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Ökosystem Fließgewässer - Referat
Ökosystem Fließgewässer
Marit Weichel
Inhalt
1. Einleitung 4
2. Aufbau des Ökosystems Fließgewässer 5
2.1 Gliederung eines Fließgewässers 5
2.2 Wirkende Umweltfaktoren 6
2.2.1 Biotische Umweltfaktoren 6
2.2.1.1 Produzenten 7
2.2.1.2 Konsumenten 7
2.2.1.3 Destruenten 8
2.2.2 Abiotische Umweltfaktoren 9
2.2.2.1 Strömung 9
2.2.2.2 Sauerstoffgehalt 10
2.2.2.3 Wassertemperatur 10
2.2.2.4 PH-Wert 11
2.2.2.5 Im Wasser gelöste Stoffe 11
3. Struktur- und Funktionseinheit Fließgewässer 13
3.1 Stoff- und Energiefluss 13
3.2 Umweltbeziehungen 14
3.2.1 Symbiosen 14
3.2.2 Parasitismen 15
3.2.3 Kommensalismus 16
3.2.4 Räuber-Beute-Beziehungen 16
4. Anthropogene Einflüsse auf die Selbstregulation von Ökosystemen 17
4.1 Selbstreinigung 17
4.2 Schmutzwasser-/Düngemitteleinlauf 18
4.3 Luftverschmutzung/saurer Regen 19
4.4 Flussbegradigung 20
4.5 Staudämme 22
4.6 Wasserkraftanlagen 24
5. Zusammenfassung 27
6. Anlagen 28
7. Quellenverzeichnis 35
8. Literaturverzeichnis 36
9. Bildverzeichnis 36
1 Einleitung
,,Die Aufgabe der Limnologie ist es, die Systemeigenschaften der Gewässer zu erforschen und darzustellen. Diese sind auch die Grundlage jeder angewandten Limnologie." (Schwoerbel, 3)
Fließgewässer sind limnische Ökosysteme. Die Limnologie befasst sich mit den biogenen Stoffhaushalten der Binnengewässer.
In der folgenden Arbeit, in der ich mich intensiv mit dem Ökosystem Fließgewässer auseinander gesetzt habe, möchte ich näher auf den Aufbau dieses Ökosystems und die wirkenden Umweltfaktoren, belebter und unbelebter Natur eingehen.
Weiterhin habe ich mich mit dem Energiefluss und den Umweltbeziehungen, wie Symbiosen, Parsitismen, Kommensalismen und natürlich Räuber-Beute-Beziehungen, in Fließgewässern beschäftigt, meine Ergebnisse hierzu stelle ich ebenfalls dar.
Schließlich nutze ich zuvor erarbeitete Erkenntnisse um den anthropogenen Einfluss auf diese Zusammenhänge zu untersuchen, der, wie Sie feststellen werden, enorm ist.
Ich habe versucht, an einigen Stellen, das Beispiel der Elbe, ein uns bekannter Fluss, einzubringen, um die Sache anschaulicher zu gestalten, doch gab es auch Aspekte, die sich nicht anhand der Elbe untersuchen ließen, wie z.B. Großstaudämme.
Hierzu habe ich mich verschiedener Quellen, wie dem Internet aber auch Fachbüchern, bedient. Da allerdings bereits in unserem Biologieunterricht Gewässeruntersuchungen zu diesem Thema angestellt wurden, konnte ich natürlich auch auf eigenes Wissen zurückgreifen.
2 Aufbau des Ökosystems Fließgewässer
2.1 Gliederung eines Fließgewässers
Fließgewässer lassen sich in drei große Abschnitte gliedern: In Oberlauf, Mittellauf und Unterlauf.
Während der Oberlauf noch zum sogenannten Bachbereich, dem Rhithral oder auch der Salmonidenregion, gehört, zählt man Mittel- und Unterlauf zum Flussbereich, der auch Potamal oder Cyprinidenregion genannt wird. Diese Bereiche werden üblicherweise auch nach Fischzonen gegliedert, namensgebend sind die dominierenden Fischarten.
So findet man im Rhithral das Epirhithral (obere Forellenregion), das Mesorhithral (untere Forellenregion) und das Hyporhithral (Äschenregion).
Das Potamal lässt sich in Epipotamal (Barbenregion), Metapotamal (Brachsenregion) und das Hypopotamal unterteilen.
Fließgewässer bestehen im Querschnitt, ähnlich wie Seen auch aus Freiwasser- (Pelagial) und Bodenzone (Benthal). Normalerweise lässt sich das Pelagial in Epi- und Hypolimnion gliedern. Das Epilimnion beschreibt die Nährschicht des Gewässers, in der vorwiegend Photosynthese betrieben wird, da hier die Lichteinstrahlung am höchstens ist.
Darunter liegt das Hypolimnion, in dem aufgrund fehlender Lichtenergie keine Photosynthese betrieben werden kann. Dieser Bereich wird häufig auch als Zehrschicht bezeichnet. Da die meisten Fließgewässer aber nur wenige Meter tief sind und Licht somit in diese Tiefen vordringen kann, lässt sich diese Einteilung dort selten vornehmen. Nur wenige, sehr tiefe Fließgewässer gliedern sich in diese Bereiche. Zu diesen Flüssen gehört auch die Elbe, die an einigen Stellen tiefer als 20 m ist.
Neben der Freiwasserzone bildet, wie bereits erwähnt, auch das Benthal einen wichtigen Bereich des Fließgewässers. Hierzu gehören die Uferzone (Litoral), aus der vielerlei Einträge das Erscheinungsbild und die Wasserqualität des Flusses beeinflussen und die Tiefenregion (Profundal), welche die Flusssohle darstellt.
Ein bedeutender Teil, der im Profundal lebenden Organismen bevorzugen Räume zwischen lockeren Gesteinen unter und neben der Stromsohle des Flusses, das hyporheische Interstitial, als Lebensraum.
Organismen sind die biotischen Umweltfaktoren eines Ökosystems, womit ich zu meinem nächsten Schwerpunkt komme: den wirkenden Umweltfaktoren.
2.2 wirkende Umweltfaktoren
Das Erscheinungsbild von Ökosystemen, in diesem Fall Fließgewässer, wird maßgeblich durch die herrschenden Umweltbedingungen geprägt.
Hierbei lässt sich in biotische und abiotische Umweltfaktoren unterscheiden, die Fließgewässer beeinflussen.
2.2.1 biotische Umweltfaktoren
Zusammengefasst kann man die biotischen Umweltfaktoren mit der Organismenbesiedlung des Gewässers gleichsetzen.
Die Besiedlung ist, wie bereits erwähnt, abhängig von der jewiligen Güteklasse des Gewässers. Die Güteklasse beschreibt die Belastung durch abbaubare organische Stoffe. Diese Abhängigkeit wird durch das Saprobiensystem beschrieben.
Dieses System wurde vor ca. 80 Jahren durch die Biologen KOLKWITZ und MARRSON entwickelt. Sie untersuchten Besiedlungsverhältnisse von Fließgewässern, die mäßig bis stark verschmutzt waren. Aus dem Zusammenhang zwischen der Artzusammensetzung der Tier- und Pflanzenwelt auf dem Flussgrund und dem Verschmutzungsgrad des Wassers entstand das Saprobiensystem. Hieraus entwickelten sich weitere, verfeinerte Verfahren, welche mit Hilfe der Biozönosezusammensetzung oder der Arten-Diversität eines Fließgewässers auf seine Belastung mit organischen Soffen, Ammonium oder Sauerstoffmangel zu schließen versuchen.
