee 45° 45' 290 18,1 71 25 844H a 1 b f a ß gibt in seiner ZusammenstellungMinimum und Maximum des Wärmeinhaltesund die daraus resultierende absolute Zu- resp.Abnahme sowie die prozentuale und durch-53

schnittliche tägliche Zu- resp. Abnahme bekannt.Daraus wurde von uns der Wärmeflußpro cm2 berechnet. Die Oberfläche der betreffendenSeen wurde anhand der Angaben, dieH a 1 b f a ß über Volumen und mittlere Tiefegibt, ermittelt. Es scheint, daß Ha 1 b faß derOberflächengröße der Seen wenig Bedeutungfür den Umfang der sommerlichen Wärmespeicherungbeimaß. Er richtete sein Hauptaugenmerkauf die geographische Breitenlagedes Sees. Interessant ist seine Kontroverse mitFore 1, über die er auf S. 60 ausführt:«Ich muß zugeben, daß die von mir früherheftig bekämpfte Annahme von Forel, daßnämlich der Wärmeumsatz nordischer Seenein größerer ist als derjenige zentraleuropäischer,unter gewissen Umständen dochmit der Wirklichkeit übereinstimmt, wobeidie Nähe des Ozeans auf den Umfang desWärmeaustausches beschränkend zu wirkenscheint. Als für das Forelsche Gesetz beweiskräftigkönnen nicht diejenigen ResultateAnspruch erheben, welche bei Seen vonganz verschiedenem morphologischem Charaktersich ergeben haben.»Ha 1 b faß erkannte also den Einfluß derMorphologie des Beckens auf den Wärmeumsatz,aber er vermutete den morphologischenHauptfaktor in der mittleren Tiefe. Die Tatsache,daß in bezug auf Wärmespeicherungder Genf ersee vom Vetternsee und dieser vomLadogasee übertroffen wird, erklärt er folgendermaßen:«Der Genfersee hat zwar annähernd dasgleiche Volumen wie der Vetternsee, abereine dreimal so große Maximal-, eine viermalso große mittlere Tiefe; der Ladogaseeübertrifft den Genfersee zwar an Volumenum das Zwölffache, steht aber anMaximal-, besonders aber an mittlerer Tiefeerheblich hinter ihm zurück; und geradedieser Faktor ist entscheidend für die Frage,ob Seen vom morphlogischen Gesichtspunktaus auf ihre Wärmeverhältnisse miteinanderverglichen werden dürfen.»Wir glauben, daß die mittlere Tiefe eines Sees,wenn dieselbe einen bestimmten Betrag, nämlichdie von der Oberflächengröße abhängigeDurchmischungstiefe (siehe S. 48), überschreitet,für den Wärmeumsatz des Sees unbedeutendwird. Hätte H a 1 b f a ß den sommerlichenWärmegewinn pro Oberflächeneinheitberechnet, so wäre ihm zweifellos die dominierendeRolle des Seeareals aufgefallen. Hierzunoch ein Beispiel. Ha 1 b faß führt aus:«Mjösensee und Comersee haben annäherndgleiche mittlere Tiefe; ersterer besitzt entsprechendseinem größeren Areal und größerermittlerer Tiefe ein größeres Volumen.Man sollte also vom rein geophysikalischenStandpunkt aus bei ihm geringere Wärmeschwankungenerwarten als beim Comersee.In Wirklichkeit verhält sich aber die Sachegenau umgekehrt. Die Zunahme im Sommerhalbjahrbetrug beim Comersee im Mittel30, beim Mjösensee dagegen 70 %, dieAbnahme im Winterhalbjahr dort 22, hier38 %, also jedesmal bedeutend mehr.»Unsere Erklärung lautet: Die Oberflächen desMjösen- und des Comersees verhalten sich wie2 : 1, (359 km2, 145 km 2 ); wir müssen alsobeim ersteren eine größere sommerliche Wärmeeinlagerungerwarten. Außerdem aber gibt derVergleich der prozentualen Zunahme des Wärmeinhaltesder beiden Seen ein verzerrtes Bild.Denn die Ausgangssumme, also 100 %, lieglbeim nördlichen Mjösensee natürlich viel tieferals beim Comersee mit seiner im Winter umetwa 3,5 ° C höheren Mitteltemperatur.Die Größe des Seeareals ist für den Wärmeumsatzin zweifacher Hinsicht bedeutungsvoll:a) Weil Wärmezufuhr und Wärmeentzug zumgrößten Teil via Oberfläche erfolgen, alsodem Ausmaß der Oberfläche proportionalsind,b) weil die zugeführte Wärme, die hauptsächlichdie obersten Schichten erwärmt, durchWindarbeit in die Tiefe gearbeitet werdenmuß, soll sie dem Verlust durch nächtlicheAbkühlung entzogen werden. Je tiefer zu-.dem die Wärme hinabgearbeitet wird, jedicker also die Schicht ist, auf die sich einebestimmte Wärmemenge verteilt, um so geringerwird die Erwärmung der Seeoberfläche.Um so kleiner wird damit auch derWärmeverlust durch Ausstrahlung.Die Bedeutung der Ausstrahlung der Wasserflächefür den Wärmehaushalt ergibt sich ausBerechnungen Sauberer s [ 58], nach welchendiese ca. 10 % der gesamten Strahlungsbilanzausmacht.Bei gleichen Einstrahlungs- und Durchflutungsverhältnissenund bei gleicher Windintensitätmüßte also ein See mit größerer Oberfächeeine größere sommerliche Wärmeaufnahme proOberflächeneinheit zeigen als ein kleiner. Wirwollen diese Wärmeaufnahme resp. -abgabe procm2 der Oberfläche im folgenden als den «spezifischenWärmeumsatz» eines Sees bezeichnen.Vergleichen wir daraufhin unsere Schweizerseen(Tab. 14), bei denen wir, wenigstens fürdie Alpennordseite, sehr ähnliche Einstrahlungsverhältnisseannehmen dürfen (vergleiche dieKurven über Sonnenscheindauer Abb. 24). DasMittel des spezifischen Wärmeumsatzes beträgt,wenn wir Root- und Murtensee nicht berücksichtigen,24 800 cal/cm2. Darüber liegen wiederThuner- und Bielersee, beträchtlich darunterder Brienzersee. Wiederholt haben wirdarauf hingewiesen, daß Thuner- und Bieler-54

see erwärmtes Oberflächenwasser aus andernSeen beziehen, während der Brienzersee diesbezüglichnur Lieferant ist. H o f e r [ 29 J berechnetedie Wärmemenge, die der Brienzerseeinfolge Durchflutung im Erwärmungshalbjahr1948 verliert, auf 4876 · 109 cal. Diese Wärmemengewird via Aare dem Thunersee zugeführt.Rechnen wir auf die Oberflächeneinheit desThunersees um, so ergeben sich 10 200 cal/cm2.Die Uebereinstimmung der Zahlen (Diff. desWärmmeumsa tzes Thunersee-Brienzersee10 600 cal/cm2. ) verblüfft und ist gewiß zumTeil ein Zufallsergebnis. Die Uebereinstimmungin der Größenordnung betrachten wir aber dochals eine Bestätigung unserer Annahme.Weil vom Murtensee keine Messungen überMenge und Temperatur von Zu- und Abfluß,wie wir sie aus der Untersuchung Hofe r sfür den Brienzersee besitzen, vorliegen, läßtsich nur vermuten, daß auch hier bedeutendeWärmemengen durch die Broye in den Neuenburgerseeverfrachtet werden. Dementsprechendliegt der spezifische Wärmeumsatz sehr tief.Daß er nicht einmal den Wert des Brienzerseeserreicht, wird seinen Grund in der geringenTiefe des Sees und damit in der Beckenformhaben. Der Zusammenhang Beckenform-Wärmeumsatzwird leicht ersichtlich beim Betrachtender hypsographischen Kurven in Abb. 2.Weil sich bei einem seichten Gewässer das Volumennach unten stark verjüngt, besitzen dietieferen Schichten im Verhältnis zu den höheren,bei gleicher Wärmeschichtung, eine wesentlichkleinere Wärmemenge als bei einem «steilwandigem>See. Beim Murtensee z.B. nimmtdas Volumen von 20--40 m Tiefe nur 38 %,beim Brienzersee aber 48, 7 % des Gesamtvolumensder obersten 40-m-Schicht ein. Andersausgedrückt: Ein flacher See braucht, um einebestimmte Temperaturschichtung zu erreichen,eine kleinere Wärmemenge pro Oberflächeneinheitals ein steilufriger. Bei ihm stellt sichdeshalb bei gleicher Einstrahlung, gleicherOberfläche und gleicher Windintensität auchentsprechend früher ein bestimmter Grad derTurbulenzhemmung als Folge der Temperaturschichtungein. Dabei kommt es vor allem aufden Uferverlauf bis zu jenen Tiefen an, bis zuwelchen die Durchmischungsvorgänge eine wesentlicheRolle zu spielen vermögen. (Siehehierüber S. 47 und Abb. 42.) Die mittlereTiefe der Seen spielt dabei lediglich die Rolleeines Indikators für die Beckenform; dennauch bei verhältnismäßig großer mittlerer Tiefe,wie wir dies z. B. beim Zürichsee finden ( 54 m ),können die obersten Meter des Beckens denTemperaturverlauf des Sees entscheidend gegestalten(siehe hierüber auch die Ausführungenauf S. 49). Wir haben deshalb in Tab. 14auch die mittleren Tiefen der Wasservolumender obersten 50-m-Schicht angegeben. Je mehrdiese 50 m unterschreiten, um so entscheidendermuß die Beckenform für den Wärmeumsatzsein. Der Zusammenhang Seeareal-Größe desspezifischen Wärmeumsatzes ist offensichtlich.Aus Angaben verschiedener Autoren überWärmeumsatz in Seen und nach unseren eigenenBeobachtungen haben wir deshalb den Gradder Abhängigkeit zu ermitteln versucht. Würdedieser bekannt sein, so ließe die Abweichungvon der Regel Schlüsse auf die Bedeutung weitererFaktoren zu. Abb. 45 zeigt, daß die Größedes spezifischen Wärmeumsatzes ca. der 4. Wurzelaus der Oberfläche proportional ist. DieserWert wurde empirisch ermittelt, und es handeltsich deshalb um einen ersten, versuchsweisenAnsatz. In der Figur wurden die Wertefür alle von uns untersuchten Seen sowie einigeraus Tab. 15 aufgetragen. Weggelassen wurdenVettern- und Ladogasee, weil ihre mittlereTiefe viel kleiner als die aus der Oberflächengrößesich ergebende theoretische Durchmischungstiefeist. Die Gerade I wurde nach ungefähremErmessen gelegt, während Gerade IIzwei schottische Seen annähernd verbindet. BeiBetrachtung von Abb. 45 stellt sich vor allemfolgendes Problem:Besteht eine quantitative Abhängigkeit desWärmeumsatzes eines Sees von der geographischenBreite? Bekanntlich wurde diese Fragevon Ha 1 b faß verneint, von Fore 1 bejaht.(Siehe Halbfaß [28] S. 60.) Für die Fore 1 s c h e Annahme lassen sich folgende Überlegungenins Feld führen.Abb. 45Mit zunehmender Breite nimmt die Differenzzwischen Maximum und Minimum dertäglichen Strahlungssummen auf die Horizontalflächewährend eines Jahres zu.0 Unt!lrsuchungen des Vgrfosser~ 1953/ 56 ~$ Noch Angaben von Halbfass+ Nach Angaben von Hubault 1934Korrelotio~Roeff1z1ent R 1für sctiweizerseen „ o, 9efür südl. Seen (bis 46•20• N.Br.) q96• " „Spezifischiar Wörmeum~tz -0Eil "96le Genfersee9 Comersee10 See von Bolsenott Loc de Bourget12 Wörthersee13 Orto509w Loch Kotnng15 Lodl N~16 Loch MorarSpezifischer Wärmeumsatz als Funktion der Oberflächengröße.55

