Ökosystem Fließgewässer


Facharbeit (Schule), 2012
31 Seiten, Note: 1,0

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Gliederung eines Fließgewässers

3 Abiotische Faktoren
3.1 Licht
3.2 Wasser
3.2.1 Strömung
3.2.2 Temperatur
3.2.3 Sauerstoffgehalt
3.2.4 pH-Wert
3.2.5 Gelöste Stoffe
3.3 Bodenbeschaffenheit

4 Typische wirbellose Lebewesen in Fließgewässern
4.1 Wirbellose Lebewesen im Quellbereich
4.2 Wirbellose Lebewesen im Ober- und Mittellauf
4.3 Wirbellose Lebewesen im Unterlauf

5 Die Fischfauna in Fließgewässern
5.1 Die Fischfauna im Oberlauf
5.2 Die Fischfauna im Mittellauf
5.3 Die Fischfauna im Unterlauf

6 Biotische Faktoren
6.1 Intraspezifische Wechselwirkungen
6.2 Interspezifische Wechselwirkungen
6.2.1 Räuber-Beute-Beziehung
6.2.2 Konkurrenz
6.2.3 Parasitismus
6.2.4 Symbiose

7 Selbstreinigungskraft
7.1 Allgemeines Verständnis der Selbstreinigungskraft
7.2 Regulation von Primärproduktivitäts- und Gesamtrespirationsrate:
Die P/R-Balance
7.3 Bedeutung für die Natur, den Menschen und die Zivilisation
7.4 Störungen im Grenzbereich

8 Die Einflussname des Menschen auf das Ökosystem Fließgewässer
8.1 Beeinträchtigung der Selbstregulation
8.1.1 Physikalische Eingriffe
8.1.1.1 Flussbegradigungen
8.1.1.2 Staudämme
8.1.1.3 Wasserkraftanlagen
8.1.2 Chemische Belastung
8.2 Schützende Gegenmaßnahmen
8.2.1 Kläranlagen
8.2.2 Renaturierung

9 Zusammenfassung

Anhang

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

Ökologie ist die Lehre von den Wechselbeziehungen zwischen den Organismen untereinander und mit ihrer unbelebten und belebten Umwelt.

Die Fließgewässer (Quellen, Bäche, Flüsse und Ströme) der Erde beinhalten etwa 1500 km3 Wasser. Sie gehören zu den Binnengewässern (Gewässer, die von Landmassen umschlossen sind und keinen Teil eines Ozeans bilden). Die Lehre der Lebewesen der Binnengewässer insgesamt nennt sich Limnologie.

Die folgende Arbeit setzt sich mit den wirkenden Umweltfaktoren des Ökosystems Fließgewässer auseinander. Weiterhin wird ein Licht auf die Biozönose dieser Ökosysteme geworden und die Auswirkungen, die die Einflussnahme des Menschen auf Fließgewässer hat, thematisiert.

Als Quellen für diese Arbeit dienten sowohl Fachbücher, als auch das Internet. In bestimmten Bereichen, die schon ausführlich im Rahmen des Biologie-Unterrichts der Oberstufe besprochen wurden, konnte auch auf eigenes Wissen zurückgegriffen werden.

2 Gliederung eines Fließgewässers

Fließgewässer werden in der Limnologie, meist ungeachtet ihrer Größe, in verschiedene Längenabschnitte eingeteilt: Sie beginnen im Krenal, der Quellregion, die gelegentlich wiederrum in die eigentliche Quellregion, das Eukrenal, und den Quellbach, das Hypokrenal, eingeteilt wird. An das Krenal schließt sich das Rhithral (Bachregion) an, das in Epi-, Meta- und Hyporhithral unterteilt wird. Weiter mündungswärts folgt das Potamal (Flussbereich), welches ebenfalls eine Zonierung in Epi-, Meta- und Hypopotamal erhalten hat. Ein Fließgewässer endet im Normalfall in einer Mündung in ein anderes Binnengewässer oder ins Meer.