Man bedient sich absichtlich der Biozönose als Belastungsindikator, da sämtliche Organismen, deren Entwicklung im Gewässer ein Jahr oder sogar darüber hinaus andauern kann, kontinuierlich den Verhältnissen des Gewässers ausgesetzt sind und auf diese Verhältnisse reagieren. Somit kann mit nur einer Gewässerprobe eine mehr oder weniger zuverlässige Aussage über den Zustand des Gewässers gemacht werden. Wenn eine Art überlebt, bedeutet dies, dass der Toleranzbereich für einen oder mehrere Schadstoffe nicht überschritten wurde oder diese Art sogar günstige oder ideale Lebensbedingungen vorfand. Der Vorteil der Methode liegt darin, dass die Organismen des Benthals erfasst werden Dieser Bereich ist für den örtliche Zustand des Gewässers von großer Bedeutung, da hier Lebensgemeinschaften aufgrund der Vorgänge im oberen Flussabschnitt gebildet werden.
Da früher Belastungen fast ausschließlich organischer Herkunft waren, war dieses Verfahren allgemeingültig. Mittlerweile ist es, trotz der Logik und Einfachheit, kaum mehr anwendbar, da Belastungen oft komplexer oder anhand der Biozönose aufgrund ihrer Schwachheit nicht mehr so einfach nachzuweisen sind.
Die biotischen Faktoren sind in der Biozönose zusammengefasst, sie stellt die Wechselbeziehung der Organismen (Tiere, Pflanzen, Mikroorganismen) in einem Ökosystem dar. Diese Wechselbeziehung lässt sich in drei große Teile gliedern: Produzenten, Konsumenten und Reduzenten.
2.2.1.1 Produzenten
Zu den Produzenten gehören alle grünen Pflanzen, darunter Algen und das Phytoplankton, sowie photo- und chemosynthetisch arbeitende Bakterien. Nur sie sind in der Lage autotrophe Assimilation in Form von Photo-/Chemosynthese durchzuführen und dabei aus anorganischen Stoffen Glucose und Sauerstoff herzustellen ( 6CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6O2). Diese Stoffe entsprechen der Bruttoprimärproduktion. Was die Pflanzen hiervon nicht veratmen, steht als Nettoprimärproduktion zu Verfügung und bildet die Nahrungsgrundlage für sämtliche Konsumenten und Reduzenten.
2.2.1.2 Konsumenten
Die Konsumenten lassen sich in mehrere Trophieebenen unterteilen. Es gibt Primär-, Sekundär- und oft auch noch Tertiärkonsumenten.
Zu den Primärkonsumenten, herbivore Bodentiere, zählen u.a. Weidegänger und Filtrierer. Weidegänger sind z.B. Schnecken oder Köcherfliegenlarven, die an den dünnen Lagen des Algenbewuchses weiden. Filtrierer, die sich in planktisch und sessil unterteilen, filtern, wie es der Name bereits sagt, Algen aber auch Bakterien aus dem Wasser.
Ciliaten (planktische Filtrierer), erzeugen mit ihren Cilien einen Wasserstrom und halten mit ihren Wimpern in einer Art Siebtechnik Nahrungspartikel zurück. Die Larven der Hydropsyche (sessil) bauen ein Netz, dessen Öffnung gegen den Wasserstrom gerichtet ist, die Maschengröße, entspricht der Größe der Larve. Kleine Larven haben engmaschige Netze, große Larven grobmaschige, damit sich in ihnen nur noch größere Brocken verfangen.
Ebenfalls zu den Primärkonsumenten gehören Friedfische, oder auch planktonfressende Fische, wie die Rotfeder, der Gründling oder Plötze.
Sekundärkonsumenten, wie Insektenlarven, einige Fische, z.B. Elritze oder Hasel, bestimmte Amphibienarten, oder auch Wasservögel erhalten nur die Energiemenge, die zuvor von ihrer Nahrung, den Primärkonsumenten tatsächlich fixiert wurde (die Biomasse). Sie benötigen daher auch deutlich mehr Biomasse, als Primärkonsumenten, um genügend Energiezufuhr zu gewährleisten, da die Energiemenge der Biomasse von Trophieebene zu Trophieebene sinkt.
Tertiärkonsumenten sind reine Fleisch- bzw. Fischfresser. Hierzu zählen Raubfische, wie Hecht, Zander oder Barbe oder fischfressende Wasservögel, wie der Kranich oder der Fischreiher. Sie stehen am Ende der Nahrungskette des Fließgewässers, erhalten somit die Biomasse mit der geringsten Energie und müssen folglich am meisten fressen.
2.2.1.3 Reduzenten
Weitere biotische Faktoren sind die Reduzenten, Bakterien und Mikroorganismen, die das tote organische Material abgestorbener Tiere und Pflanzen unter aeroben oder anaeroben Bedingungen mineralisieren und die Nährstoffe dann erneut den Produzenten zuführen.
Die biotischen Faktoren im Gewässer konsumieren die von den Pflanzen fixierte Lichtenergie in Form von Biomasse und Sauerstoff, verbrauchen diesen für eigene Stoffwechselvorgänge und produzieren dabei Kohlenstoffdioxid (CO2), welchen die Produzenten erneut für Photosynthese verwenden können.
2.2.2 Abiotische Faktoren
Neben den biotischen spielen natürlich auch die abiotischen Umweltfaktoren eine wichtige Rolle beim Zustand des Gewässers.
Sie bilden diejenigen Umweltfaktoren, die zur unbelebten Natur gehören.
2.2.2.1 Strömung
Der wichtigste physikalische Faktor in einem Fließgewässer ist die Fließgeschwindigkeit - die Strömung.
Die Fließgeschwindigkeit wird durch das Gefälle des Flusses bestimmt, entsprechend dieser Geschwindigkeit müssen sich alle in dem Ökosystem lebenden Organismen daran anpassen. So verbreiten sich Pflanzen bei hoher Strömungsgeschwindigkeit hauptsächlich durch Pflanzenteile, die abgerissen sind. Diese Art der Vermehrung nennt sich vegetativ.
Bei langsamer Strömung können die Pflanzen hingegen sogar Blüten ausbilden und sich damit über die dabei entstandenen Samen vermehren.
Als Anpassung an die Strömung bilden Wasserpflanzen starke Wurzeln, die tief in den Boden hineinreichen, zusätzlich sind sie meist abgeflacht und am Boden entlang wachsend.
In einem begrenzten Flussabschnitt herrschen oft unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten. Bereiche mit starker Strömung werden als lotisch, die Bereiche, in denen die Strömung langsamer ist, als lenitisch bezeichnet. Entsprechend werden die Arten, die im jeweiligen Abschnitt leben, in rheobionte Arten (auf hohe Fließgeschwindigkeit angewiesen), rheoxene Arten (an geringere Strömung angepasst) und rheophile Arten (Anpassungsfähigkeit sowohl an schnelle als auch langsame Strömung) unterteilt.