Die Mitteltemperatur eines nördlichen Seesliegt bei Beginn der sommerlichen Erwärmungtiefer als diejenige eines südlichen(gilt für die nördliche Halbkugel). Weilaber die Dichtedifferenz pro Temperaturgradbeim Wasser mit zunehmender Entfernungvom Dichtemaximum wächst, wirddie gleiche Windarbeit eine bestimmteWärmemenge bei einem nördlicheren See ingrößere Tiefen verfrachten als bei einemsüdlicheren.Zweifellos läßt sich die Kontroverse Ha 1 b -f a ß - F o r e 1 am ehesten durch Vergleich desspezifischen Wärmeumsatzes der Seen abklären.Und tatsächlich liegt dieser, wie Abb. 45 zeigt,im Durchschnitt für die nördlichen Seen höherals für die südlichen (Loch Neß 57 ° 15' undLoch Katrine 56 ° 15', Gerade II). Links vonKurve I (zu kleiner spez. Wärmeumsatz) liegenGenfer- ( 46 ° 21 '), Corner- ( 46 °) undLuganersee ( 46 ° ) sowie See von Bolsena ( 42 °36 ') und Lac de Bourget ( 45 ° 44 ') . Passendie meisten Seen recht gut in unser Schema,so gibt es doch auch bemerkenswerte Ausnahmen,für die wir keine Erklärung geben kön­( Loch Morar 56 ° 51 ', Ortasee 45 ° 45 '). DieGründe für etwas zu kleinen Umsatz bei Murten-,Zürich- und Brienzersee wurden weiteroben erörtert, und beim Rootsee vermuten wireinen Einfluß seines meromiktischen Zustandes.Leider fehlen uns weitere Unterlagen überdas Temperaturverhalten der schottischen Seen.Vielleicht aber könnte die Erklärung für dasabweichende Verhalten des Loch Morar inseiner Lage gefunden werden. Befindet sichdieser See doch in unmittelbarer Küstennähe,während Loch Neß und Loch Katrin im Landesinnernliegen. Zweifellos wirkt Ozeanitätauch auf den Temperaturgang der Seen ausgleichend.U eher den Grad dieses Ausgleichskonnten wir aber bis heute keine zuverlässigenAnhaltspunkte finden. Bedenken wir, wie vieleFaktoren für die Größe des Wärmeumsatzeseines Sees bestimmend sind, so überrascht dieüberragende Bedeutung, die sich aus Abb. 45für die Größe des Seeareals und daraus für dasAusmaß der Windeinwirkung ergibt. Mitallem Vorbehalt wagen wir dies so zu deuten,daß sich gewisse Faktoren gegenseitig mehr oderweniger kompensieren. Als wichtigste Wärmelieferantenund -zehrer haben wir zu Beginndieses Abschnittes Strahlung, Verdunstung undDurchflutung genannt. Es wäre nun denkbar,daß vermehrte Strahlungsintensität vermehrtenWärmeentzug infolge erhöhter Verdunstung zurFolge hätte. Vergleichen wir deshalb die beidenPosten auf ihre Größenordnung.a) Strahlung. S au b e r er [ 58] berechnete diejährliche Strahlungsbilanz für den Lunzerseezu 53 670 cal pro cm2. Dieser See entsprichtin bezug auf Meereshöhe (608 m),geogr. Breite ( 4 7 ° 51 ') und Gebirgslagerecht gut den von uns untersuchten Seen,und wir können deshalb wohl annehmen,daß die dort gefundene Strahlungsbilanz inder Größenordnung auch für unsere Verhältnissegilt. Der Vollständigkeit halber seierwähnt, daß A 1 brecht für den Sakrowerseeeinen Jahreswert von 30 500cal/cm2fand, was zum Teil mit der höheren geographischenBreite dieses Sees erklärt werdenkann.b ) Verdunstung. Wie bereits erwähnt, nahmH o f e r [ 29] für den Brienzersee im Beobachtungsjahr1947/48 eine jährliche Verdunstungvon 800 mm an. Dies würde eineWärmezehrung von 4 7 000 cal/cm2 ergeben.Hofe r stützte sich auf BerechnungenMaurers, der aus Messungen von ZuundAbfluß sowie Niederschlag am Zugerseeeine jährliche Verdunstungshöhe von700-900 mm ermittelte.Henry fand für Huron-, Michigan- undErisee 620, 580 und 600 mm. Für die Verdunstunggilt die Da 1 t o n s c h e Formel:V = C. (e 0 - e) (l+0,084 W)Es bedeuten :V VerdunstungC Konstantee Dampfdruck der überlagernden Lufte 0 SättigungsdruckW Windgeschwindigkeit in km/hDa die Differenz ( e 0 -e) für die Verdunstungbestimmend ist, leuchtet ein, daß diesedadurch auch von der Größe des Seearealsabhängig wird. Denn über einer kleinenSeefläche wird die relativ feuchte Luftschon bei kleinerem Windweg erneuert seinals über einer großen. Somit ergibt sich, daßdie Größe des Seeareals auch in dieser Beziehungfür die Wärmebilanz eines GewässersBedeutung hat.Da weiter e 0 eine Funktion der Temperaturist, wird bei vermehrter Einstrahlungentsprechend mehr verdunstet. So hatTom 1 ins o n in Bombay eine jährlicheVerdunstungshöhe von 1930 mm auf einerFläche von 10 km2 gefunden.Wir stellen also fest, daß die aus der Strahlungsbilanzresultierende und die durch Verdunstungentzogene Wärmemenge größenordnungsmäßigziemlich gut übereinstimmen. Für die Frage,wie weit die zugestrahlte Wärmemenge durchVerdunstung und Ausstrahlung wieder aufgezehrtwird, ist entscheidend, wie rasch dieWärme der Oberfläche durch die Windarbeitentzogen und in tiefere Schichten gearbeitetwird. Da die pro Oberflächeneinheit eingelagerteWärmemenge mit der Größe der Ober-56

fläche zunimmt, die pro cm2 zugestrahlte Energieaber zweifellos von der Flächengröße unabhängigist, liegt die Vermutung nahe, daßsich für die meisten Seen an der Oberflächegewissermassen ein « U eberangebot» an Wärmevorfindet, und daß, je nach Turbulenzgrad,nur ein Teil für die Auftemperierung der Wassermassenutzbar gemacht werden kann. Damitwird die überragende Bedeutung der Oberflächengrößefür den spezifischen Wärmeumsatzeinleuchtend. Denn die Größe der Oberflächehaben wir ja auch als Hauptfaktor für dieDurchmischungstiefe gefunden. Es muß weitergefolgert werden, daß eine Grenze existiert, beiwelcher die zugestrahlte Wärmemenge angenähertvollständig in die Wassermasse hineingearbeitetwird, so daß ein weiteres Angebotan Turbulenzenergie keine vermehrte Wärmespeicherungmehr bewirken könnte. Die Frage,ob diese Grenze vielleicht beim Genfersee erreichtist und dieses Gewässer deshalb nach Abb.45 einen im Verhältnis zur Oberfläche zukleinen spezifischen Wärmeumsatz zeigt, lassenwir offen.IV. CHEMISMUSA. Allgemeine ÜberlegungenDas Wechselspiel von Temperaturschichtung undDurchmischung ist von zentraler Bedeutung fürzahlreiche Vorgänge im See. Denn die thermischeSchichtung, die ihre ausgeprägteste Form in derSommerstagnation findet, unterteilt den See in einzelneStockwerke, indem sie den vertikalen Austauschdrosselt oder unterbindet. Das biologischeGeschehen jedes Stockwerkes wird deshalb, solangedie Schichtung besteht, durch die Quantität deranfänglich vorhandenen Stoffe ( z. B. Nährstoffeund Sauerstoff) begrenzt. Erst die Sommerteilundvor allem die Herbstvollzirkulation gleichendie vorhandenen Konzentrationsunterschiede wiederaus. Sie führen der Tiefe immer wieder denunentbehrlichen Sauerstoff zu und heben gleichzeitigdie in der Tiefe angereicherten Nährsalze inoberflächennahe Schichten, wodurch diese Schichtengewissermaßen gedüngt werden. Dieser Vorgangkann als ein jährliches «Atemholen» des Seesbezeichnet werden. Einzig der WachstumsfaktorLicht wird von diesen Vorgängen nicht betroffen;er bildet einen «Elementarfaktor». Wir haben deshalbdas Kapitel über die Lichtverhältnisse deruntersuchten Seen an den Anfang unserer Betrachtungengestellt. Nachdem nun auch die Temperatur-und Turbulenzverhältnisse und die sich darausergebenden Schichtungen diskutiert wordensind, können wir uns der räumlichen Verteilungund der zeitlichen Veränderung der übrigen Wachstumsfaktorenzuwenden. In erster Linie betrifftdies die Nährstoffe. Diese bestimmen primär dieFruchtbarkeit eines Sees. Sind sie reichlich vorhanden,so sprechen wir von einem eutrophen, im andernFall von einem oligotrophen Gewässer. Derdritte Typus, der distrophe See, interessiert unshier nicht, da er in unserer Untersuchungsreihenicht vertreten ist. Nun sind vor allem zwei Nährstoffevon besonderer Wichtigkeit, weil sie meistzuerst aufgezehrt werden und dann den produktionsbegrenzendenMinimumfaktor darstellen,nämlich Nitrat und Phosphat. Wir beschränktenuns deshalb in unseren Untersuchungen auf diesebeiden.Durch den Lichtfaktor wird der See in zwei biologischeRäume getrennt, einen oberen, belichtetenund einen unteren, welcher vom Licht nicht erreichtwird. Da das Licht für die Assimilation desPlanktons, also für die biologische Produktion unentbehrlichist, bildet der belichtete Raum die aufbauendeoder trophogene Schicht, der unbelichtetedie abbauende oder tropholytische Zone, in welcherdie absinkenden Planktonleichen zersetzt undschließlich mineralisiert werden. Da die beidenRäume während der Zeit der Hauptproduktiondurch die thermische Schichtung getrennt sind,findet zwischen ihnen kein Stoffaustausch statt.Die produzierende Schicht muß deshalb allmählichan Nährstoffen verarmen, während die Tiefenzoneinfolge Zersetzung der absinkenden organischenSubstanz eine Anreicherung erfährt. DieNährstoffdifferenz zwischen trophogenem und tropholytischemBezirk gibt deshalb bei Ende derSommerstagnation ein gutes Bild über das Ausmaßder Produktion eines Sees.Ein weiteres, außerordentlich zuverlässiges Produktionskriteriumliefert uns die Sauerstoffkurve einesGewässers. Es wird deshalb oft von eutropher undoligotropher Sauerstoffkurve gesprochen. Th i e -n e man n [69] gebührt das Verdienst, diese Zusammenhängeals erster klar erkannt und cinge-57