Im allgemeinen Sprachgebrauch wir das s.g. Flusslängsprofil meist in Ober- Mittel und Unterlauf unterteilt. Der Oberlauf ist morphologisch mit den Rhithral gleichzusetzen, Mittel- und Unterlauf bilden zusammen das Potamal. Oft finden sich auch Einteilungen nach bestimmten Fischarten, die vermehrt in den einzelnen Bereichen auftreten: So wird das Epirhithral auch als „obere“ und das Metarhithral als „untere Forellenregion“ bezeichnet, das Hyporhithral wird auch „Äschenregion“ genannt. Das Potamal beinhaltet die Barbenregion (Epipotamal) und die Brachsenregion (Metapotamal).[1]

Der Einfachheit halber wird im Folgenden die Einteilung in Ober-, Mittel und Unterlauf verwendet.

Der Oberlauf führt oft durch vergleichsweise stark profiliertes Gelände und fließt durch die relativ am tiefsten erodierten Täler. Das Wasser ist hier oligotroph, also nährstoffarm, aber sauerstoffreich.

Das Gefälle und damit die Fließgeschwindigkeit nehmen im Mittellauf ab, es kommt zu einer Ablagerung von Sedimenten (Akkumulation) und zu Seitenerosionen, das Flussbett verbreitert sich, Sohlentäler entstehen.

Der Unterlauf führt meist durch recht ebenes Gelände. Die Fließgeschwindigkeit ist relativ gering, wodurch sich, in Kombination mit weiteren Ablagerungen von Gestein und Sand, ein Flussdelta bilden kann, dass schließlich in andere Gewässer mündet.[2]

Im Querschnitt lassen sich Fließgewässer, so wie Seen auch, in Pelagial (Freiwasserzone) und Benthal (Bodenzone) einteilen. Das Benthal wird unterteilt in Litural (Uferzone) und Profundal (Tiefenzone). Wenn Fließgewässer eine ausreichende Tiefe besitzen und eine sehr langsame Fließgeschwindigkeit aufweisen, was allerdings eher selten vorkommt, kann auch eine Einteilung des Pelagials in Epi- und Hypolimnion erfolgen. Das Epilimnion (Nährschicht) ist die trophogene Zone – hier wird hauptsächlich Photosynthese betrieben und so Biomasse aufgebaut. Insofern das Gewässer tief genug ist, existiert unter dem Hypolimnion noch das Epilimnion (Zehrschicht/ tropholytische Zone), in das nur wenig Licht vordringt und so größtenteils nur ein Biomasseabbau erfolgt.

3 Abiotische Faktoren

Unter dem Begriff „abiotische Faktoren“ werden alle Eigenschaften der unbelebten Umwelt, also Ökofaktoren, an denen keine Lebewesen erkennbar beteiligt sind, zusammengefasst.

3.1 Licht

Das von der Sonne abgestrahlte Licht ist die ursprüngliche Energiequelle für jeden Organismus der Biozönose des Planeten Erde. Der Teil dieser elektromagnetischen Strahlung, der für den Menschen sichtbar ist, reicht von ca. 380 nm bis 780 nm Wellenlänge. Die Aufnahme von Licht als Energielieferant für Ökosysteme geschieht größtenteils durch die Photosynthese. Die Chlorophyllmoleküle in Pflanzenzellen nehmen hauptsächlich rotes und blaues Licht als Energiequelle auf und synthetisieren so aufgenommenes Wasser und Kohlenstoffdioxid zu energiereichen organischen Verbindungen (Kohlenhydrate bzw. Zucker) und Sauerstoff als „Restprodukt“. Die so erzeugte chemische Energie ist der Antrieb für alle biologischen Prozesse dieser Erde.

Auch für das Ökosystem Fließgewässer spielt das Licht eine elementare Rolle: Das Licht, dass die Wasseroberfläche durchdringt und nicht reflektiert wird, kann von den Produzenten als Energiequelle für die Photosynthese benutzt werden.

Die Stärke des Lichts nimmt, je tiefer es ins Wasser eindringt, exponentiell ab. Das bedeutet natürlich, dass in oberen Bereichen von Gewässern höhere Photosyntheseraten und somit eine größere Sauerstoffkonzentration erzeugt werden können.