2.2.2.2 Sauerstoffgehalt
Der Sauerstoffgehalt des Wassers ist wichtig für den Erhalt des Rhitron, der Lebensgemeinschaft des Flusses, da er bei Dissimilationsvorgängen verbraucht wird. Sauerstoff wird hauptsächlich durch Photosynthesevorgänge der im Wasser existierenden grünen Pflanzen und Phytoplankton produziert. Er kann jedoch auch durch Diffusion aus der Luft in das Wasser gelangen, die durch die Strömung und Verwirbelung noch verstärkt wird. Einer der bereits genannten Dissimilationsvorgänge ist die Reduktion abgestorbenen organischen Materials durch Bakterien. Wieviel Sauerstoff dabei verbraucht wird, ist ein Indikator für die Belastung des Fließgewässers durch organisches Material. Der Sauerstoffgehalt hängt stark von der Temperatur des Gewässers ab.
In der Elbe kam es z.B. im Sommer bis 1991 regelmäßig zum Fischsterben, da der Sauerstoffgehalt unter 4 mg/l lag und auch ansonsten nicht über 9 mg/l stieg. Seit 1991 gingen die Belastungen der Elbe jedoch stark zurück und auch der Sauerstoffgehalt stieg. Mittlerweile sinkt der Gehalt nicht mehr unter 8 mg/l und ein Sauerstoffloch im Sommer kommt auch nicht mehr vor. Im Mittel liegt der Sauerstoffgehalt hier bei 11 mg/l.
2.2.2.3 Wassertemperatur
Die Löslichkeit von Sauerstoff hängt ja, wie bereits gesagt, stark von der Wassertemperatur ab. Je kälter es ist, desto mehr Sauerstoff (im mg/l) kann darin gelöst werden, was sich entsprechend positiv auf die Biozönose des Flussbereichs auswirkt.
Die Temperatur wirkt sich allerdings auch auf die Vitalität der im Wasser lebenden Organismen und ihre Stoffwechselprozesse aus. So wird die Reduktion organischen Materials durch Bakterien laut RGT-Regel bei höherer Temperatur gefördert. Da hier aber die Sauerstoffkonzentration geringer ist, kann es leicht zur Eutrophierung des Gewässers kommen. Eutrophierung bedeutet Anstieg pflanzlicher Primärproduktion (Sauerstoff und Glucose). Diese wird durch einen erhöhten Nährstoffgehalt im Gewässer hervorgerufen. Häufig hat dies anthropogen bedingte Ursachen, etwa durch die ungeklärte Einleitung von Haushalts- und Industrieabwässern. Der hohe Nährstoffgehalt steigert die pflanzliche Primärproduktion und über Nahrungsketten auch die Biomasse von Konsumenten und Reduzenten. Sterben diese ab, ist die Sedimentationsrate organischen Materials entsprechend höher als normal. Bei Mineralisierungsprozessen wird weit mehr Sauerstoff, als gewöhnlich benötigt. Unter Sauerstoffmangel treten gehäuft anaerobe Bakterien auf, die unter Faulgasproduktion mit dem mikrobiellen Abbau fortfahren. Diese Faulgase stellen jedoch eine Gefahr für Fische und andere Organismen des Gewässers dar, die meist tödlich endet.
In Fließgewässern ist zwar die Aufenthaltszeit des Wassers gering und somit können Nähstoffe abtransportiert werden und ins Meer geleitet werden. Durch die Stauung von Seen wird die Aufenthaltszeit allerdings verlängert und Eutrophierungsprozesse gefördert. Eutrophierungserscheinungen treten in Fließgewässern häufig erst weit unterhalb des Nährstoffeinlaufs auf, da zeitliche Abläufe weit auseinander gezogen sind. In den verschiedenen Flussarten werden unterschiedliche photoautotrophe Organismen gefördert: In Gebirgsbächen vermehren sich epilithische Algen, in größeren Fließgewässern steigt die Zahl der Makrophyten, ,,Verkrautung" ist die Folge. In aufgestauten Flüssen ist ein größerer Anstieg von Phytoplankton zu verzeichnen, der auch häufig als ,,Veralgung" bezeichnet wird.
2.2.2.4 PH-Wert
Der PH-Wert gibt die Konzentration der Hydronium-Ionen im Wasser und somit den Säuregrad des Gewässers an.
Die PH-Wert Skala reicht von 0 (sauer) bis 14 (alkalisch). Neutral ist das Gewässer bei einem PH-Wert von 7. Der PH-Wert eines Gewässers schwankt täglich, abhängig von den stattfindenden Photosynthesevorgängen. Während dem Wasser am Tage Kohlenstoffdioxid für die Photosynthese entzogen wird, strömt es nachts, durch die Atmung wieder vermehrt ein, wobei es mit dem Wasser eine schwache Säure bildet.
Der PH-Wert beeinflusst die im Wasser lebenden Organismen stark, da jedes einen anderen Wert für optimale Lebensbedingungen benötigt und bereits kleine Schwankungen auf Dauer für einige Lebewesen eine deutliche Einschränkung ihrer Vitalität, bis hin zum Tod, bedeuten kann.
2.2.2.5 Im Wasser gelöste Stoffe
Nitrit/Nitrat
Nitrit und Nitrat werden, bei genügend Sauerstoff, durch Nitrifikation von Nitrobacter und Nitrosomonas aus Ammonium-Ionen gebildet, die durch Ausscheidungen von Organismen in das Wasser gelangen.
Nitrat dient als Baustein für die Synthese von Proteinen. Ist es jedoch in zu hohem Maße vorhanden, führt dies zu starkem Anwachsen der Biomasse, was sich z.B. in vermehrtem Algenwachstum äußert. Dadurch besteht die Gefahr der Eutrophierung des Gewässers, bei der es im schlimmsten Fall zu rasantem Fischsterben kommen kann.
Bei Sauerstoffmangel kann durch die Denitrifikation aus Nitrat wieder Nitrit, bis hin zu molekularem Stickstoff entstehen. Hierbei veratmen anaerobe Bakterien den im Nitrat und Nitrit enthaltenen Sauerstoff. Zu hohe Nitritwerte jedoch verändern die Hämoglobinstruktur der Organismen des Gewässers, wodurch diese dann an Atemnot sterben können.
Phosphat
Phosphat wird von Pflanzen für die Photosynthese und somit den Zuwachs ihrer Biomasse verwendet. Zusätzlich besteht auch die DNA unter anderem aus einem Phosphatrest. Ebenso, wie beim Nitrat, führt auch beim Phosphat eine erhöhte Konzentration zum Anstieg der Biomasse und somit häufig zur Eutrophierung des Gewässers. Sie sind der primäre Auslöser für diese Erscheinungen in Gewässerökosystemen. Phosphate gelangen häufig durch Haushalts- und Industrieabwässer in die Flüsse, da sie z.B. bis vor kurzem noch in Waschmitteln enthalten waren. Mittlerweile wird allerdings darauf verzichtet, was sich auch positiv auf die Gewässergüte vieler Flüsse, wie die Elbe, auswirkte.
Kohlendioxid, Kohlensäure
Kohlendioxid gelangt unter anderem direkt aus der Luft oder auch durch Niederschläge, besonders aber durch Stoffwechseltätigkeit von Organismen ins Gewässer.