hend untersucht zu haben. Lesen wir, was dieserForscher über sein Einteilungsprinzip ausführt:«Das Hauptprinzip, das ich für die Aufstellungmeiner beiden Seetypen I und II benutzt habe,lag in der Verschiedenheit der Sauerstoffverhältnisse:beim Typus I erfährt im Sommerwasserdas Sauerstoffgefälle von der Oberflächezur Tiefe im Metalimnion keine Verstärkung,beim Typus II ist der Sauerstoffgehalt des Epilimnionshoch, im Metalimnion findet plötzlicheine starke Abnahme des Sauerstoffgehaltesstatt, das Hypolimnion ist sauerstoffarm- odersauerstofflos; die Sauerstoffkurve hat also einen«Knick» im Gebiete der Sprungschicht.»Der Hauptgrund für die Sauerstoffdifferenz zwischenAufbau- und Zehrschicht liegt bekanntlichin der Sauerstoffanreicherung der ersteren infolgeder Assimilation und in der Sauerstoffkonsumationder letzteren durch die absinkende V erwesungssubstanz. Min der [ 41 J führt über die Bedeutungder Sauerstoffuntersuchungen auf S. 283 aus:«Die planmäßig ausgeführten Sauerstoffbestimmungenwaren und sind zur Beurteilung derSeetypenfrage immer noch das beste Auskunftsmittelund werden ihre zentrale Stellung beibehalten.Sie können durch chemische Bestimmungenanderweitiger Komponenten oderGruppen von solchen wohl gestützt, kaum jedochersetzt oder überholt werden.»Ueber die Härtebestimmung führt der gleiche Autorin «Untersuchungen am Bielersee» aus:«Nach chemischen Gesichtspunkten wird einWasser am besten durch die Härte charakterisiert,weil die weitaus überwiegenden gelöstenBestandteile natürlicher Wässer durch die Erdalkalisalzeder Kohlensäure gebildet werden,wobei fast immer unter den Kationen das Calcium,und unter den Anionen das Karbonatbzw.Hydrokarbonation überwiegt.»Aus diesen Gründen, und weil große Härtedifferenzzwischen trophogener und tropholytischerSchicht auf «biochemische Entkalkung» schließenläßt, wurden von uns auch Härtebestimmungendurchgeführt. Denn das Hauptziel unserer chemischenUntersuchungen liegt im Klassifizieren, inder Ermittlung des Trophiegrades der von uns untersuchtenSeen. Die Klagen, die von zunehmenderVerschmutzung schweizerischer Gewässer berichten,mehren sich. M i n d e r hat z. B. in zahlreichenArbeiten über den Zürichsee nachgewiesen,daß dieser Alpenrandsee erst in den letzten Jahrzehntendurch menschlichen Unverstand eutrophiertund weitgehend verschmutzt worden ist.Zahlreichen andern Seen droht das gleiche Schicksal.Wo es möglich ist, werden wir deshalb unsereFeststellungen mit Angaben aus früheren Arbeitenvergleichen, um eine evtl. Veränderung im Chemismusder Gewässer zu erfahren.B. Untersuchungsmethodik1. Die Prob eentnahmeDie Entnahmestellen decken sich mit denjenigenfür Optik und Thermik (siehe S. 7). Dauns vor allem die Zunahme der Konzentrationsunterschiedezwischen Produktions- und Zehrschichtinteressierte, beschränkten wir uns meistauf Entnahme je einer Probe aus dem oberenund unteren Grenzbezirk der beiden Schichten,also aus mindestens vier Tiefen. Die Entnahmegeschah mit Hilfe einer Schöpfflasche eigenerKonstruktion (siehe Abb. 46). Die beiden Verschlußdeckel,die beim Hinunterlassen der Flascheoffen stehen, werden durch ruckartigenZug ausgeklinkt und dann mittelst einer Spiralfedergegen den obern und untern Flaschenrandgepreßt, wodurch die Flasche geschlossenwird. Die beschriebene Schöpfflasche wurdeAbb. 46..,.,..,..,....-,--,-....,.......:,.....,.,rmifL--;--t-~-sEigenRonstruRtion des VerfassersS Scharniere1 Führungsschiene2 Führungsnuten3 Feder zum Emporziehen der Flasche4 Anstellnocken5, 6 Einklinkvorrichtung zumOffenhalten der Deckel7 Feder zum Schließen der Deckel8 Befestigungsring4258

von uns seit 1951 verwendet und hat sich ausgezeichnetbewährt. Ihr besonderer Vorteilliegt im Wegfall des Fallgewichtes.4. HärtebestimmungWir titrierten in üblicher Weise 100 cm3 Untersuchungswassermit einer zehntelnormalenSalzsäure gegen Methylorange (später «Mischindikator»des kantonalen chemischen Laboratoriumsin Bern) und multiplizierten den Alkalinitätswertmit 5, wodurch sich die Härte infranzösischen Härtegraden ergab.2. Die B estimmung von Nitrat und PhosphatDie Nitrate wurden nach Angaben des Schweiz.Lebensmittelbuches, die Phosphate mit Molybdän-Wolfram-Reagens,Zinnehlorür und Phosphatvergleichslösungnach Anleitung des Kantonschemikersin Luzern, H errn Dr. Adam, bestimmt.3. SauerstoffbestimmungDie Sauerstoffwerte ermittelten wir nach derbewährten Winklermethode mit der von A 1 -ster b e r g angegebenen Modifikation. (Vorbromierungder Proben. ) Ab Sommer 1954·wurde, unseres Wissens erstmals in der Schweiz,das elektrische Sauerstofflot angewendet. Wirverweisen diesbezüglich auf eine Publikationvon 0 h 1 c [ 50] im «Jahrbuch für Wasserchemieund Wasserreinigungstechnik» 1952,Bd. XIX. Unsere Erfahrungen sind kurz folgende:a ) D as elektrisch e Sauerstofflot ist in der Handhabungsehr einfach und gestattet, eine Wassermassein bezug auf Sauerstoffgehalt gewissermaßenabzutasten. Auf diese Weisekönnen auch Mikroschichtungen, deren Ermittlungsonst auf Zufälligkeit beruht, festgestelltwerden.b ) Die Anwendung des Sauerstofflotes bedingtaber eine lückenlose vertikale T emperaturkontrolle,wozu sich nur ein elektrischesThermometer eignet. D enn die ermitteltenSauerstoffwerte müssen peinlich genau aufeinheitliche T emperatur reduziert werden.c ) Bei Anwendung des Lotes in verschiedenenSeen müssen unbedingt jedesmal mindestenszwei Vergleichsuntersuchungen nach derWinklermethode durchgeführt werden, wozusieh am besten die Extremstellen derSauerstoffkurve eignen. Die~ ist aber auchbei V erwcnd ung des Lotes im gleichen Seezu empfehlen.d ) Wir erzielten gute Ergebnisse mit Gold­( 1 cm2) und Zinkelektroden ( 4,5 cm 2 ), derengegenseitiger Abstand 11 mm betrug.Das verwendete Amperemeter hatte bei derbetreffenden Shuntschaltung einen Innenwiderstandvon zirka 350 Q und einenEndausschlag von 300 ,11 A.C. Nitrate und PhophateEs sei einleitend betont, daß der Nährstoffhaushaltder Gewässer äußerst komplexe Problemebietet. (Siehe Ruttner [55] S. 75- 93.) Wirglauben nicht etwa durch unsere unvollständigenund vereinzelten Bestimmungen von Nitraten undPhosphaten zur Lösung dieser Probleme beizutragen.Es handelt sich lediglich um eine ersteOrientierung, um ein Abtasten. Unsere Angabenwerden wir ergänzen durch diejenigen aus einer1953 erschienenen Publikation von Thomasüber «Empirische und experimentelle Untersuchungenzur Kenntnis der Minimumstoffe in 46 Seender Schweiz und angrenzender Gebiete».Ueber die Bedeutung der Nitratbestimmung alsIndikator für den Gesamtkreislauf des Stickstoffssagt M i n d e r [ 4 2 J auf S. 13 7 :«Im allgemeinen lassen sich nicht alle hier wiedergegebenenbiochemischen Umsetzungen gleichmäßigleicht verfolgen. Am ausgeprägtestensind Verschiebungen am Gehalt des Nitratstickstoffesfeststellbar. So z. B. nimmt der Nitratstickstoff,soweit wir das bis heute verfolgenkonnten, beim Anschießen der Planktonvegetationim Frühjahr in den entsprechenden Oberflächenschichtenspontan ab, während der Ammoniakstickstoffanscheinend kaum angegriffenwird, oder doch nicht so, daß der Vorganganalytisch erfaßbar ist. Die Gründe dafür sindverschieden und manches ist noch dunkel.»Ueber die Bedeutung der Phosphate lesen wir beiRu t t n er [ 55 J auf S. 81:«Phosphate gehören zu jenen Nährstoffen, diein unseren Gewässern in den geringsten, ja oftunvorstellbar kleinen Mengen vorkommen. Enthältdoch das Wasser der oligotrophen Seen oftweniger als ein Tausendstel Milligramm ( 1 y )anorganischen P im Liter, ja, der Gehalt sinktnicht selten unter die Erfassungsgrenze derüberaus empfindlichen Molybdänblau-Methode.Noch mehr als die Möglichkeit des Nachweisessolch geringer M engen muß die Fähigkeit derPlanktonalgen, auch diese Spuren eines lebenswichtigenNährstoffes zu verwerten, Staunenerregen.»Auf ein aufschlußreiches Experiment, das Th o -m a s an Winter- und Sommerwässern aus 46Schweizerseen ausführte, sei hier hingewiesen, dasich unter diesen Seen auch sämtliche von unsuntersuchten befinden. Ein Zusatz von reichlichNitraten und Phosphaten vermochte in sämtlichenProben eine Algenhochproduktion zu bewirken,woraus hervorgeht, daß die biologische Tätigkeit59

dieser Seen durch keinen andern Nährstoff begrenztwird. Der Autor berichtet über die Ergebnisseseiner Untersuchungen:«Die unseren Experimenten zugrunde liegendeFrage kann nun auf Grund der geschildertenErgebnisse beantwortet werden: Bei Zufuhrvon Nitraten und Phosphaten genügt in dengenannten Seen der Gehalt an allen andernlebenswichtigen Stoffen, um eine erhöhte Planktonproduktionhervorzurufen und um wenigstensden Hauptteil der zugeführten Nährstoffezu verbrauchen und in organische Substanzumzuwandeln.»In Tab 16 sind die von uns bei Sommerstagnation(August 1955) gefundenen Werte für Nitrate undPhosphate zusammengestellt. Nimmt man an, daßam Ende der Frühjahrsvollzirkulation die Nährstoffkonzentrationvon der Oberfläche bis zumGrund nahezu ausgeglichen war, so vermittelt dieNährstoffdifferenz zwischen Zehr- und Produktionsraumnach längerem Ausbleiben des Austauschesinfolge thermischer Schichtung einen ungefährenAnhaltspunkt über das Ausmaß des «biologischenUmsatzes» im See.Tabelle 161Thu-1 Lu-Mu'· I1 Brien- Bieler- Züner-ganerseerichsee tensee Rootseezerseesee see1N205 z 1,0 2.2 1,0 1,4 1,0 1,0 0,0mg/ l p 0,8 1,4 0,1 0,5 0,0 0,6 0,4----------------D 0,2 0,8 0.9 0,9 1,0 0,4 -0,4P04 lz