Beeinträchtigt wird die Stärke des Lichts im Wasser zusätzlich noch durch die Trübheit des Wassers und durch eventuelle „Pflanzendecken“, die an der Oberfläche des Gewässers vorhanden sein können (meist im Mittel- und/ oder Unterlauf).

Ein weiterer Effekt der Lichteinstrahlung auf ein Gewässer ist die Aufwärmung des Wassers. Teils durch eine indirekte Erwärmung durch die aufgeheizte Luft, teils durch unmittelbar als einfallendes Licht, das dann erst im Gewässer zu Wärmeenergie umgewandelt wird. Gerade bei flachen, klaren Fließgewässern dringt das Licht durch das Wasser und wird vom Grund absorbiert, der dann das Wasser erwärmt. In trüberen Gewässern erreicht das Licht meist gar nicht erst den Grund, sondern wird teilweise direkt vom Wasser absorbiert und in Wärme umgesetzt.

Ja nach dem Gebiet, durch das ein Fließgewässer führt, kann es auch zu Beeinträchtigung der Lichtmenge von außen kommen. So gelangt in schmale Bäche, die durch Wälder führen, im Hochsommer, aufgrund der „Überschattung“ durch Laubbäume, teilweise fast gar kein Licht mehr.[3]

3.2 Wasser

Das Wasser ist in allen aquatischen Ökosystemen natürlich einer der bedeutendsten Ökofaktoren. Das Element Wasser (H2O) hat chemisch gesehen einige Besonderheiten: Es besitzt winklig gebaute, polare Moleküle mit einem positiven und einem negativen Ladungsschwerpunkt. Das führt dazu, dass sich Wassermoleküle gegenseitig stark anziehen und durch Wasserstoffbrückenbindungen Cluster bilden. Je niedriger die Temperatur, desto enger und regelmäßiger lagern sich die Moleküle aneinander an. Steigt die Temperatur, lösen sich die Cluster wieder auf. Wasser ist bei Zimmertemperatur flüssig und besitzt seine größte Dichte aufgrund der Dichteanomalie nicht am Gefrierpunkt, sondern bei 4°C.[4]

3.2.1 Strömung

Die Besonderheit von Fließgewässern liegt vor allem darin, dass sich das Wasser hier in einem stetigen Strom befindet. So findet auch die Stoffverteilung, im Gegensatz zu der Verteilung im Laufe des Jahreszyklus in Seen, auch über die Strömung statt, Die Bewegung erfolgt in Richtung der Schwerkraft, die Fließgeschwindigkeit wird hauptsächlich vom Gefälle des Gewässerbettes bestimmt. Die Strömung in Fließgewässern ist meist turbulent, d.h., dass sich das Wasser über die gesamte Gewässertiefe vermischt. Verschiedene „Hindernisse“, die sich im Wasser befinden, rufen zusätzlich Wirbel hervor. Hinter größeren Gegenständen können sogar s.g. Totwasserzonen entstehen, in denen so gut wie gar keine Wasserbewegung herrscht.

Aufgrund der Verwirbelungen des Wassers, nimmt die Fließgeschwindigkeit eines Gewässers zum Litoral hin ab – hier verringert sich die Wassertiefe und die Strömungswiderstände nehmen zu. Unstetigkeiten wie z.B. Wasserfälle verringern die Strömungsgeschwindigkeit eines Gewässers im Gesamten ebenfalls, da so schnell große Höhendifferenzen überbrückt werden, die bei einem Fluss mit gleichmäßigem Gefälle zu einer schnelleren Strömung geführt hätten.[5]

Im Oberlauf besteht eine recht starke Strömung, was hauptsächlich auf das starke Gefälle zurückzuführen ist. Im Mittellauf sind ein abnehmendes Gefälle und damit eine abnehmende Fließgeschwindigkeit zu verzeichnen. Der Unterlauf im Flachland hat das geringste Gefälle: Der Fluss ist hier meist maßgeblich breiter als noch zu Beginn, die Strömungsgeschwindigkeit ist als relativ ruhig zu bezeichnen.