Den größten Teil an Kohlenstoffdioxid in Fließgewässern findet man im Bereich der Flusssohle, da hier beim aeroben mikrobiellen Abbau abgestorbenen organischen Materials Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid mineralisiert wird. Dieser dient Pflanzen als ein Ausgangsstoff für die Photosynthese. Nachts ist der Kohlenstoffdioxidgehalt im Wasser deutlich höher als am Tage, da nachts aufgrund fehlender Sonnenenergie nur Dissimilation in Form von Atmung stattfindet, bei der Kohlenstoffdioxid entsteht. Am Tag hingegen wird es von den Pflanzen auch wieder aufgenommen. Wie bereits bei PH-Wert erwähnt bildet es nachts mit dem Wasser eine schwache Säure (H2CO3).
3. Struktur- und Funktionseinheit Fließgewässer
3.1. Energie-/ Stofffluss
,,Der Energiefluss ist eine Einbahnstraße." (Schwoerbel, 271)
Energie, die einmal in ein Ökosystem gelangt, kann nach den Sätzen der Thermodynamik, nicht erneut verwendet werden. (∆U=Q+W; ∆s≥0).
Der Energiefluss in Ökosystemen besteht aus zwei Bereichen: dem biologischen und dem physikalischen Energiefluss. Der biologische Fluss der Energie ist der Antrieb für biogene Stoffumwandlungen. Ziel ist es immer, Energie zu speichern (z.B. Biomasse von Pflanzen mit Hilfe der Photosynthese). Photosynthetisch wirksame Strahlung (P.A.R.) kann zu einem Anteil von <1-5% der gesamten P.A.R. von Produzenten gespeichert werden. Heterotrophe und autotrophe Organismen können nur diese gebundene Form der Energie über die Nahrungskette nutzen. Dadurch unterliegt die Biomasse einem Stoffkreislauf, womit sie größtenteils wieder verwertet werden kann. Jedoch verliert die Biomasse von Trophieebene zu Trophieebene an Energie, da sie einerseits von den Organismen veratmet wird, andererseits ist auch ein Teil der Biomasse, wie z.B. das Cytoskelett gar nicht verwertbar. ,,Fließgewässer sind Transportsysteme" (Schwoerbel, 278). Das heißt, das außerdem ein großer Teil der Biomasse eines Fließgewässers ständig mit der Strömung ins Meer abtransportiert wird und somit dem Ökosystem verloren geht.
Dieser Energieverlust muss ständig regeneriert werden. Weiterhin verlassen auch viele Larven, nach ihrer Entwicklung zum Insekt das Gewässer. Auch das wirkt sich negativ auf die Energiebilanz des Fließgewässers aus.
Daraus ergibt sich allerdings, dass es in Flüssen keine richtigen Stoffkreisläufe, höchstens ,,Stoffspiralen" (Schwoerbel, 278) geben kann.
Stoffeintrag und -transport sind in Fließgewässern sehr ausgeglichen, was meist konstante Stofffrachten häufig beweisen. Diese Stoffeinträge kommen sowohl aus dem Grundwasser, als auch aus dem terrestrischen Einzugsgebiet, z.B. dem Litoral. In kleinen Fließgewässern ist dieser Stoffeintrag von außen größer als die von den im Gewässer lebenden Pflanzen produzierte Masse.
Der physikalische Energiefluss beeinflusst verschiedene Faktoren des Fließgewässers, dazu gehören Wärmeverteilung und -haushalt des Flusses, Wasserbewegungen, Lichtklima und Abfluss- oder Strömungsdynamik im Gewässer. Dieser Energiefluss ist absolut unabhängig von jeglichen Organismen. Auch ist dieser Fluss wesentlich umfassender als der biologische Energiefluss. (Der bilogische Energiefluss beträgt deutlich unter 1% des physikalischen Energieflusses.)
3.2. Umweltbeziehungen
3.2.1 Symbiosen
Ökosysteme bestehen aus Biozönosen, die eine Vergesellschaftung aller in ihr lebenden Organismen darstellen. Zu dieser Vergesellschaftung zählen auch Symbiosen. Eine Symbiose kennzeichnet das Zusammenleben zweier artfremder Organismen zu beiderseitigem Vorteil.
In Fließgewässern findet man z.B. eine Symbiose zwischen Bitterling und Malermuschel.
Der Bitterling gehört zur Familie der Karpfen und ist in Europa weit verbreitet. Er lebt in langsam fließenden Gewässern und gilt als Indikator für eine gute Gewässergüteklasse, da er saubere, wenig verschmutzten Gewässer bevorzugt.
Der Bitterling benötigt die Malermuschel zur Fortpflanzung. Im Frühjahr lockt das Männchen einen weiblichen Bitterling zu einer der Muscheln. Das Weibchen legt mit Hilfe seiner Legeröhre, die sich zuvor hinter der Afteröffnung des Fisches gebildet hat, die Eier auf die Kiemenblätter der Malermuschel. Nun gibt das Männchen seine Milch auf die Atemöffnung der Muschel, die diese einsaugt und somit die Eier befruchtet. Der Vorgang wiederholt sich bis alle 40 -100 Eier auf verschiedene Muscheln verteilt sind.
Nun liegen die Eier sicher im Inneren der Muschel, sie werden ständig von Wasser umspült und sollte dem Gewässer Austrocknung drohen, sucht die Malermuschel tieferes Wasser auf. Doch bieten sich auch für die Muschel Vorteile aus dieser Verbindung, da sie ihre Verbreitung und somit ihren Fortbestand gewährleistet: Die Larven der Muschel haften sich an die kleinen Bitterlinge, können sich dort entwickeln und werden von ihnen weitertransportiert.
3.2.2 Parasitismus
Während Symbiosen ein Zusammenleben mit beiderseitigem Vorteil kennzeichnen, stellt Parasitismus eine Form des Zusammenlebens dar, die nur für einen Partner, den Parasiten von Vorteil ist. Der Wirt hingegen, bei dem sich der Parasit einnistet, trägt lediglich Schäden von dieser Verbindung, da ihm der Parasit Energie entzieht und ihn stark schwächt.
Häufig anzutreffende Parasitismen in Fließgewässern sind Fischkrankheiten, hervorgerufen durch Bakterien oder Pilze u.a., die sich am oder im Körper des Fisches einnisten.
Einer dieser Parasiten ist ein Pilz der Gattung Branchiomyces. Er verursacht die sogenannte Kiemenfäule, die vor allem in stark eutrophierten Gewässern, die einen hohen Fischbestand aufweisen, zu massenhaften Fischsterben führt. Diese Parasiten treten bei sehr vielen Fischarten, wie z.B. Hecht, Forelle, Stichlingen oder auch Karpfen auf, das heißt, der Parasit ist nicht besonders wirtsspezifisch und somit weniger empfindlich.
Ein weiterer Parasit, Hesamita, gehört zu den Geißeltierchen und ist ein Protozoe. Dieser Parasit zählt zu den Schwächeparasiten und nistet sich in den inneren Organen des Fisches ein. Er befällt hauptsächlich Forellen. Dieser Befall tritt häufig in Folge einer Viruserkrankung, der sogenannten Viralen Hämorrhagischen Septikämie (VHS). Auch hierbei kommt es meist zum Tod der Fische.
Auch verschiedenste Würmer und Egel können Fische befallen und sie stark schwächen, hierzu gehören Faden- und Bandwürmer, bzw. auch der Fischegel Piscicola geometra. Diese Fischegel treten in Gewässern mit besonders viel Faulschlamm oder einer besonders hohen Makrophytenzahl auf.