mumstoffen, und auch unsere Untersuchung zeigtnoch einen Nitratgehalt von 0_,6 mg/l im Oberflächenwasser.Für die Phosphate aber ergeben sich recht widersprechendeVerhältnisse. Odette Rivier [52]fand Ende Juni, Ende August und Anfang Oktober1935 einen restlosen Aufbrauch in der Produktionsschicht,dazwischen aber erneute Zunahmedes Phosphatgehaltes. T h o m a s fand sowohl imSommer wie im Winterwasser einen Wert < 20 y /1,während unsere Analysen 40 y /1 für ProduktionswieZehrschicht zeigten. Es scheint also, daß diePhosphate in diesem See raschen Aenderungen inquantitativer Beziehung unterworfen sind.R o o t s e e : Dieser See zeigt im Sommer ab ca.6 m Tiefe völligen Sauerstoffschwund. R u t t n e r[ 55] führt S. 81 aus:«Das Verschwinden des Nitrates an der Sauerstoffgrenzewird sehr wahrscheinlich durchdenitrifizierende Bakterien bewirkt, welche esüber Nitrit und Stickoxydul zu elementaremStickstoff reduzieren.»So wundern wir uns nicht, im Tiefenwasser desRootsees kein Nitrat zu finden. Aber auch dieOberflächenschichten zeigen nur noch 0,4 mg/ l.Am 18. Februar 1950, also vor Beginn ·der biologischenHochproduktion, fand V o 11 e n weide reinen Nitratwert von 7,4 mg/l, und Thomasbestimmte die Phosphate dieses Sees im Winterwasserzu 600 y /1. Diese Nährstoff mengen werdenoffenbar während des Sommers nahezu aufgezehrt.Minder bezeichnet den See deshalb als polytroph.Trotzdem die Beckenform für natürliche Eutrophiespricht, müssen zweifellos noch weitere Gründe fürden außerordentlich hohen Trophiegrad vorliegen.Adam [2], der den Rootsee 1935/36 untersuchte,sieht bezüglich der Nährstoffzufuhr ähnliche Verhältnissewie im Gerzensee, von dem er ausführt:«Hier sind wir offenbar gezwungen, die Erklärungfür die scheinbare Verschmutzung in derNatur des Sees selbst zu suchen. W ir sind derAuffassung, daß dieser See durch das Sickerwasservom umgebenden Gelände her mit organischenStoffwechselprodukten, namentlich abermit Nährsalzen versehen wird und daß diegroßen Planktonmengen des Sees dank diesernatürlichen Düngung möglich sind. Sie verschmutzendas Wasser beim Absterben undschließen damit den Ring von der mineralischenDüngung zur organischen Verschmutzung, dieihrerseits den Sauerstoffschwund bewirkt. Esscheint uns klar, daß kultivierte Uferlinien diesenDüngungsprozeß begünstigen, weshalb wirdie Erscheinung der U ebertrophierung vorwiegendbei kleinen Vorlandseen antreffen, ohnedaß sie bei Bergseen fehlen müßte, wenn diesein Weidgebiet oder in Moorgebiet liegen.»Zusammenfassend stellen wir fest: Brienzer- undThunersee gehören nach Nährstoffgehalt zu denoligotrophen, Murten-, Bieler-, Zürich- und Rootseezu den eutrophen Gewässern. Für den Luganerseesind die Verhältnisse nicht abgeklärt, dochscheint er nach der eutrophen Seite zu neigen.Während Murten-, Bieler- und Rootsee nach morphologischenGesichtspunkten betrachtet (siehehierüber S. 62) bereits eutrophen Charakter erwartenlassen, sind Zürich- und Luganersee «vonHaus aus» oligotroph. Ihre mehr oder wenigereutrophe Erscheinungsform muß daher durchübermäßige Nährstoffzufuhr, also durch «kulturbedingteVerschmutzung», verursacht worden sein.D. Die SauerstoffverhältnisseTab. 20 bis 26 enthalten die von uns gefundenenSauerstoffwerte, sowie Angaben über Temperaturund prozentuale Sättigung in der Entnahmetiefe.Die Berechnung der Sättigung führten wir nachM i n d e r [ 44] und anhand der dort publiziertenTabelle von Fox durch. Doch weicht unsere Ansichtin einem Punkt von derjenigen Minders ab.Bei Minder [ 44] lesen wir auf S. 1 70:«Wenn in tieferen Wasserschichten, d. h. inund unter der Sprungschicht, der relative Sauerstoffgehalt,d. i. in Prozenten der Sättigung,berechnet werden soll, empfiehlt es sich, vonder bisherigen Gepflogenheit abzugehen undden gefundenen Sauerstoffgehalt bei allen temperiertenSeen auf diejenige Sättigung zu beziehen,die das Wasser in der Oberfläche beimDichtemaximum, 4° C, annimmt.»Obschon tiefere Schichten infolge höheren Druckesbei physikalischer Sättigung eine größere absoluteSauerstoffmenge enthalten würden als oberflächennahe,muß für biologische Betrachtungen doch derSättigungswert an der Oberfläche, also bei Atmosphärendruckin Meereshöhe des Seespiegels, als100 % angenommen werden, weil jedes Wasserteilchennur im Moment seiner Oberflächennähemit atmosphärischem Sauerstoff angereichert werdenkann. Minder geht nun von der Ueberlegungaus, daß die Anreicherung der Tiefe mit Sauerstoffim Zeitpunkt der Vollzirkulation, also bei -Homothermie und einer Temperatur von 4° C,vor sich geht und deshalb diese Temperatur fürspätere Berechnungen zu berücksichtigen sei. Demgegenübersind wir der Ansicht, daß zur Berechnungder Sättigung in allen Tiefen die jeweils indieser Tiefe gefundene Temperatur berücksichtigtwerden muß. Denn ebenso wie Sauerstoffaufnahmeund Auslüftung immer an der Oberfläche geschieht,geht jede Wärmeaufnahme oder -abgabeimmer von der Oberfläche aus. Wird beispielsweisedie Temperatur in einer bestimmten Tiefe erhöht,so geschieht dies in der Weise, daß die Durchmischungeine von der Oberfläche ausgehendeund nach der Tiefe sich ausbreitende Homother-61

mie schafft, wodurch :immer tiefer liegende Wasserteilchenerfaßt und abwechselnd, in Oberflächennähegehoben werden. Die Durchmischung schiebtbeim Tief erwandern das Temperaturgefälle gewissermaßenvor sich her und kommt in jener Tiefezum Stillstand, in welcher ihre Energie durch Reibungund Arbeitsleistung beim Emporheben schwerererWasserteilchen aufgezehrt ist. Die Temperaturerhöhungin der Tiefe beruht letztendlich aufeiner Vermischung von kälterem Tiefenwasser mitwärmerem Oberflächenwasser, woraus eine Mitteltemperaturresultiert. Die kälteren Wasserteilchenverließen aber die Oberfläche bei tiefere r, diewärmeren bei höherer Temperatur, so daß auchin bezug auf ihre Sauerstoffsättigung währendihrer Oberflächennähe ein Mittelwert existierenmuß, dem wir zweifellos bei Berücksichtigung dermomentanen Temperatur in der Entnahmetiefe amnächsten kommen. Diese grundsätzlichen U eberlegungengelten auch für Aenderungen des Sauerstoff-und Wärmeinhaltes infoh:re horizontaler Ein-.:::ischich tung von Wassermassen.108 %, in der Zehrschicht liegt sie beim Thunerseenie unter 80, beim Brienzersee nie unter64 % .2. Außerordentlich klar kommt der polytropheCharakter des Rootsees in den Sauerstoffverhältnissenzum Ausdruck. (Uebersättigung inder Produktionsschicht bis zu 158 o/c, vollständigesFehlen in der Tiefe während des ganzenJahres). Im Winter 1955/56 konnten wir feststellen,daß auch die Tiefe mit Sauerstoff versorgtwurde (bis zu 30 % Sättigung). Adam[2] fand am 6. Januar 1936 in 12 m Tiefe2,70 und in 15m Tiefe 1,13 mg 0 2 /1. Esscheint also, daß der meromiktische Charakterdes Rootsees (siehe S. 40 ) nicht jedrn Winterdominiert.Abb. 47: (i)Wie Thien e man n gezeigt hat, ist für den „Trophiegrad eines Sees das Größenverhältnis von "'.___,..-..-~-..-~-..-~-..-~-..­Produktionsschicht zu Zehrschicht von ausschlaggebenderBedeutung. So wird ein tiefer See vonNatur aus oligotroph, ein sehr flacher eutroph sein; : ®denn je- größer die Zehrschicht, um so größer ist =~auch ihr Sauerstoffvorrat, der ja ausreichen muß, „um die aus der trophogenen Zone absinkendenorganischen Massen zu oxydieren. Der Umschlagpunktfür natürliche Oligo- und Eutrophie liegtnach Thien e man n [67] ungefähr bei einemVerhältnis von 1 : 1 für Produktions- und Zehrschicht.Betrachten wir die hypsographischen Kurvenin Abb. 2 (die ungefähre Größe des Produktionsraumeswird durch die oberste weiße Flächeveranschaulicht), so ergeben sich für Brienzer-,Thuner-, Luganer- und Zürichsee natürliche Oligo- „trophie, für Murten-, Bieler- und Rootsee natür- iooliehe Eutrophie.Wir wollen im folgenden die « Prädestination», "'die sich aus der Beckenform ergibt, als primäre,diejenige aus dem Reichtum an Nährstoffen (vgl.S. 57) als sekundäre Trophie bezeichnen, wobeiwir noch zwischen natürlicher (Nährstoffe aus Gesteinendes Einzugsgebietes) und künstlicher Trophierung(Nährstoffe aus Kultur und Industrie )unterscheiden. Interessant ist die Frage, ob primäreoder sekundäre Trophie stärker ins Gewichtfällt, und welche von beiden dem See den Stempelaufdrückt. Untersuchen wir daraufhin die Sauerstoffverhältnisse!Die für unsere Betrachtung wesentlichen Ergebnissefinden sich in Tab. 17 bis 23 und wurden inAbb. 4 7 graphisch dargestellt. Wir stellen fest:1. Brienzer- und Thunersee zeigen auch hier denCharakter des tiefen, ausgesprochen oligotrophenAlpenrandsees. Die Sauerstoffsättigungbeträgt in der Produktionsschicht maximal621953 541953 541953 541 Thuner5ee2 Brienzersee3 Zürichsee4 Rotsees Murtensee6 Bielersee1 LugonerseeEpilimnion -Hypol1mnron ----Prozentuale Sauerstoffsättigung 1953/54. Die Darstellungenthält die Mittel aus den in verschiedenenTiefen der Zehr- resp. Produktionsschicht gefundenenWerte. Die Höhe der punktierten Flächenveranschaulicht die Sättigungsdifferenz zwischenProduktions- und Zehrschicht.3. Dem Rootsee kommt der Murtensee bezüglichdes eutrophen Charakters am nächsten. Am18. Oktober 1954 war der Sauerstoff unterhalb25 m vollständig auf gezehrt, während wir ungefährum die gleiche Zeit des Vorjahres in22 m Tiefe noch eine Sättigung von 22,8 %konstatierten. Leider unterließen wir es damals,aus größerer Tiefe Proben zu entnehmen.

1•0 d e t t e R i v i e r [ 52] fand 1934/35 nievölligen Sauerstoffschwund in der Tiefe, unddas Maximum der Sättigung lag in der Oberflächenschichtam 17. August 1934 bei 129 %und am 23. August 1935 bei 127 %. Wir stelltenUebersättigungen bis zu 146 ~0 (10. Juni 1954)fest. Aus diesem Vergleich ergäbe sich einedeutliche Zunahme der Eutrophie in den letztenzwanzig Jahren. Doch genügen natürlichdie vorliegenden Unlersuchungen noch nichl,um endgültige Schlüsse zu ziehen.4-. Bieler- und Luganersee zeigen ähnliches Verhaltenwie der Zürichsee. Dies beunruhigt einigermaßen.Zu bedenken ist allerdings, daß wirdie Sauerstoffverhältnisse nur bis 80, vereinzeltbis 100 m Tiefe untersuchten. Zur Beruhigungsei erwähnt, daß der Biclcrsee zu jederZeit bis in unmittelbare Bodennähe noch ansehnlicheMengen Sauerstoff zeigle, währendder Zürichscc in größter Tiefe fast sauerstofffrei bleibt. Nach Minder [ 41] beträgt dieSauerstoffmenge in diesem Sec unterhalb 130 mselten 1 cm3/l, meist aber weniger. Auch imLuganersec konnten wir im Frühjahr 1957 bisin die größte Tiefe noch beträchtlichen Sauerstoffvorratfeststellen.Tab. 17 zeigt die recht ähnlichen Sauerstoffverhältnisseder drei Seen.Tab. 17Max. der Q,. 1 Min. der 02-Sättigung in derProduktions- Sättigung_________ sc_hi_ch_t __ b_is_s_o _m_T_ie_re_ZürichseeLuganerseeBielersee1154,5 %163,0 %147,2 %116,7 %33,7 %26,0 %Differenz137,8 %129,3 %121,2 %Vergleichen wir unsere Resultate bezüglich derSauerstoffverhältnisse des Bielersees mit denjenigenMinders [42] aus den Jahren 1930/31 (Tab. 18 ):Tab. 18Sauerstoffsättigungswerte im Bielersee zur Zeit derSommerstagnation.. d ( Nach unseren Unter- 1Nach Mm er 5. 9. 1930) suc h ungen ('Jl _ . 10 . 1954 )1Tiefe 1Temp. 1 Sättigung 1 Tiefe 1 Temp. 1 Sättigungm °C 0 /o m 1 °c 0 /o5 1 18,1 1 111 i 0 1 15,0 1 118,210 16,9 972030404613,510,08,47,5836660602535756,86,76,278,350,426,0Leider können die Angaben nur sehr bedingt vergleichenwerden (ungleiche Tiefen und verschiedeneZeitpunkte der Untersuchung).Immerhin fällt der Unterschied im Sauerstoffdefizitdes Hypolimnions im Jahre 1954 gegenüber1930 auf. Die größere OrZehrung kann nichtetwa allein durch den späteren Zeitpunkt derUntersuchung (21. 10. statt 5. 9. ) erklärt werden.Denn auch die Analysen vom 12. 8. 54 ergabenwesentlich geringere Sauerstoffsättigung im ganzenHypolimnion als Minder sie am 5. 9. 1930 fand(siehe Tab. 21).Abschließend und zusammenfassend wagen wir, dieuntersuchten Seen bezüglich ihres Trophiegradeszu klassifizieren (Tab. 19).Tab. 19. Klassifikation der untersuchten Seen bezüglichTrophiegrad.1Sekund. TrophiePrim. Trophie(aus NährstofT~