Viele Organismen in Fließgewässern sind an die verschiedenen Fließgeschwindigkeiten des Wassers angepasst. An Stellen mit schneller Strömung finden sich flache, „stromlinienförmige“ Organismen. Die Vermehrung von Pflanzen in denselben Gebieten erfolgt meist über Pflanzenteile, die durch die Strömung abgerissen wurden (vegetative Vermehrung). Die Pflanzen haben besonders starke und tiefwachsende Wurzeln, um der Strömung standhalten zu können. Ist die Fließgeschwindigkeit geringer, kann die Fortpflanzung auch über Blüten an der Wasseroberfläche geschehen.[6]

3.2.2 Temperatur

Die Temperatur des Wassers beeinflusst u.a. die Löslichkeit von Sauerstoff in diesem. Da die Löslichkeit mit absinkender Wassertemperatur steigt, können kalte Gewässer, wie z.B. die Quellregion eines Fließgewässers, schlichtweg mehr Sauerstoff aufnehmen.

Neben dem Sauerstoffgehalt beeinflusst die Temperatur aber auch die die Aktivität von Enzymen und chemischen Reaktionen (RGT-Regel). So geht z.B. die Reduktion von organischem Material bei höheren Temperaturen schneller vonstatten.

Diese beiden Faktoren führe zusammen zu einer gewissen Gefährdung von Gewässern: In Regionen, in denen die Temperatur relativ hoch ist, viel organisches Material produziert und so auch viele Destruenten vorhanden sind, die die Biomasse zuerst aerob und im Extremfall auch anaerob abbauen (wie z.B. im Unterlauf), kann es schnell zu einer Eutrophierung des Gewässers kommen – es herrscht Sauerstoffmangel, durch den anaeroben Abbau von Biomasse entstehen Methan und Faulgase, die das Wasser verschmutzen. In fließenden Gewässern ist diese Gefahr natürlich deutlich geringer als in Seen, da Mineralstoffe und organisches Material meist direkt abtransportiert und verteilt werden, aber durch äußere Einflüsse, wie z.B. der Bau von Staudämmen, kann es trotzdem zu solcherlei Extremfällen kommen.

Die Temperatur von Fließgewässern schwankt meist jahres- und tagesperiodisch:

Im Quellbereich sind Tagesschwankungen oft gar nicht festzustellen, im Mittellauf sind sie mit zunehmender Quellentfernung verstärkt erkennbar, im Unterlauf nimmt die Tagestemperaturamplitude wieder ab.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Jahrestemperaturverlauf in Waldquellen, Waldbächen und einem Fluss

Quellen weisen ihr Jahrestemperaturmaximum im Frühherbst und ihr Jahresminimum im auf Frühjahr auf (siehe Abb. 1), im Mittel- und Unterlauf verlagert sich das Maximum in den Hochsommer und das Minimum in den Hochwinter.[7]

Die Temperatur ist in den meisten Fließgewässern im Querschnitt gleich – die dauerhafte Strömung vermischt das Wasser. Nur in sehr langsam fließenden, tiefen Flüssen und in aufgestauten Gewässern kommt es zu einer Temperaturschichtung, die dann der eines Sees ähnelt.[8]

Die wesentlichen Faktoren, die die Temperatur in Fließgewässern beeinflussen sind: Lichteinstrahlung, Wärmeabstrahlung, Wärmeaustausch mit der Luft, Turbulenzen im Gewässer, anthropogene Einflüsse (Baumaßnamen, Abholzung der Uferwälder, „Abwärme“) und Erdwärme.[9]

3.2.3 Sauerstoffgehalt

Der Sauerstoffgehalt des Wassers ist von existenzieller Bedeutung für das Überleben der, in Fließgewässern beheimateten, Lebewesen (das Rhitron). Verbraucht wird der Sauerstoff bei allen Dissimilationsvorgängen, wie z.B. bei der Atmung von Fischen oder dem aeroben Abbau von organischem Material durch Bakterien. In das Wasser gelangt der Sauerstoff durch die Photosynthese der Produzenten (grüne Pflanzen im Wasser und Phytoplankton) und durch Diffusion aus der Luft.