3.2.3 Kommensalismus
Kommensalismus ist eine Form der positiven gegenseitigen Wechselwirkung, von der ein Partner profitiert, der andere hingegen weder Nutzen noch Schaden hat.
Hierzu gehört das Beispiel der Süßwasserperlauster, der Unio Margaritifera, die auch in deutschen Gewässern (vorwiegend in Bayern) beheimatet ist.
Diese Muschel entwickelt in den Mantelhöhlen bis zu vier Millionen Glochiedien (Muschellarven), die eine Größe von 0,05 mm haben und im Sommer ins Wasser gelassen werden. Nun müssen diese von der Bachforelle eingeatmet werden. Bis zu 350 setzten sich nun in den Kiemen des Fische fest und entwickeln sich hierin zu Perlmuscheln. Nach einigen Monaten fallen sie ab. Die Muschel gewährleistet so ihre stete Vermehrung, dem Fisch hingegen schadet es nicht. Er bildet allerdings später Antikörper gegen das Eiweiß der Larven, sodass jeder Fisch nur ein bis zweimal in seinem Leben die Glochidien aufnehmen kann.
3.3.4 Räuber-Beute-Beziehung
,,Räuber [spielen] eine wichtige Rolle im Haushalt der Natur..." (Odum, 182)
Räuber wirken sich zwar negativ auf jedes einzelne Beutetier aus, auf die gesamte Beutepopulation angewandt, haben Räuber allerdings auch eine positive Wirkung. Sie wirken regulierend auf die Größe der Population ein, was mitunter mehr Nahrung oder Fortpflanzungspartner für jedes einzelne Mitglied der Population bedeuten kann, da intraspezifische Konkurrenz vermindert wurde.
Räuber können jedoch auch limitierend oder gar dezimierend auf eine Population wirken, bzw. diese ganz ausrotten. Hier spielt oft der Mensch eine große Rolle, da er die Anfälligkeit von Beutetieren noch zusätzlich erhöht.
Räuber können neben Fleischfressern auch Pflanzenfresser, wie Weidegänger oder Filtrierer sein. Diese Wechselwirkung zwischen Pflanze und Tier nennt sich Herbivorie. So besteht eine Nahrungskette also aus Herbivorie und Räuber-Beute-Beziehung. Im Fluss kann dies folgender Maßen dargestellt werden: Algen → Kleinkrebse → Stichlinge →
Flussbarsch.
4. anthropogene Einflüsse auf die Selbstregulation von Ökosystemen
4.1 Selbstreinigungskraft
Ökosysteme sind in der Lage sich selbst zu regulieren. Dazu gehören der Energiehaushalt, der Stofffluss und auch die Selbstreinigung von Gewässern.
Selbstreinigungskraft ist die Fähigkeit eines Gewässers, sich durch Verdünnung, Wegtransport und mikrobiellen Abbau von meist organischen Verschmutzungen zu reinigen.
Fließgewässer sind in einem gewissen Rahmen in der Lage, sich selbst zu reinigen. Hierbei ist vorrangig der Abbau organischer Stoffe, die zur Eutrophierung des Gewässers beitragen, gemeint.
Bei angemessenen Sauerstoffverhältnissen bauen Aerobier organische Stoffe zur eigenen Energiegewinnung ab, indem sie diese entweder veratmen oder zum Aufbau eigener Biomasse verwenden. Aerobier können aerobe Pilze und Bakterien sein, welche die organischen Stoffe mineralisieren und diese somit in ihre oxidierte Form überführen.
Diese können Nitrosomonas oder Nitrobacter nun zur Nitrifikation nutzen, durch die sie Energie für den Aufbau energiereicher organischer Substanzen gewinnen können. Mit Hilfe chemosynthetisch arbeitender Bakterien, werden die restlichen noch abfallenden Stoffe, wie Methan, Ammoniak oder Schwefelwasserstoff mineralisiert. Je weiter dieser Abbau abläuft, desto sauberer wird das Wasser und das Gleichgewicht zwischen Trophie (Biomasse und Umsatz autotropher Organismen) und Saprobie (Biomasse und Umsatz heterotropher Organismen) ist eingestellt. In Fließgewässern besteht zudem die Möglichkeit, durch Wegtransport und somit auch Verdünnung gewisse Gewässerabschnitte von organischer Belastung zu befreien.
Dieses Gleichgewicht und auch die Fähigkeit der Selbstregulation kann durch vielfältige Einflüsse gestört werden. Viele dieser Einflüsse sind anthropogenen, also menschlichen Ursprungs und haben verheerenden Folgen für das gesamte Ökosystem.
4.2. Schmutzwasser-/Düngemitteleinlauf
Der Mensch verwendet Flüsse aufgrund ihres Selbstreingungpotentials als Vorfluter für geklärte oder sogar ungeklärte Industrie- und Haushaltsabwässer. (Fäkalien, Abwässer aus Waschmaschinen, Molkereien, Brauereien, Schlachthöfen usw.)
Mit diesen Abwässern werden größtenteils organische Stoffe in die Gewässer geleitet. Aber auch anorganische Salze finden den Weg in den Fluss. Das gleiche passiert durch den Eintrag von Düngemitteln, die von Feldern oder Gülle eingeschwemmt oder zum Teil sogar durch Regen eingetragen werden. Hierbei handelt es sich größtenteils um Nitrate und Phosphate.
Durch den Eintrag all dieser Stoffe, wird die Fähigkeit zur Selbstregulation weit überschritten, der Fluss eutrophiert, die Zahl sauerstoffzehrender Organismen nimmt rapide zu. Weiterhin wird das Wasser durch die eingetragenen Stoffe so stark getrübt, dass weniger Licht in das Gewässer eindringt. Nun folgt also auch noch zusätzlich ein Mangel an photosynthetischer Produktion, was weiteren Sauerstoffmangel nach sich zieht.
Dieser Vorgang hat die rasante Vermehrung von Anaerobiern zur Folge, die unter anaeroben Bedingungen die im Wasser gelösten Stoffe abbauen. Da es sich hierbei um Fäulnisprozesse handelt, entwickelt sich schnell ein große Menge Faulschlamm, sowie toxische Faulgase, die zum Tod vieler im Wasser lebenden Organismen führen.
Eine Maßnahme, um diese Belastungen zu vermeiden, ist das Einsetzen einer Kläranlage mit drei Reinigungsstufen, einer mechanischen, einer biologischen und einer chemischen.
Vielerorts werden immer noch zweistufige Kläranlagen eingesetzt, die lediglich über eine mechanische und eine biologische Reinigungsstufe verfügen Dadurch gelangen weiterhin Phosphate in die Gewässer, in welche das geklärte Wasser eingeleitet wird.
So kommt es trotz Klärung weiterhin zur Eutrophierung der Gewässer.
Durch Einsatz der dreistufigen Kläranlage, in der zusätzlich noch die chemische Stufe zum Einsatz kommt, wird die Eutrophierung völlig reduziert, da hierdurch die immer noch im Wasser enthaltenen Phosphate (PO43-) durch Fällungsmittel, wie z.B. Eisensulfat (FeSO4), ausgefällt und mit dem Faulschlamm, in dem sie sich absetzten, abgesaugt werden.