mumfaktor, als welchen wir den Nitratstickstoffnachgewiesen haben. Die Planktonproduktionist in einem solchen Falle mit Rücksichtauf die vorhandenen Pflanzennährstoffe einemaximale. Der Phytoplanktongehalt des Zürichseesdürfte etwa zehnmal höher sein als der·jenige des Bielersees.»Unsere Ausführungen über Sauerstoffverhältnisseund Trophiegrad der Seen bedürfen folgender Ergänzungen:1. Sauerstoffzehrung kann auch durch allochthone,also seefremde, eingeschwemmte organischeSubstanzen bedingt sein. Dies ist zweifellos imRootsee der Fall. A d am [ 2] führt darüberaus:«Der See ist oben und unten von einerstarken Torfschicht begrenzt, die an sichschon viel organisches Material durch Uferauslaugungabzugeben imstande ist. Dasganze Nordufer dieses sehr langgestrecktenSees ist Kulturland und das Südufer in derHauptsache Wald, dessen Laubfall imHerbst viel zersetzliches Material an dieUferzone des Sees und in das Wasser abgibt.»Wir vermuten diesen Einfluß auch bei demnach Morphometric ausgesprochen oligotrophenBrienzersee (Sauerstoffsättigung im Hypolimnionbis 62 % sinkend, im Thunersee nurbis 80 % ) . Vereinzelte Bestimmungen des Kaliumpermanganatverbrauchesergaben Wertebis zu 8,8 für Oberflächenwasser des Brienzersees,während wir für den Thunersee den Maximalwertbei 6,5 fanden. Wahrscheinlich enthaltendie ausgesprochen trüben Zuflüsse beiHochwasser verhältnismäßig viel organischeSubstanzen.2. Aber auch die Bodensedimente können als ÜrZehrer ins Gewicht fallen. Dies gilt namentlichfür kleine und flache Gewässer (z.B. RootundMurtensee); denn ein kleiner See hat imVerhältnis zum Volumen eine größere Begrenzungsflächeals ein großer. Thomas [ 74] berechnetebeispielsweise für den Greifensec einVerhältnis von 1 : 0,68 für 0 2 -Zehrung desJahressedimentes zur OrZehrung im Hypolimnionbei Sommerstagnation (S. 448, Tab. 12)(vergleiche z. B. Sauerstoffkurve des Bielerseesin Abb. 51) .3. Im oligotrophen «Fiolen» Südschwedens fandRod h e [ 1] eine «eutrophe Sauerstoffkurve»,die durch die morphometrischen Verhältnissedes Sees bedingt war (S. 186). Er schlägt deshalbvor, die Bezeichnungen «oligotroph» und«eutroph» für die Charakterisierung der Sauerstoffkurvedurch «orthograd» und «klinograd»64zu rsetzen ( S. 192) ; Kurven mit einem metalimnischenMaximum oder Minimum würdenentsprechend «heterograd» genannt. Inunserer Untersuchungsreihe stimmt, mit Ausnahmedes Bielersees, der Befund über denTrophiegrad aus Nährstoffreichtum mit demjenigenaus der Sauerstoffkurve am Ende derSommerstagnation überein. Der Bielersee bildetgewissermaßen das Gegenbeispiel zum oligotrophen«Fiolen» Südschwedens. («Mesotro­phe» Sauerstoffkurve in einem eutrophen See).In seltenen Fällen versagt also die Sauerstoffkurveals Indikator für den Trophiezustandeines Gewässers. Die Ausnahmen bestätigenaber bekanntlich die Regel, und uns scheint esnicht ratsam, die bisher gebräuchlichen und imallgemeinen zutreffenden Bezeichnungen «oligotroph»und «eutroph» für die Charakterisierungder Sauerstoffkurve eines Gewässers aufzugeben.Das Wissen um die Möglichkeit derAbweichung bleibt auch hier das Wesentlicheund macht eine Aenderung der Bezeichnungüberflüssig.4. In zahlreichen Arbeiten wird darauf hingewiesen,daß sinngemäß nur die vorhandene Nährstoffmengeden Trophiegrad eines Sees bestimmt.Wir halten uns aber an die Definitionenvon Rodhe [1] (S.230):«Die Trophie eines Sees bezeichnet die Intensitätund Art seiner Versorgung mit organischerSubstanz.»«Die Autotrophie eines Sees bezeichnet dieIntensität seiner totalen Eigenproduktionorganischer Substanz.»«Die Allotrophie eines Sees bezeichnet dieIntensität der Zufuhr organischer Substanzaus seiner Umgebung.»Trophie ist in diesem Fall das Ergebnis ausdem Zusammenspiel zahlreicher Faktoren wieMorphometrie, Hydrologie, Nährstoffreichtumund Klima eines Gewässers. Die Angaben inden ersten beiden Kolonnen der Tab. 19 möchtenwir lediglich als vorläufige Feststellungenim Zusammentragen der einzelnen Trophiefaktorenbetrachten. Entsprechend enthält Kolonne3 erste Schlußfolgerungen aus den Sauerstoffkurvenüber den Trophiezustand der betreffendenSeen, vorläufig ohne in Auto- undAllotrophie zu unterteilen.5. Zweifellos erlaubt der Grad der Sauerstoffübersättigungin der Produktionszone währendder Stagnationsperiode, mit Sicherheit auf dieIntensität der Eigenproduktion an organischerSubstanz, also auf die Autotrophie eines Seeszu schließen. Eine Zusammenstellung der gefundenenMaximalwerte der Sauerstoffübersättigung(Anteil, der 100 % überschreitet) ausden Juni- und Augustuntersuchungen des Jahres1954 zeigt folgende Reihenfolge:•

Max. der Max. der Mittel aus derÜbersättigung Übersättigung Juni- und August-Juni 1954, % August 1954, % maxima, %Rootsee 58,7 68,8 63,7Murtensee 46,1 35,6 40,8Zürichsee 54,5 26,8 40,6Luganersee 16,5 63,0 39,7Bielersee 47,2 10,4 28,8Thunersee 7,4 6,1 7,0Brienzersee 12,7 1,1 6,9Der Befund bez. Autrophiegrad deckt sich mitden Angaben in Kol. 3 der Tab. 19.Der verhältnismäßig hohe Grad der Sauerstoffübersättigungim mesotrophen Luganerseeläßt sich durch die wesentlich höhere Temperaturdieses Sees gegenüber den Seen der Alpennordseiteerklären (erhöhte Reaktionsgeschwindigkeitbei allen Stoffwechselvorgängen). DasBeispiel zeigt den Einfluß des Klimafaktors aufdie «Trophie» eines Sees. Entsprechend fandR o d h e [ 1] im Oberflächenwasser der vielnördlicher gelegenen südschwedischen Seen imMaximum nur 122,9 % Sauerstoffsättigung(Vaxjösjön 1. 8. 1938) bzw. 99 % (Fiolen 10.8. 1938).Tab. 17Temperatur, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffsättigungund Karbonathärte im BrienzerseeDatumIT~e 1Temp.1021% deroc cm 3 /l Sättig. f O1 Hä'te6. 8. 0 16,7 5,05 78,3 6,91953 4 12,8 5,65 80,8 7,023 7,3 5,40 67,750 5,0 5,45 64,7 8,6511. 10. 0 16,1 4,90 75,2 6,601953 15 10,3 5,22 70,5 6,2230 7,5 7,40 93,4 7,1050 5,2 5,70 67,9 7,752. 1. 0 5,1 7,95 94,5 6,871954 30 5,0 7,90 93,8 6,8170 5,0 7,92 93,9 6,6212. 4. 0 7,8 8,00 101,7 7,311954- 4 5,6 9,40 110,2 7,4420 5,3 9,08 108,5 7,1960 5,2 7,55 90,1 7,1080 5,0 7,85 93,2 7,4419. 6. 0 15,3 7,48 112,7 7,101954 5 12,1 7,33 103,410 9,7 7,87 104,8 7,5015 7,3 7,40 92,930 5,9 7,25 88,0 7.3580 5,0 7,55 89,6 7,5519. 8. 0 17,1 6,47 101,1 6,061954 5 14,0 6,77 99,3 6,5410 11,8 6,43 89,8 6,6020 9,7 7,05 93,930 5,5 6,83 82,0 7,30100 4,8 6,57 78,0 7,306. 10. 0 12,9 6,73 96,4 6,081954 7 12,2 6,97 98,3 6,5427,5 7,7 6,30 79,8 6,4540 5,4 6,50 77,8 7,07100 4,8 6,57 77,6 7,20Tab. 18Temperatur, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffsättigungund Karbonathärte im Thunersee.Datum 1T~fe1Temp.oc cm 3 /l Sättig. fO1 02 1 % der 1 Hä,te11. 8. 0 17,4 6,93 109,21953 10 14,6 7,20 106,625 9,3 6,57 86,760 5,0 6,93 82,312. 10. 0 13,5 6,48 94,0 9,101953 18 13,2 6,52 94,0 9,4535 6,1 6,61 80,7 10,0580 4,9 6,91 81,8 10,356. 1. 0 4,0 7,39 85,5 9,501954 30 4,0 7,92 91,5 9,7580 4,0 6,83 79,0 10,8721. 2. 0 4,0 8,61 99,7 9,451954 30 4,0 8,61 99,7 9,5080 4,7 7,40 87,2 10,5531. 3. 0 5,7 8,32 100,3 9,501954 20 5,6 8,35 100,5 9,8580 4,5 8,37 98,l 10,8517. 6. 0 15,2 7,14 107,4 9,751954 15 11,0 7,48 102,5 9,9035 5,6 7,21 86,1 11,0080 4,5 6,73 78,9 10,8022. 8. 0 18,0 6,67 106,1 8,601954 7 16,8 6,50 101,018 14,2 5,33 78,4 9,0035 6,1 6,72 82,0 10,3580 4,5 6,52 77,3 10,502. 10. 0 13,8 6,34 92,7 8,551954 24 13,6 6,90 100,1 9,6028 9,235 6,0 6,77 82,3 10,4080 5,0 6,77 80,3 10,35165

