Verstädterung – die historische Ursache für niedrigen Sauerstoffgehalt in vielen Seen Europas

Gefrierkern aus 66 m Wassertiefe des Baldeggersees (Schweiz). Der Übergang des oxischen (helle Sedimente, unten) zum anoxischen Zustand (Beginn der dunklen Laminationen, oben) erfolgte im Jahr 1885. "Varve Image Portal" der PAGES Varve Working Group

Mangelnde Sauerstoffkonzentrationen in Seen lassen sich seit mehr als 160 Jahren nachweisen. Die Entwicklung der Städte mit ihren Abwässern sowie der Einsatz von Kunstdünger in der Landwirtschaft haben das ökologische Gleichgewicht der europäischen Seen kontinuierlich verändert.

Das haben internationale Wissenschaftler – unter ihnen Geographie-Professor Bernd Zolitschka von der Universität Bremen – in einer Studie nachgewiesen, deren Ergebnisse jetzt in einer Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ publiziert worden sind. Sie belegt auch, dass die Regeneration der Seen nur langsam voranschreitet.

Bereits seit 1850 entwickeln sich niedrige Sauerstoffkonzentrationen in zahlreichen europäischen Seen. Diese sogenannten Hypoxia sind Folge der Anreicherung von Nährstoffen in den Seen durch von Menschen hervorgerufene Umweltbelastungen – Wissenschaftler sprechen von anthropogener Eutrophierung. Sie stört das ökologische Gleichgewicht der stehenden Gewässer erheblich.

Dieser Zustand erfasste seit Beginn des 20. Jahrhunderts viele Seen, lange bevor Kunstdünger großflächig angewandt (1950er Jahre) oder der globale Klimawandel nachweisbar wurde (1970er Jahre). Ein internationales Team von Wissenschaftlern konnte den Wandel der Lebensstile und das damit verbundene Wachstum von Städten (Urbanisation) als Ursache für die niedrige Verfügbarkeit von Sauerstoff in einer großen Anzahl an Seen in Europa nachweisen.

Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass ein erhöhter Abwassereintrag seit Beginn des 20. Jahrhunderts die biologische Produktivität in Seen steigerte, was zu einem Anstieg der Sauerstoffzehrung führte. Forscher aus Deutschland, Finnland, Frankreich und Kanada, darunter der Geographie-Professor Bernd Zolitschka von der Universität Bremen, haben jetzt diese Forschungsergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht.

Die Studie basiert auf Arbeiten der „Varve Working Group“ des Internationalen Geosphären-Biosphären Programms, IGBP-PAGES (Past Global Changes), an dem Bernd Zolitschka ebenfalls mitarbeitete.

Ein Hauptverursacher für Sauerstoffmangel sind städtische Abwässer

Die Wissenschaftler haben mögliche Auslöser, darunter klimatische Rahmenbedingungen und historische Landnutzung, und die Sedimentdaten von mehr als 1500 Einzugsgebieten europäischer Seen analysiert. Erstmalig verglichen sie Rekonstruktionen der Flächennutzung und deren zeitliche Entwicklung im kontinentalen Maßstab mit Daten der Sauerstoffzehrung in Seen während der vergangenen 300 Jahre. Somit konnten städtische Abwässer, vor allem das darin gelöste Phosphor, als ursächliche Faktoren für den markanten Anstieg von Hypoxia am Grunde von Seen seit Beginn des 20. Jahrhunderts identifiziert werden.

Ein zweiter Hauptverursacher ist Dünger aus der Landwirtschaft

Die Variationen der regionalen Umweltfaktoren sowie ihre Interaktionen aber auch Unsicherheiten bei den Langzeitstudien stellten eine große Herausforderung bei der Durchführung dieser Untersuchung dar. Dabei ist zu berücksichtigen, dass punktuelle und diffuse Quellen stets gemeinsam zum Nährstoffeintrag in Seen beitragen. Ihre Anteile variieren jedoch in Raum und Zeit. Die vorgestellten Ergebnisse dokumentieren die Bedeutung von punktuellen Einträgen städtischer Abwässer als dominierende Ursache der Eutrophierung in europäischen Seen während der gegenwärtigen Epoche der Erdgeschichte – dem Anthropozän. Allerdings lösten diffuse Nährstoffquellen durch den vermehrten Einsatz von Düngemitteln und die Beseitigung punktueller Nährstoffquellen durch den Bau von Abwasserreinigungsanlagen in den vergangenen Jahrzehnten diese als vorherrschende Eutrophierungsursache in den Industrieländern ab.

Trotz verbessertem Umweltschutz regenerieren sich die Seen nur langsam

Trotz der generellen Umweltverbesserung in den meisten Einzugsgebieten von Seen seit den 1980er Jahren sind die tiefsten Schichten dieser Seen weiterhin sauerstofffrei und die einmal etablierten Hypoxia bleiben bestehen. „Diese sehr langsamen Reaktionszeiten der Seesysteme illustrieren die Bedeutung historischer Landnutzungsstudien, aber auch die Notwendigkeit von Langzeitstrategien zur Erhaltung und Verbesserung der Wasserqualität in Seen“, ist die Quintessenz der Autoren.

Publikation: “Urban point sources of nutrients were the leading cause for the historical spread of hypoxia across European lakes”. Jenny, J.-P., A. Normandeau, P. Francus, Z.E. Taranu, I. Gregory-Eaves, F. Lapointe, J. Jautzy, A.E.K. Ojala, J.-M. Dorioz, A. Schimmelmann and Bernd Zolitschka. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Fachbereich Sozialwissenschaften
Institut für Geographie
Prof. Dr. Bernd Zolitschka
Tel.: 0421-218.67150
E-Mail: zoli@uni-bremen.de

http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1605480113

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Eberhard Scholz idw - Informationsdienst Wissenschaft

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http://www.uni-bremen.de

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