Weitere Maßnahmen zum Schutz der Gewässer sind, unter anderem, die Errichtung von Wasserschutzgebieten, in denen es verboten ist, ungeklärte Abwässer in das Wasser einzuleiten.
Dazu gehört unter anderem auch die Elbtalaue, ein Nationalpark, der im März 1998 gegründet wurde und ein Fläche von ca. 11.500 Hektar umfasst.
Hier ist es auch verboten, organische Düngemittel oder Pflanzenschutzmittel bei der landwirtschaftlichen Nutzung einzusetzen. Dies ist eine wichtige Maßnahme, da, wie bereits bekannt, diese Stoffe ebenfalls stark zur Eutrophierung von Gewässern beitragen.
4.3 Luftverschmutzung/saurer Regen
Im Zuge der anthropogenen Luftverschmutzung, bei der z.B. Schwefeldioxide ausgestoßen werden, entsteht saurer Regen. Schwefeldioxide reagieren mit Wasserdampf und bilden schweflige Säure, die wiederum durch Reaktion mit Sauerstoff zu Schwefelsäure oxidiert. Die nun entstandene Säure setzt den PH-Wert des Regens auf einen durchschnittlichen Wert von 4 - 4,5 herunter, in manchen Fällen sogar auf 2 (Was einem ungefähren Wert von Zitronensaft gleichkommt).
Gelangt dieser Regen in Gewässer, wird auch ihr PH-Wert beeinflusst. In den schlimmsten Fällen führt es dazu, dass die Organismen, z.B. aufgrund der Denaturierung ihrer Eiweiße, zu Grunde gehen oder aber toxisches Aluminium gelöst wird, was ebenfalls eine tödliche Wirkung hat.
In vielen Gewässern Skandinaviens kam es so zur vollkommenen Verödung, da alle Fische und Mikroorganismen daran starben.
Um diesen Vorgängen vorzubeugen, ist es dringend erforderlich, Emissionen durch Filter oder abgasarme Technologien zu verringern Auch wenn dies auf den ersten Blick nichts mit Gewässerschutz zu tun hat, ist ja nun bekannt, dass auch Luftverschmutzung erhebliche Auswirkungen auf Gewässer hat.
4.4 Flussbegradigung
,,Vollgelaufene Keller, überspülte Promenaden, Millionenschäden an den Häusern: Anwohner des Rheins haben momentan wieder zu leiden - wie in den letzten Jahrzehnten immer häufiger: Fast jedes Jahr nähern sich die Rheinhochwasser inzwischen kritischen Pegelständen; nur vierzehn Monate lagen zwischen den beiden letzten ´Jahrhunderthochwassern´ im Dezember 1993 und im Januar 1995." (www.uni-bonn.de)
Nicht nur am Rhein, vor allem auch entlang der Elbe führt Flussbegradigung immer wieder zu verheerenden Überschwemmungen. Eine, die noch nicht allzu lange her ist, noch nicht einmal ein Jahr, ist die ,,Jahrhundertflut" des Sommers 2002. Die dadurch entstandenen Schäden beliefen sich auf ca. 15 Mrd. Euro.
Gründe dafür sehen Experten in den zunehmenden Flussbegradigungen und Landschaftsversiegelungen. Seit mehr als 150 Jahren wird das Erscheinungsbild der Elbe durch anthropogene Einflüsse massiv manipuliert.
Neben der Flussbegradigung, die häufig zur Schiffbarmachung des Flusses diente, gehört auch Trockenlegung dazu.
Anfangs wurden solche Maßnahmen als äußerst positiv betrachtet, da sie enorme wirtschaftliche Vorteile boten, doch haben vermehrt auftretende Hochwasser die Meinung der Verantwortlichen deutlich beeinflusst und drängen zu nachhaltigem Denken und Handeln. Durch Flussbegradigungen und damit oft einhergehender Flusseinengung durch Eindeichung, gehen die natürlichen Überlaufflächen, wie die Elbtalauen, rapide zurück. Seit 150 Jahren sind diese Rücklaufflächen (Retentionsflächen) um 86% zurückgegangen und fehlen nun im Falle einer Überschwemmung, wie man es am Beispiel des letzten Jahres sehen konnte. Nutzbar wurden diese Flächen dann für die Landwirtschaft und den Siedlungsbau entlang der Flüsse gemacht.
Viele dieser Flächen wurden zusätzlich versiegelt, z.B. für den Bau von Infrastruktur oder Ackerbau und verloren damit ihre Fähigkeit, starke Niederschläge aufzunehmen, die anstelle dessen nun in das Gewässer fließen und den Wasserspiegel erhöhen. Neben dem Wasserspiegel erhöht sich durch die Begradigung natürlich auch die Fließgeschwindigkeit enorm, da das Wasser ungebremst fließen kann. Dies hat natürlich auch Einfluss auf die im Fluss lebenden Organismen, die sich diesen Bedingungen anpassen müssen. Rheoxene Arten werden es deutlich schwerer haben, sich hier anzusiedeln, wodurch ein Teil der Artenvielfalt des Ökosystems verloren geht und es somit verarmt. Weiterhin hat sich im Bereich der Buhnen (Querbauwerke/Landzungen, die in den Fluss hineinreichen und die Fließbreite des Flusses bei Niedrigwasser einengen, somit Fließgeschwindigkeit und Wasserpegel erhöhen und ,,Versanden" verhindern) ein künstlich geschaffenes Biotop mit neuer, an die Bedingungen angepasste, Ufervegetation ausgebildet, die sich durch Rosettenwuchs, Zwerg- und Riesenwuchs, Pfahlwurzeln und Einwachsen in Schlammklumpen auszeichnen. Dazu gehören z.B. Wilde Sumpfkresse, Hirschsprung oder Erdbeerspinat. Diese künstlichen Biotope verdrängen naturbelassene, aber schlechter angepasste, die aus ökologischer Sicht aber zu bevorzugen wären, auf wenige Stellen entlang des Ufers. Zusätzlich führen solche Buhnen zu einem Verlust der Wechselzone zwischen Land und Wasser.
Wie die Elbe, sind viele Gewässer in naturfernem oder sogar naturfremdem Zustand. Um dieser Entwicklung entgegen zu wirken, werden immer häufiger Renaturierungsmaßnahmen betrieben, um die Gewässer wenigstens in einen naturnahen Zustand zurückzuführen.
Natürliche Fließgewässer gibt es in einer Kulturlandschaft wie Deutschland wohl kaum oder gar nicht mehr und auch durch Renaturierung lässt sich dieser Zustand nicht mehr erreichen. Doch wenigstens sollten Ziele, wie die Verbesserung der Wasserqualität (sofern dies von Nöten ist), Vergrößerung der Lauffläche durch Mäandrierung in begradigten Abschnitten, die Rekonstruktion von Retentionsflächen und die Verbesserung des Übergangs von Land zu Wasser (durch Buhnen gestört) erreicht werden.
Im Bundesland Bayern wird dies bereits erfolgreich durchgeführt. Ein Beispiel für Renaturierung ist die Flutmulde der Isar. Seit Ende der 70er Jahre wurden in Bayern ca. 500 Renaturierungsmaßnahmen durchgeführt.