Tab. 19 Tab. 20Temperatur, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffsättigung Temperatur, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffsättigungund Karbonathärte im Rootseeund Karbonathärte im MurtenseeDatum 1T~fe1Temp.02 % der Härteoc 1 cm3 /l Sättig. f D atum T~fe 1 Temp. O 1 02 1% der Härteoc cm 3 /l Sättig. f O5. 10. 0 15,8 6,22 93,0 8,651953 6 14,5 2,45 35,8 9,5510 6,3 0,0 16,5515 5,75 0,0 21,553. 8. 0 20,4 6,80 112,11953 6 18,9 5,09 81,518 8,5 2,51 32,030 6,8 2,92 35,71. 1. 0 3,8 3,09 34,8 12,401954 5 3,8 2,54 27,7 12,5015 5,4 0,0 22,7010. 4. 017,517,80 96,8 11.451954 5 7,0 3,54 42,3 11,5510 5,4 0,0 13.3015 5,15 0,0 14,558. 6.0 20,0 9,76 158,7 9,4519544 12,4 1,48 20,5 11,959 7,0 0,23 2,8 13.5015 6,45 0,0 14,3015. 10. 0 13,0 6,90 97,5 11,301953 14 13,0 6,12 86,5 11,6018 7,7 3,50 43,8 15,8022 6,9 3,50 42,8 14,05--19. 1. 0 3,75 6,32 71,3 17,551954 10 3,80 6,51 69,7 17,451125 3,85 6,08 1 69,0 17,551 1112. 4. 0 6,2 9,85 118,5 17,501954 3 5,6 8,85 105,1 18,707 5,1 9,57 112,0 18,3530 5,0 7,92 92,6 19,9010. 6. 0 19,3 7,95 128,1 14,501954 5 18,4· 9,23 146,1 14,6010 9,9 7,30 96,2 18,00---- 20 8,5 7,48 95,4 20,306. 8. 0 24,5 7,83 138,5 6,601954 2 22,3 9,92---5 11,5 0.011168,815,678 7,4 116,2812. 8. 0120,0 6,40 104,0112,551954 4 18,9 8,84 135,6 12,5510 15,5 3,77 61,0 14,6518 9,6 1,74 22,8 17,2515 6,45 21,35 30 6,7 1,93 23,6 17,4518. 10. 0 15,0 6,63 97,7 14,9015. 10. 0 13,7 5,13 73,3 10,00 1954 11 13,3 5,75 79,4 15, 751954 5 12,2 5,42 75,3 9,65 18,5 12,4 0,34 4,7 17,0210 7,1 0,0 14,70 25 6,7 0,34 0,0 17,8015 6,7 20,35 35 6,7 19,3066

1Tab.21Temperatur, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffsättigungund Karbonathärte im BielerseeTab.22Temperatur, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffsättigungund Karbonathärte im LuganerseeDatum T~fe 1Temp.o, 1% der Härteoc cm 3 /l Sättig. f ODatumTiefe T emp. 1 cm3/J1% der1 Hänem oc1 0 2 Sättig. f O3. 8. 0 19,4 4,46 72,01953 12 17,3 4,41 68,323 8,8 3,71 47,730 6,8 4,15 50,88. 8. 0 21,9 5,94 98,41953 6 21 ,0 5,40 88,019 8,4 2,53 31,470 5,5 2,91 33, 72. 10. 0 20,6 6,37 104,4 10,7016. 10. 0 13,1 7,12 100,8 11,2 1953 15 17,0 3,27 49,2 10,701953 18 12,5 5,50 76,8 11,65 22 7,7 3, 11 38, l 12,5027 8,0 4,10 52,3 13,85 50 5,4 4,68 54,0 12,3035 7,5 3,72 46,3 14,05----17. 1. 0 4,2 7,54 87,3 13,451954 1 25 4,2 6,85 I 78,6-----1 1 1114,2524. 12. 0 9,2 5,60 71 ,2 11,351953 20 9,2 5,1 7 65,7 11,5030100117,0 3,33140,0 13,155,6 3,601141 ,8 12,4013. 4. 0 6,6 13,75 2. 4. 0 9,7 7,77 99,8 11,501954 5 6,4 10,20 121,0 14.10 1954 7 6,1 6,64 78,2 11,5515 6,3 9,72 117,3 13,95 20 5,5 6,25 72,5 11,4530 5,3 8,10 95,6 14,15 80 5,3 4,51 52,0 11,4010. 6. 0 17,0 9,60 147,2 11,601954 10 13,2 7,42 105,2 12,0025 8,7 6,25 80,2 13,60170 6,2 4,12 49,7 14,107. 6. 0 18,3 6,90 106,5 10,651954 4 17,8 7,70 116,5 10,7020 8,8 6,38 80,3 11,6080 5,4 4,30 49,7 12,402. 8.10 22,5 9,76 163,012. 8. 0 17,6 7,10 110,4 11,40 1954 4 21,6 8,63 142,1 8,801954 14 16,8 5,70 87,3 11,60 10 16,2 6,42 95,0 10,1018 11 ,0 4,18 56,5 13,5020 9,7 5,18 66,6 11,1030 7,7 4,24 53,0 13,8570 5,5 3,76 43, 7 11,2512. 10. 0 16,4 6,26 93,0 8,0021. 10. 0 15,0 8,03 118,2 12,65 1954 9 16,3 6,67 99,0 8,851954 25 6,8 6,40 78,3 12,85 18 10,9 2,82 37,2 10,9535 6,7 4,13 ' 50,4 13,40 30 6,4 4,08 48,5 10,8075 6,2 2,16 26,0 14,40 70 5~5 4,37 39A 11,2067

Tab. 23Temperatur, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffsättigungund Karbonathärte im ZürichseeDatum 1T~fe1Temp.02% der Härte1oc cm13 /l Sättig. f O1 18. 10. 0 16,1 6,10 91,5 10,301953 11 15,7 5,68 84,7 10,3015 8,1 2,26 32,9 12,4050 4,3 4,45 50,8 13,1029. 12. 0 6,2 5,60 67,1 11,851953 30 5,6 3, 16 42,7 13,0070 4,2 3,42 38,9 13,109. 4. 0 4,8 7,11 82,2 12,351954 20 4,7 6,87 79,1 12,6560 4,5 5,77 66,3 13,90115 4,2 3,30 37,6E. KarbonathärteDie Photosynthese der Pflanzen verläuft nach folgenderFormel (unter Ausnützung der Lichtenergie):6 H 2 0 + 6 C0 2 = C 6 H 12 0 6 + 6 02Es muß dem Wasser also C0 2 entzogen werden.Um Bikarbonat in Lösung zu halten, ist je nachKonzentration, ein bestimmtes Quantum freie zugehörigeKohlensäure notwendig. Wird nach Aufbrauchder überschüssigen, der sogenannten agressivenKohlensäure, die zugehörige oder Gleichgewichtskohlensäureangegriffen, so muß, weil dasLösungsgleichgewicht gestört wird, Ca C0 3 ausfallen.Dieser Vorgang wird nach M i n d e r, derdiese Zusammenhänge im Zürichsee zuerst eingehenduntersucht hat, als «Biogene Entkalkung»bezeichnet.Bezüglich eingehender Orientierung verweisen wirauf Ru t t n er [ 55 J (S. 57-67) und Minder[ 40].Für unsere Betrachtungen ist lediglich wichtig, daßbei intensiver biologischer Tätigkeit in der trophogenenSchicht Kalk ausfällt, in die Tiefe sinkt undbei Vorhandensein von aggressiver Kohlensäure imTropholytikum wieder gelöst, andernfalls aber sedimentiertwird. Dadurch muß sich ein vertikalesKonzentrationsgefälle bezüglich Kalziumbikarbonatergeben, das um so ausgeprägter ist, je längerdie Stagnation dauert und je intensiver die biologischeProduktion verläuft.11. 6. 0 16,5 10,22 154,5 11,401954 6 15,2 9,90 145,5 11,9512 7,4 6,93 85,5 13,3080 4,2 4,88 55,6 13,45Abb. 48Härtedifferem~HHypolimnion - Epilimnion,5. 8. 0 21,8 7,55 126,8 10,451954 5 19,8 7,20 116,5 10.3512 10,6 4,16 55,3 12,3020 6,0 4,25 50,7 12,3060 4,8 5,48 82,4 12,2014. 10. 0 13,8 6,72 96,0 11,401954 9 13,6 1 11,6516 10,6 2,41 32,1 12,1030 6,2 3,34 40,0·70 4,4 1,46 16,7Ha Fran2. Härtegrade-- Rotsee~-....,..... .... Murtensee++++++ LuganerseeBielerseeZürichseeThunersee---- Brienzersee68

Tab. 24Chemische und bakteriologische Untersuchungen von Wasserproben aus dem Thunersee, ausgeführt durch das Kantonale Chemische Laboratorium in BernDatumS•=d•"/ T:foTrocken-Glüh- /Oxidi

Die Resultate unserer Härtebestimmungen sind,zusammen mit den Sauerstoffzahlen, in Tab. 17bis 23 zu finden. Der jahreszeitliche Verlauf derHärtedifferenz zwischen Produktions- und Zehrschichtwurde in Abb. 48 graphisch aufgetragen.Die Darstellung zeigt nichts Neues bezüglich Produktionund deckt sich verblüffend gut mit derDarstellung der Sauerstoffsättigungsdifferenzen zwischenEpi- und Hypolimnion in Abb. 47.Wir können drei Gruppen unterscheiden:1. Root- und Murtensee mit maximalen Differenzenvon 12,5 und 5,3 f 0 (franz. Härtegraden).2. Luganer-, Bieler- und Zürichsee mit maximalenDifferenzen von 2,7, 2,1 und 1,9f 0 .3. Thuner- und Brienzersee mit Differenzmaximavon 1,5 und 1,0 f 0 •Es muß berücksichtigt werden, daß Härtedifferenzennatürlich auch die Folge vermehrter Durchflutungsein können. So werden die durch Schneeschmelzeverursachten Hochwasser verhäl tnismässigwenig gelöste Stoffe führen, da sie oberflächlichund rasch abfließen und deshalb nur wenig Mineralsalzeaus dem Untergrund zu lösen vermögen.Wie wir gesehen haben ( S. 72) , schichtet sichdas Wasser der Zuflüsse während des Sommersmeist am Grunde der Produktionsschicht ein, weiles hier korrespondierende Dichte vorfindet. Dadurchwird der Elektrolytgehalt dieser Schicht gewissermaßenverdünnt und die Konzentrationsdifferenzzwischen trophogener und tropholytischerZone vergrößert. Wir vermuten, daß dieser Einflußvor allem in Bieler- und Thunersee zur Geltungkommt.F. Chemische und bakteriologische Untersuchungenvon ThunerseewasserprobenVon Oktober 1953 bis Oktober 1954 wurden imAuftrag der Licht- und Wasserwerke Thun unddes Wasserrechtsamtes des Kantons Bern zusätzlicheAnalysen von Wasserproben aus dem Thunerseedurchgeführt. Die Proben wurden von unsgeschöpft und dem Kantonalen chemischen Laboratoriumin Bern zur Untersuchung übergeben.Geschöpft wurde mit der auf S. 58 be3chriebenenSchöpfflasche. Die zwei oberen Schöpf proben en t­stammen dem jeweiligen Epilimnion, die zwei unterendem H ypolimnion. Bei Homothermie ( 6.1.54)begnügten wir uns mit je einer Oberflächen- undeiner Tiefenprobe pro Standort. Standort 1 befindetsich 600 m südlich der Schiffstation Hilterfingen,Standort II 600 m nordöstlich der Kandermündungund Standort III 700 m östlich Strandbad Thun.Die Angaben betr. Sauerstoff und Karbonathärtewurden im vorangehenden Abschnitt mit denjenigenanderer Seen verglichen. Die übrigen ·untersuchungsergebnissefinden sich in Tab. 24 zusammengestellt.Da es sich nur um Proben aus dem Thunerseehandelt und weil unsere Untersuchung vergleichenderArt ist, verzichten wir auf eine Diskussion.Wir glauben aber, daß die genannten Analysenwertvolle Anhaltspunkte zu weiteren Untersuchungen(z. B. für Trinkwasserentnahme aus dem See)liefern können. Dem Kantonschemiker, Herrn Dr.Jahn, der für die Richtigkeit der Angaben verantwortlichist, danken wir an dieser Stelle für seinVerständnis und die zusätzliche Arbeitsleistungseines Institutes.V. KORRELATION VON THERMISCHER,OPTISCHER UND CHEMISCHER SCHICHTUNGA. AllgemeinesAls Ergänzung und gleichzeitig Zusammenfassungbetrachten wir zum Scnluß die funktionellen Beziehungenzwischen Thermik, Optik und Chemismus,soweit sie sich in der Stratifikation äußern.Jede stabile Schichtung von Wassermassen beruhtauf Dichtezunahme nach der Tiefe. Diese kanndurch Konzentrations- oder Temperaturdifferenzenbedingt sein, wobei sich beide Faktoren gegenseitigverstärken, abschwächen oder aufheben können.Ueber konzentrationsbedingte Dichteschichtung liegenausführliche, leider teilweise noch unveröffentlichteBerechnungen und Tabellen von Berge rvor. Im weiteren verweisen wir auf Ru t t n er[ 55] S. 36. Wir befassen uns im folgenden nurmit der temperaturbedingten Dichteschichtung(über konzentrationsbedingte Schichtung im Rootseesiehe S. 41 ) . Optische, biologische und Sauerstoffschichtungenkönnen als sekundäre bezeichnetwerden, da sie auf der turbulenzhemmenden Wirkungder Temperaturgefälle beruhen. Denn indemder Austausch zwischen den verschiedenen Schichtenunterbunden wird, die Milieufaktoren (z.B.Licht) mit der Tiefe aber variieren, muß jedesNiveau einen spezifischen, biologischen Ablaufzeigen, der sich in Konzentrationsunterschiedenverschiedener Stoffe ausprägen wird.70