An der Menge an Sauerstoff, die durch die Dissimilation von Destruenten verbraucht wird, kann die Belastung des Gewässers durch Schadstoffe festgestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit von der Wassertemperatur

Die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser ist, wie schon erwähnt, temperatur- und druckabhängig. Sie steigt mit abnehmender Temperatur und zunehmendem Druck. Das hat zur Folge, dass das kalte Wasser im Oberlauf bzw. im Quellbereich eines Fließgewässers die höchste Sauerstoffkonzentration hat. Die starken Verwirbelungen des Wassers im Oberlauf tragen ebenso stark dazu bei, dass mehr Sauerstoff aufgenommen wird.

Der Sauerstoffgehalt im Mittellauf schwankt stetig, ist aber geringer als im Oberlauf. Im Unterlauf bleibt er konstant niedrig. Diese Veränderungen sind einerseits durch die höhere Temperatur der mündungsnäheren Bereiche und andererseits durch die viel größere Menge an Biomasse im Mittel- und Unterlauf zu erklären. Vor allem im Unterlauf ist der Fluss recht breit und die Fließgeschwindigkeit gering – viele Organsimen haben hier ideale Lebensgrundlagen. So entsteht sehr viel organisches Material, das von den Destruenten unter Sauerstoffverbrauch abgebaut wird. Die Masse der Produzenten ist hier natürlich auch bedeutend höher als im Oberlauf – diese geben bei der Photosynthese aber bei weitem nicht genug Sauerstoff ins Wasser ab, um einen vergleichbaren Sauerstoffgehalt zu erzeugen.[10]

Letztendlich wird der Sauerstoffgehalt von Fließgewässern aber natürlich auch durch anthropogene Einflüsse verändert: Gerade im Unterlauf, der durch relativ ebene Gegenden fließt, gelangen viele Abwässer und Düngemittel ins Wasser. Die so zugeführten Mineralstoffe führen zu einer noch höheren Biomasseproduktion und einem höheren Sauerstoffverbrauch durch die Destruenten, die diese Masse abbauen müssen.

[...]


[1] vgl. http://files.schulbuchzentrum-online.de/onlineanhaenge/files/978-3-507-10914-8-2-l.pdf
[Stand: 12.12.2012, 23:48]

[2] vgl. Brehm, Jörg: Fließgewässerkunde: Einführung in die Limnologie der Quellen, Bäche und Flüsse. Heidelberg 1982. S.17

[3] vgl. Brehm 1982. S. 50ff.

[4] vgl. Brehm 1982. S.25

[5] vgl. Brehm 1982. S.27

[6] vgl. http://www.eglv.de/fileadmin/EmscherGenossenschaft/2.8_Freizeit_und_Kultur/pdf/
Schulordner_Wasserwelten_einzeln/Schulordner_2_Wasser_Lebensraum.pdf [Stand: 12.12.2012, 23:49]

[7] vgl. Brehm 1982. S.41

[8] vgl. Brehm 1982. S.45

[9] vgl. Brehm 1982. S.41

[10] vgl. Schwoerbel, Jürgen; Brendelberger, Heinz: Einführung in die Limnologie. Heidelberg 20059. S.103ff. [Stand: 12.12.2012, 23:49]

Ende der Leseprobe aus 31 Seiten

Details

Titel
Ökosystem Fließgewässer
Note
1,0
Autoren
Jahr
2012
Seiten
31
Katalognummer
V208912
ISBN (eBook)
9783656430551
ISBN (Buch)
9783656439707
Dateigröße
1593 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Ökologie, Ökosystem, Fließgewässer, Quelle, Bach, Fluss
Arbeit zitieren
Leon Lotter (Autor)Manuel Heising (Autor)Seyed Mortazavi (Autor), 2012, Ökosystem Fließgewässer, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/208912

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