Bei der Renaturierung werden zunächst Uferbefestigungen (z.B. Deiche oder Buhnen) entfernt und das Flussbett somit verbreitert. Zusätzlich flacht man das Ufer ab, damit sich hier eine artenreiche Ufervegetation entwickelt, die z.B. auch angepflanzt werden kann.
Der Fluss nimmt dann in diesem Bereich wieder einen unregelmäßigen und vor allem natürlichen Lauf. Natürlich muss bei solchen Maßnahmen der geomorphologisch bedingte Gewässertyp im Vordergrund stehen. Hochgebirgsbach, Bergbach und Flachlandbach unterscheiden sich in diesem Fakt deutlich voneinander und müssen auch dementsprechend behandelt werden. Beispielsweise grobe Steine im Flachlandbach aufzuschütten, wäre völlig unangebracht und aus geomorphologischer Sicht naturfern. Die Renaturierungsmaßnahmen sollten außerdem einen so großen Bereich umfassen, dass das gesamte Gewässer unterhalb davon profitiert.
Nach Abschluss der Renaturierungsmaßnahmen sollte die Entwicklung des Gewässers noch über einen längeren Zeitraum beobachtet werden. Weitere Belastungen (z.B. Schmutzwassereinlauf, o.ä.) sollten bereits zuvor völlig ausgeschlossen werden.
Überlässt man das Ökosystem nun völlig sich selbst, siedeln sich weitere Pflanzen- und Tierarten meist von ganz allein wieder an.
Solche Renaturierungsmaßnahmen sind auch an der Elbe geplant, das entsprechende Programm dazu nennt sich ,,Nachhaltige Elbe 2020"
4.5 Staudämme
Der Bau von Staudämmen hat wohl von allen antropogenen Maßnahmen die größten Konsequenzen für das Ökosystem Fließgewässer.
Auf der Erde gibt es mehr als 40.000 große Staudämme (über 15m hoch), von denen die meisten in den späten 50er Jahren und damit oft ohne Kenntnis über die ökologischen Folgen gebaut wurden.
Eine Folge des Dammbaus ist der Verlust der vom Fluss mitgeführten Sedimente, da sie vom Staudamm zurückgehalten werden. Beim Assuan-Damm beträgt der Wert der zurückgehaltenen Sedimente 98%. Der ,,beraubte" Fluss drängt nun danach, die Sedimente wiederzuerlangen, indem er das Flussbett und sogar die umgebende Uferzone erodiert - und das in großem Maße. Ein erschreckendes Beispiel ist der Colorado River in den USA, der sich in den Jahren nach dem Bau des Hoover-Damms (Nevada/USA) bis zu vier Meter in den Untergrund gegraben hat. Durch das extreme Abtragen von Sedimenten, wie Kieselgrund Geröll vom Flussgrund, bedeutet für viele Fischarten den Verlust von Laichplätzen und für Insekten(-larven) den Verlust ihres Lebensraumes. Weiterhin werden dadurch sowohl am Ufer, als auch im Flussbett sämtliche Pflanzen aus ihrem Untergrund gerissen. Somit wird zum einen weitere Erosion der Uferzone gefördert. Zum anderen fehlen dem Fluss nun wichtige Produzenten, wodurch sämtliche Stoffkreisläufe, wie die Nahrungskette oder auch der Sauerstoff- oder Kohlenstoffkreislauf schwer geschädigt werden.
Große Schäden tragen auch die Flussdeltas davon. Da hier die Sedimente fehlen, kommt es immer häufiger zu Erosionen entlang der Küstenbereiche, die natürlich enorme Kosten für betroffene Regionen bedeuten, die hier gegen Küstenschutzmaßnahmen ergreifen. (Togo und Benin verlieren jährlich 10 - 15 m Küste)
Mit den Sedimenten fehlen zusätzlich auch noch Nährstoffe und Mineralien für hier lebende Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen.
Auch die Selbstreinigungsfähigkeit jener Gewässerabschnitte, die zum großen Teil durch Wegtransport funktioniert, wird enorm eingeschränkt, da neues Frischwasser in genügendem Maße fehlt.
Wie am Beispiel des Colorado Rivers gesehen, senkt sich der Fluss und damit auch das Grundwasser, das vom Fluss nun nicht mehr genügend gespeist werden kann. Dies wirkt sich natürlich äußerst negativ auf Pflanzen der Umgebung aus. Ihre Wurzeln gelangen nicht mehr bis ans Grundwasser und vertrocknen. Somit fehlende Produzenten zerstören das Gleichgewicht anderer Ökosysteme (z.B. Wälder, die nahe dem Fluss wachsen).
Auch Flüsse umgebende Auengebiete sind von den geringen Wassermenge, die der Fluss nun führt, bzw. durch sein Absinken betroffen, da regelmäßige Überschwemmungen (die in diesen Fällen von Vorteil sind, da sie fruchtbaren Boden bringen, Bsp. Nil) fehlen. Durch ausbleibende Hochwasser fehlen Wasser- und Feuchtigkeitsnachschübe , die für die dortigen Biotope überlebenswichtig sind. Diese Auengebiete trocknen in der Folge meist aus. Somit sind Staudämme, wie Biologen bestätigen, in großen Maße für Artensterben in Flüssen verantwortlich. Rund 80% aller im Süßwasser lebenden Arten seien bereits vom Aussterben bedroht. Neben diesen ökologischen Aspekten haben Staudämme auch auf betroffene Menschen, die für den Bau oft umgesiedelt werden (fast immer unfreiwillig), Auswirkungen.
Diese negativen Folgen überwiegen den einzig positiven Effekt einer billigen Energiequelle um einiges und so werden wohl in naher Zukunft Staudämme nicht mehr ganz so einfach gebaut werden können.
In den USA, mit 8.800 großen Staudämmen auf Platz 2 der meist gestauten Länder, werden bereits viele dieser Dämme unter hohem Kostenaufwand wieder abgebaut und weitere Großprojekte nicht mehr realisiert.. Auch hat man hier eingesehen, dass diese Dämme anders betrieben werden müssen um weitere ökologische Schäden zu vermeiden oder wenigstens einzuschränken.
Allerdings werden weiterhin große Staudämme in die ganze Welt an Länder verkauft (jüngstes Beispiel: der Drei-Schluchten-Damm am Jangtsekiang/China), die sich durch den Bau die Verbesserung ihrer Infrastruktur und damit Ansiedlung neuer Industrie erhoffen, was eventuell Wohlstand für diese Staaten nach sich ziehen könnte. Die bereits genannten negativen ökologischen und gesellschaftlichen Folgen werden dabei völlig außer Acht gelassen, was hier zählt ist der rein ökonomische Faktor. Fakt ist aber: Durch große Staudämme wird das Ökologische Gleichgewicht des Ökosystem Fließgewässer empfindlich gestört.
4.6 Wasserkraftanlagen
Wasserkraftanlagen funktionieren ähnlich wie Staudämme, nur in kleinerem Maße, auch sie dienen dem Zwecke der (alternativen) Energiegewinnung.
Es gibt zwei Arten von Wasserkraftanlagen, die sich aber im wesentlichen nicht besonders von einander unterscheiden: Ausleitungskraftwerk und Flusskraftwerk.