B. Meßgeräte1. Ueber Temperaturmesung wurde S. 31 undüber Sauerstoffbestimmung mit dem elektrischenSauerstofflot S. 59 orientiert.Die Tageslichtmessungen vermögen wohl Aufschlußüber den einer bestimmten Tiefe zukommendenLichtgenuß sowie über die durchschnittlicheStrahlungsdurchlässigkeit einer Wassermassezu geben. Bezüglich Ermittlung derTransmissionsdifferenzen der einzelnen Meterschichtenkonnten sie unsere Erwartungen nichterfüllen. Dies war der Anstoß zur Konstruktiondes im folgenden beschriebenen Transmissionsmessers(Abb. 49) .Das Licht einer 6-Watt-Lampe Li durchläufteine Strecke von 50 cm und trifft dann, durchExtinktion in der durchlaufenen Wasserschichtmehr oder weniger geschwächt, auf die SperrschichtphotozellePi. Der Photostrom gelangtvon Pi zum Ablesinstrument Mi. Durch einAbschirmgehäuse aus Holz wird die optischeEinrichtung von Li bis Pi gegen Tageslichtabgeschlossen. Beim Hinunterlassen des Gerätesöffnen sich infolge des Wasserwiderstandes diebeiden im Querschnitt in Abb. 49 ersichtlichenDeckel, und das Wasser kann ungehindertdurchströmen. In Ruhelage schließen die Dekkeldurch ihr Eigengewicht. Die Lampe Liwird durch einen Akkumulator B gespeist, wo-Abb. 495choltschemodes Tronsmissionsmesst?rsP.-----t-r=========::::==============:::t /F, - -+----L.=--+----'

hauptung für den Brienzersee anhand von Abb. 50belegen. Das in der Abbildung ersichtliche Transparenzminimumin 23 m Tiefe ist zweifellos derEinschichtung von Flußtrübe durch die Aare zuzuschreiben.Denn bekanntlich schiebt sich das zufließendeWasser in jener Tiefe eines Sees ein, inder gleiche Dichte vorherrscht. Um die horizontaleAusbreitung der durch die Aare gebildetenoptischen Filterschicht abzutasten, führten wir anden folgenden Tagen Transparenzrnessungen bisin die Nähe von Bönigen durch. Diese ergaben:Die Trübungsschicht hält sich bis Höhe Niederriedin konstanter Tiefe von 23 m, wobei dieTrübungspartikel sich sowohl nach oben wienach unten allmählich verteilen. Dadurchnimmt die Transparenz im Gebiet der stärkstenExtinktion von 2 bis 25 % zu, in Oberflächennäheaber von 41 auf 38 % ab. Auf HöheHauetenbachmündung zeigt sich wahrscheinlichbereits der Einfluß des Lütschinenwassers, wodurchdie Transmissionskurve unruhig und unklarwird. Wir vermuten, daß das Extinktionsmaximumin 33 m Tiefe durch die bei Bönigenzufließende Lütschine verursacht wird. Leidererzwangen die Witterungsverhältnisse die Einstellungder Untersuchungen.Interessant ist die deutliche Dreiteilung der optischenSchichtung 300 m vor der Aaremündungentsprechend einer thermischen aber etwastiefer liegenden Dreiteilung im Gebiet der«Sprungschicht».Ferner verwundert, daß die Trübungspartikel,statt langsam abzusinken, sich gleichmäßig nachoben und unten verteilen. Denn zweifellos sinddie eingeschwemmten Stoffe 2 bis 3mal soschwer wie Wasser und müßten nach folgenderFormel (0stwa1 d s c h e Formel) absinken:ÜbergewichtSinkgeschwindigkeit = ----------­Viskosität · Formwiderstand10 10Abb. 50geänderte Stokes c h e Formel. Unter demUebergewicht ist die Differenz der spez. Gewichtedes Körpers und des Wassers gemeint.Unter «Formwiderstand» fällt hier auch dieGröße des Teilchens. Je kleiner Jieses, um sogrößer ist seine relative Oberfläche (im Verhältniszum Volumen) und um so größer wirddeshalb die relative Reibung an den Wassermolekülensein. Die Tatsache, daß belebte undunbelebte Suspensionen im Gebiete ausgeprägterTemperatursprünge sehr lange verweilen,sogenannte Trübungsschirme bildend, ist längstbekannt. Ge s s n er [ 23] sagt darüber aufS. 400:«Derartige Trübungsschirme wurden seitherim Meere immer wieder beobachtet, sovon W a t t e n b e r g und J o s e p h ( 1944)in der westlichen Ostsee und in neuesterZeit ( 1954) von Kr e y in der Nordsee.Hier ergab die optische und die biologischeUntersuchung auf einer Forschungsfahrt imAugust 1952 zwischen 30 und 40 m, ebenfallsim Bereich der Sprungschicht, das Vorhandenseineines ausgedehnten Trübungsschirms,der sowohl von Planktern als auchvon unbelebtem Seston gebildet wurde.»Auf S. 398 lesen wir ferner:«Nun ist es ja eine allgemein bekannte Tatsache,daß bewegtes Wasser feste Teilchenlänger in Schwebe halten kann, als ruhendes,sofern die Teilchen klein sind, und infolgedessenan und für sich schon germgeSinkgeschwindigkeit besitzen.»Ge s s n er macht dann die erhöhte Turbulenzin Temperaturgrenzschichten, die durchdas U ebereinanderweggleiten der verschiedentemperierten Wasserkörper entsteht, für dasVerweilen der Suspensionen in diesem Bezirkverantwortlich.10 10 ·c10Dies ist die für beliebig geformte Körper ab-1T 10 20 30 ---~r. ~T-~10 __ 2~0-~-t--+-'-20 r ____ „------3040, __,)/' ____ .,,,,1 1T 20 30 ) 407. ~T-~10 _ _ 20~_30_.___.---+-/~40-"/ /I )„,,-' (\ )'\ (..,/' .... ,\\ ' \\ \\1020304050so60TemperaturTransmission10 300 m westl. Aaremündungm 15. 10. 1956Höhe lseltwald16.10.1956Höhe Niederried17. 10.1956Höhe Hauetenbach=mündung (ßönigen)1710.19566070m72

Wir glauben aber, daß Turbulenz im allgemeinenan der Seeoberfläche ihren Ausgang nimmtund daß sich die durch Windarbeit erzeugtenTurbulenzelemente nach der Tiefe zu fortpflanzenbis ihre Bewegungsenergie auf gezehrtist. Dies ist normalerweise erst im Gebiet einesTemperaturgefälles der Fall, weil hier zu denVerlusten an Bewegungsenergie durch innereReibung die viel größeren Verluste infolge Arbeitsleistungbeim Emporheben von kälteremund deshalb schwererem Wasser gegenüber absinkendem,leichterem hinzukommt. (Siehe hierüberS. 44.) Aus diesem Grunde ist ja bekanntlichauch der Austausch in einer bestimmtenWassertiefe dem dort herrschenden Dichtegefälleindirekt proportional. Wäre die Turbulenzallein für die Verminderung der Absinkgeschwindigkeitverantwortlich, so müßten dieSchwebeteilchen zweifellos oberhalb der Sprungschichtlangsamer absinken als in derselben.Wir werden im folgenden zu begründen versuchen,daß nicht Turbulenz an sich Teilchen,die schwerer als Wasser sind, in Schwebe zuhalten vermag, sondern daß dies nur dort derFalll ist, wo Turbulenz im Gebiet eines Dichtegefälleswirkt.Folgende Zusammenhänge scheinen uns wahrscheinlich:Die Viskosität des Wassers nimmtmit steigender Temperatur ab und beträgt beispielsweisebei 25° C nur noch die Hälfte derjenigenbei 0° C. Findet nun turbulente Bewegungim Grenzgebiet verschieden temperierterWassermassen statt, so besitzen die Wasserteilchenoder -körper1, die sich in Richtung höhererTemperatur bewegen, zufolge ihrer relativtiefen Temperatur größere Viskosität als diejenigen,die aus der Zone höherer Temperaturstammen und sich in Richtung des Temperaturgefällesverlagern. In der gleichen Zeitspannemüssen durch eine genügend groß gewähltehorizontale Fläche im Durchschnittgleichviel Wasserteilchen nach oben wie nachunten durchtreten. Infolge der auftretendenReibungskräfte reißen die bewegten «Wasserkörpen>feste Teilchen mit sich, und zwarmüßte bei Homothermie der Wassermasse undspez. Gewicht eins der festen Teilchen ebenfallsgelten, daß pro Zeiteinheit gleichviel Suspensionennach oben wie nach unten durcheine bestimmte Fläche hindurch geführt würden.Sind die festen Teilchen aber schwererals Wasser, so kommt zu den durch die Reibungskräftebewirkten und im Durchschnittgleich großen nach oben und unten gerichtetenBeschleunigungen eine nach unten gerichteteBeschleunigung der Teilchen, die aus ihrerGewichtsdifferenz gegenüber Wasser resultiert.1Wir stellen uns dabei die Durchmischung so vor, daßzuerst kleinere Wasserkörper vertikal verschoben werden,wodurch sich gewissermaßen Schlieren bilden.Diese bewirkt, daß der pro Zeiteinheit zurückgelegteWeg der sinkenden Suspemionen beigleicher Geschwindigkeit der Wasserteilchengrößer ist als derjenige der steigenden. ImDurchschnitt müßte sich also trotz Turbulenzein Absinken der Suspensionen von gleicherGeschwindigkeit wie im ruhenden Wasser zeigen.Findet der betrachtete Vorgang aber imGebiet eines Temperaturgefälles statt, so besitzen,wie wir gesehen haben, die steigendenWasserkörper größere Viskosität als die fallenden,und somit werden sie bei gleicher Geschwindigkeiteinem festen Teilchen auch diegrößere Beschleunigung vermitteln. Die Folgeist ein Ueberwiegen der durch Wasserbewegungerzeugtt>n Beschleunigungskräfte nach oben,·wodurch die Erdbeschleunigung kompensiertwerden könnte. Diese «Kompensationsbeschleunigung»wächst mit zunehmendem Temperaturgefälle,und es muß sich eine Zone desGleichgewichts finden, in der die Suspensionenin Schwebe gehalten werden.Betrachten wir nun Abb. 51 und 52:Sowohl Bieler- wie Murtensee zeigen emdeutliches Extinktionsminimum oberhalb der«Sprungschicht». Ist dieses biologisch bedingtoder handelt es sich um eingeschwemmte Trübungsstoffe?Die Antwort darauf gibt die Sauerstoffkurve.Diese zeigt beim Bielersee einenunbedeutenden Sauerstoffabfall von der Produktions-zur Zehrschicht von ungefähr1 cm3/l. Würde die Trübung in 15 m Tiefedurch Planktonanhäufung verursacht, so müßtesich zweifellos im Gebiet des ausgeprägtestenTemperaturgefälles ein Sauerstoffminimum,verursacht durch Oxydation herabfallenderPlanktonleichen, zeigen. Dies ist aber im Murtenseeder Fall, und wir schließen deshalb hierauf ein Planktonmaximum in 7 m Tiefe, währendwir im Bielersee mit großer Wahrscheinlichkeitein Maximum von anorganischenSchwebestoffen (Flußtrübe) m 15 m Tiefe annehmendürfen.Aufschlußreich sind in Abb. 52 weitere Extinktionsmaximain 13, 17, 20 m Tide, die jedesmalmit einem entsprechenden Sauerstoffminimumin gleicher Tiefe korrespondieren. Gleichzeitigfällt jedes Minimum mit einem kleinerenoder größeren Temperatursprung zusammen,und wir dürfen wohl folgern, daß absinkendePlanktonorganismen oder eingeschwemmtes organischesMaterial längere Zeit im Gebiet derTemperatursprünge verweilen, hier gewissermaßeneinen Trübungsschirm bildend, und daßdiese Tiefen deshalb durch vermehrte Sauerstoffzehrungausgezeichnet sind.Ebenso wie im Bielersee verblüfft auch im Murtenseeder schroffe Sauerstoffabfall, der sichhier in ca. 34 m Tiefe findet (Zehrung durchBodensedimente! ) .