Für das Ausleitungskraftwerk wird im Fluss ein Wehr errichtet, dass zur Wasserausleitung in einen Triebwerkskanal dient. Von dort wird das Wasser dann in eine Turbine weitergeleitet. Für die nötige Fallgeschwindigkeit des Wassers sorgt die Neigung des Triebwerkskanals. Durch diese Geschwindigkeit wird in der Turbine eine Drehbewegung erzeugt, also mechanische Arbeit. Diese wird nun von einem Generator in elektrischen Strom umgewandelt. Durch einen Untergraben fließt das Wasser dann wieder in den Fluss zurück. Der Zufluss zur Turbine wird mittels Rechen (ähnlich der mechanischen Reinigungsstufe eines Klärwerks) von grobem Schmutz wie Laub und Ästen freigehalten.
Das Flusskraftwerk funktioniert ähnlich dem Ausleitungskraftwerk, nur ist hier keine Ausleitungsstrecke erforderlich, da der Fluss selbst über die benötigte Fallhöhe verfügt, die dem Wasser die nötige Geschwindigkeit gibt.
Auf den ersten Blick wirkt diese alternative Art der Energiegewinnung als äußerst umweltfreundlich, jedoch ist sie aus ökologischer Sicht äußerst bedenklich.
Bereits während der Bauphase stellen sich erste Probleme für das Ökosystem Fluss ein. Natürlich sind für den Bau einer solchen Anlage Arbeiten am Flussbett erforderlich. Mit Baggern wird sowohl Bach-, bzw. Flussgrund als auch Erde vom Uferbereich ausgehoben. Eine Trübung des Wassers ist die Folge solch einer Maßnahme und bedingt verminderte Photosynthese, da die Sonnenstrahlen von den Schwebestoffen absorbiert werden und somit nicht ins tiefere Wasser eindringen können. Längerfristig erhöht sich durch die Absorption auch die Wassertemperatur. Dies wirkt sich wiederum negativ auf die Sauerstoffsättigung des Gewässers aus, da weniger im Wasser gelöst werden kann.
Sauerstoffmangel wiederum fördert anaerobe Stoffwechselprozesse, sowie Faulgas- und Schlammproduktion. Die toxischen Gase sind tödlich für Fische und Mikroorganismen. Doch nicht nur toxische Faulgase auch austretendes Öl und Benzin von den Maschinen kann zum Tod von Fischen führen.
Durch das Wehr der Wasserkraftanlage werden nur kleinere Wassermengen hindurch gelassen. Ökologische Nischen, Teiche, Moorwiesen und Auen trocknen aus. Auch wird dadurch die Fließgeschwindigkeit herabgesetzt. Sedimente, die durch Nebenflüsse eingebracht werden, können nicht in ausreichendem Maß wegtransportiert werden und lagern sich ab. Durch die geringe Wassermenge erhöht sich im Sommer schneller die Wassertemperatur, was wiederum eine geringere Sauerstoffsättigung nach sich zieht, im Winter erhöht sich die Gefahr der vollständigen Vereisung, die den sicheren Tod für Fische bedeutet. Häufig ungeklärt eingeleitete Abwässer können nicht genügend verdünnt werden, überfordern die Selbstreinigungskraft des Flusses und lassen ihn eutrophieren. Wie auch bei den großen Staudämmen sinkt nun ebenfalls der Grundwasserspiegel, da die Vorkommen durch die Flüsse nicht mehr genügend gespeist werden können. Die gesamte umgebende Vegetation trocknet somit aus, sofern ihre Wurzeln nicht lang genug sind, um weiterhin an das gesunkene Grundwasser heranzureichen. Produzenten und Biomasse anderer Ökosysteme gehen damit auch verloren.
Sogar die Wanderungswege vieler Fischarten zu ihren Laichplätzen oder zum Ausgleich von Verdriftung durch Strömung werden durch die Wehre der Wasserkraftanlagen blockiert. Fischaufstiegshilfen, die dem Abhilfe schaffen sollen, sind entweder funktionsuntüchtig oder nicht in ausreichender Menge vorhanden.
Wasserkraftanlagen bedingen jedoch nicht nur das Absterben der Makrofauna, sie führen auch zum direkten Tod der Tiere. Viele Fische verfangen sich z.B. in den Rechen, die zur Reinigung der Ausleitungsstrecke dienen oder sterben in den Turbinen. Die Tötungsrate liegt, je nach Art der Turbine, zwischen 25 und 90(!)%.
Um eine noch höhere Energieausbeute zu erzielen, wird häufig der Wehrgraben unterhalb der Turbine noch künstlich abgesenkt, wodurch die Nutzfallhöhe und somit die Fließgeschwindigkeit noch erhöht werden. Damit dadurch aber die Uferböschung nicht abrutscht, wird das Ufer zusätzlich mit Beton befestigt, wodurch einheitliche, strukturlose Flussstrecken entstehen, die kaum noch empfindliche Vegetation zulassen. So verliert das Fließgewässer auch ästhetisch an Reiz. Um den Bau solcher Anlagen zu verhindern, muss als erstes Aufklärung über die Folgeerscheinungen einer solchen Anlage betrieben werden, da sie häufig noch als saubere, alternative Energiequelle angesehen und der Bau somit als Errungenschaft betrachtet wird.
Zur Bekämpfung dieser Anlagen haben sich bereits Bürgerinitiativen gegründet, die umfassend über die Folgen informieren. Weiterhin sollte der allgemeine Stromverbrauch zurückgehen, damit die Notwendigkeit solcher Wasserkraftanlagen nicht mehr gegeben ist.
5 Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich erkennen, dass Fließgewässer komplexe ökologische Einheiten sind, deren Gleichgewicht durch den Einfluss des Menschen empfindlich gestört wird, selbst wenn es uns, wie am Beispiel der Wasserkraftanlage, gar nicht direkt bewusst ist.
Viele verschiedene Faktoren, neben dem Menschen wirken weiterhin auf dieses Ökosystem ein und haben einen ebenso großen, wenn auch nicht immer so negativen Einfluss darauf.
Ich hoffe hiermit deutlich gemacht zu haben, dass der Mensch, bevor er regulierend in die Umwelt eingreift, über jegliche Zusammenhänge der Natur Bescheid wissen muss, um sie und am Ende sich selbst nicht dauerhaft zu schädigen. Diese Beziehungen und Zusammenhänge sind allerdings so vielfältig, dass es vieler Untersuchungen und Nachforschungen bedarf, die allerdings allzu oft viel zu kurz kommen. So kommt es dann auch, dass viele unserer heimischen Fließgewässer das Prädikat ,,naturnah" überhaupt nicht mehr erreichen, viele sogar als naturfremd zu bezeichnen sind. Natürliche Gewässer gibt es in Kulturlandschaften, wie auch die Bundesrepublik eine ist, überhaupt nicht mehr. Da unser Land eines der dichtbesiedelsten Länder der Erde ist, gibt es keine Gewässer mehr, die nicht von uns beeinflusst sind. Größere Schäden können deshalb nur noch durch Naturschutzmaßnahmen verhindert werden. Denn: ,,Alles, was nicht natürlich ist, ist unvollkommen." (Napoleon I., Bonaparte, 1769-1821)
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3)
4) Symbiose: Bitterling - Malermuschel
5) Parasiten bei Fischen
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7)
8)
9) Eingriffe des Menschen in Gewässer
10) begradigter Fluss 11) naturnaher Fluss
12) Mäandrierung
13) Staudamm
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