Abb. 5110155 10 15 20·c·~-.............4 ~ . 6 8 Y.R -~-~--1__._,,__~10 20 30 70 80 Y.T -~-~-~-~-~-.__..--~-~------

Abb. 5310/ /~ \ !)R lF~%10 1520 •c10Abb. 54510 1SR~0/ .~ · · ···· · ····· ···2o 'C02152030354ornT20 30 40ZCJRICHSEE7. 8. 1955\' \ \TemperaturSauerstoffTransmissionUnterlicht : x blau • grün · gelb3040somT30 40 so-....- Transmissionmit Filter BG 12LUGANERSEE29. 7. 1955Temperatur·SauerstoffTransmission601 /' I1 /11 11 J, I\ I\ I\/1.1\/ \/ :I :I :I :/ :IIIIIIIj Unterlicht :I •blau0/ grünI ·gelbIIintensität emen Färbungshorizont vermutenläßt.Leider liegen aus Thuner- und Brienzersee(Abb. 56 und 57) für August 1955 keine Transmissionsmessungenvor. Die Unterlichtkurvenlassen aber die optische Inhomogenität derWassermassen erkennen. Beide Seen zeigen in4-5 m Tiefe ein ausgeprägtes U nterlichtmaximum,das zweifellos durch Schwebestoffe derin dieser Tiefe sich einschiebenden Zuflüsseverursacht wurde. Dies gilt auch für den Bielerseein 5 m Tiefe (vergleiche den entsprechendenTransmissionsabfall).Abb. 5510 15 20° c10 o,-f------',.-

Abb. 56 Abb. 5710 15 20 ·c10 15 20•c16R%\\1030 /. \R 10 \1 71 81 0.cm~1 1101/7 ' IÜz8 cmYc /115 \\20JII20 I25II30 II130 11TH UN ER SEE 113.8. 1955 135BRIENZERSEE140 13.8. 1955 1140 Temperatur 1145Temperatur ------ Sauerstoff 11Sauerstoff- 1x blau 50 Unterlicht : x blau1Unterlicht: a grün m1a grün1. gelb150· gelb1m 111'IZUSAMMENFASSUNG1. An sieben Schweizerseen wurden U ntersuchungenüber Lichtverhältnisse, Thermik und Chemismusdurchgeführt.2. Nach einem kurzen Ueberblick über die theoretischenGrundlagen der Lichtmessung wirdein selbstkonstruiertes Lichtmeßgerät zur Messungvon Unter- und Oberlicht beschrieben.3. Die Meßergebnisse über Lichtdurchlässigkeitund Streuung werden in Zusammenhang mitden morphometrischen, hydrologischen undchemischen Faktoren gebracht. Die wichtigstenFeststellungen sind:Die Variation der Lichtdurchlässigkeit istim Verlauf eines Jahres bei allen Seen bedeutend;doch zeigen stark durchflutete Seeneine gleichmäßige Schwankung in allenSpektralbereichen (Brienzer- und Thunersee),während weniger durchflutete, abernährstoffreiche Gewässer eine durch gelösteSubstanzen bedingte maximale Variationsbreiteim Blau aufweisen. (Murten-, Root-,Z ürichsee) .Die «relative Ultraviolettdurchlässigkeit»(im Verhältnis zu Gelb) liegt beim Thunerseebei 1,0 ( dest. Wasser 1, 1) und erreichtbeim Rootsee ein Minimum mit 0,09.Es wird gezeigt, daß die Intensität des U n­terlichtes hauptsächlich von der Schwebestofführungder Gewässer und deshalb vomDurchflutungsgrad abhängig ist.4. Auf Grund theoretischer Ueberlegungen wirdversucht, aus dem Verhältnis Unterlicht zuExtinktion den Anteil der Streuung und denjenigender Absorption an der Lichtauslöschungzu bestimmen und dadurch Schlüsse auf dieMenge der gelösten und suspendierten Stoffezu ziehen.Die durch Suspensionen verursachte Extinktionist im Brienzersee ungefähr dreimal so groß76

wie in Thuner- und Bielersee und zirka siebenmalso groß wie in den vier übrigen Gewässern.5. Aus den graphischen Darstellungen über denfast zwei Jahre umfassenden Verlauf von Lichtdurchlässigkeit,Unterlicht, Monatsmittel dersekundlichen Abflußmengen und Sichttiefe ergebensich folgende Feststellungen:Für alle untersuchten Seen zeigt sich einMinimum der Transparenz im Frühsommer.Dieses ist in den stark durchflutetenSeen durch mineralische Schwebestoffe, inden übrigen Gewässern durch eine biologischeHochproduktion bedingt.Ein zweites Minimum zeigt sich in deneutrophierten Seen im Herbst. Dieses korrespondiertmit einer bräunlichroten Färbungder Wasseroberfläche und ist hauptsächlichdurch Blaualgen, die durch diebeginnende Herbstteilzirkulation aus derSprungschicht aufgewirbelt werden, bewirkt.Aare und Lütschine schieben sich währenddes Sommers wie ein Teppich in ganz bestimmtenTiefen in den Brienzersee ein undbilden so einen ausgeprägten Trübungshorizont,an welchem das Oberlicht zu einemgroßen Teil reflektiert wird, wodurch sicheine überdurchschnittliche U nterlichtintensitätohne entsprechenden Abfall in derLichtdurchlässigkeit ergibt.Ein durch Konstruktion des Meßgerätes bedingtersystematischer Fehler wird diskutiertund als Ursache für die regelmäßigescheinbare Abnahme des Unterlichtes beigleichzeitiger Abnahme der Lichtdurchlässigkeitin Seen mit großer Extinktion erkannt.Die Schwankung der Unterlichtintensitätist erwartungsgemäß in Brienzer- und Thunerseesehr groß. Die verhältnismäßig kleineSchwankung im stark durchfluteten Bielerseewird begründet.6. Die Beziehung zwischen Sichttiefe (Bestimmungmit Secchischeibe), Streuung und Absorptionwird diskutiert und an einer graphischenDarstellung die eindeutige Abhängigkeitder Sichttiefe von der Lichtdurchlässigkeit beikonstantem Unterlicht gezeigt.7. Im Abschnitt Thermik wird die Konstruktioneines elektrischen Thermometers, das sich speziellzu Seeuntersuchungen eignet, beschrieben.8. Der jahreszeitliche Temperaturverlauf der verschiedenenSeen wird verglichen und der Einflußder wichtigsten Faktoren abgeschätzt.Der Rootsee wird als zeitweilig meromiktisch erkannt,und auch Thuner- und Brienzersee wärennach den Symptomen von Findenegg meromiktisch.Letzterem widerspricht der hoheSauerstoffgehalt in den Tiefen dieser Seen.9. Die verfeinerte Methode der Temperaturmessungmit Elektrothermometer zeigt einenlamellaren, fein geschichteten Aufbau der oberenWassermassen. Es wird ausgeführt, daß dieEpilimnionbildung den Beginn des thermischenZerfalls anzeigt, und daß eine Zweiteilung derWassermassen an Stelle der Dreiteilung (Epi-,Meta-, Hypolimnion) den Temperaturverhältnissenin unseren Seen besser gerecht würde.10. Der Vorgang der windbedingten Durchmischungwird besprochen, und daraus werdenverschiedene «Kurventypen» abgeleitet.11. Es wird gezeigt, daß die Durchmischungstiefe(Tiefenlage der 7 °-Isotherme bei Sommerstagnation)bei genügend tiefen Seen zirka der3,5ten Wurzel aus der Oberfläche proportionalist.12. Die Mitteltemperaturen der untersuchten Seenwurden berechnet und daraus die jährlicheWärmeamplitude der Schicht bis 50 m Tiefe(resp. bis Grund in Murten und Rootsee) ermittelt.Der jährliche Wärmegewinn resp.-verlust pro cm2 Seeoberfläche wird als «spezifischerWärmeumsatz» bezeichnet. Es zeigt sichweitgehend Proportionalität dieser Größe mitder 4ten Wurzel der Seeoberfläche. Die Abweichungvon der Regel läßt sich durch Wärmetransportinfolge Durchflutung erklären undteilweise berechnen.13. Untersuchungen über Nährstoffgehalt, Sauerstoffschichtungund Wasserhärte ergeben einBild über den gegenwärtigen Zustand der betreffendenSeen bezüglich Trophiegrad und evtl.Verschmutzung.14. Die Wasserproben wurden mit einer neuartigenund selbstkonstruierten Schöpfflasche, die kurzbeschrieben wird, entnommen. Für die Sauerstoffbestimmungwurde neben der Winklermethodeein elektrisches Sauerstofflot (erstmalsin der Schweiz) verwendet.15. Zum Schluß werden die funktionellen Beziehungenzwischen thermischer, optischer undchemischer Schichtung anhand typischer Kurven,die bei Sommerstagnation aufgenommenwurden, besprochen. Zur Ermittlung der Transmissionwurde ein Transmissionsmeßgerät entwickelt,das sich gut bewährte und das deshalbkurz beschrieben wird.16. Mit Hilfe des Transmissionsmessers konnte dievertikal begrenzte Einschichtung des Aarewassersin den Brienzersee bis nach Bönigen nachgewiesenwerden. Die langsame Sedimentationder Schwebestoffe verblüfft, und es wird dafüreine vorläufige Erklärung gegeben.1 7. Anhand der Sauerstoffkurven können verschiedeneExtinktionsn:iaxima als durch organischeoder anorganische Schwebestoffe verursacht bezeichnetwerden.77

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