Klimawandel schwächt Seen – mehr Düngerstoffe fließen ins Meer

Wärmere Winter schwächen Seen – und schicken mehr Düngerstoffe Richtung Meer

Der Klimawandel schwächt die Filterfunktion vieler Seen. Dadurch könnte mehr Stickstoff über Flüsse bis ins Meer gelangen.

Wenn ein See im Winter abkühlt, passiert etwas Entscheidendes: Das Wasser beginnt sich bis in die Tiefe zu mischen. Sauerstoff gelangt nach unten, Nährstoffe verteilen sich neu – und Mikroorganismen können überschüssigen Stickstoff entfernen.

Diese natürliche Reinigungsleistung gerät durch den Klimawandel unter Druck. Ein internationales Team um die Universität Basel und das Wasserforschungsinstitut Eawag zeigt am Baldeggersee in der Schweiz: Wärmere Winter können diese Durchmischung verkürzen. Dadurch bleibt mehr Stickstoff im Wasser, der über Flüsse bis in Küstenregionen gelangt. Dort wirkt er wie Dünger. Algen wachsen stärker, Sauerstoff wird knapp, empfindliche Tiere geraten unter Stress.

Warum Seen im Winter besonders stark filtern

Untersucht wurde der Baldeggersee im Schweizer Kanton Luzern. Der See ist 5,3 Quadratkilometer groß und typisch für viele Gewässer in Mitteleuropa. Forscher analysierten dort die sogenannte Denitrifikation. Dabei wandeln Mikroorganismen Stickstoffverbindungen wie Nitrat in Stickstoffgas um. Der Stoff verschwindet dadurch aus dem Wasserkreislauf.

Besonders aktiv verlief dieser Prozess während der winterlichen Durchmischung des Sees. In dieser Phase vermischen sich warmes Oberflächenwasser, die mittlere Übergangszone und kaltes Tiefenwasser vollständig miteinander. Sauerstoff und Nährstoffe verteilen sich dadurch im gesamten Gewässer.

Die Ergebnisse überraschten selbst Fachleute. Während der kalten Jahreszeit arbeitete der natürliche Stickstofffilter fast 50 Prozent stärker als im Sommer. „Die Fähigkeit von Seen, Stickstoff aus dem Wasser zu entfernen, hängt stark von der Jahreszeit ab. Und genau das verändert der Klimawandel“, sagt Hauptautor Cameron Callbeck.

Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature Microbiology. Laut ihren Berechnungen könnte sich die winterliche Mischphase im schlimmsten Klimaszenario um rund 27 Tage verkürzen. Die natürliche Stickstoffentfernung würde dann um acht bis 13 Prozent sinken.

Klimawandel schwächt Seen als natürliche Stickstofffilter

Wie groß diese Leistung ist, zeigt eine Zahl: Rund 20 Prozent der natürlichen Stickstoffentfernung in Binnengewässern gehen laut den Forschern auf solche Prozesse zurück.

Bleibt zu viel Stickstoff im Wasser, gelangt er über Flüsse weiter ins Meer. Dort wirkt er wie Dünger. Manche Küstenregionen entwickeln sich zu sogenannten Todeszonen, in denen viele Tiere kaum noch überleben können. Die Folgen zeigen sich bereits heute in verschiedenen Meeresregionen:

starke Algenblüten
Sauerstoffmangel im Wasser
Stress für empfindliche Tierarten
Rückgang von Fischen und anderen Organismen

Schon kleine Veränderungen im saisonalen Mischrhythmus können den Stickstoffkreislauf messbar beeinflussen, sagt Moritz Lehmann von der Universität Basel.

Mikroben arbeiten am Seegrund zusammen

Besonders spannend wirkt ein Detail tief im Sediment des Sees. Dort fanden die Forscher eine Art mikrobielles Teamwork. Einige Bakterien bauen Chitin ab. Das Material stammt unter anderem aus abgestorbenen Algen oder den Hüllen kleiner Wasserlebewesen. Beim Abbau entstehen Stoffe, die anderen Mikroorganismen als Energiequelle dienen. Diese Mikroben treiben anschließend die Denitrifikation an und entfernen Stickstoff aus dem Wasser.

Vermutlich trägt dieses Zusammenspiel dazu bei, dass die Mikroorganismen im Winter besonders aktiv sind. Ganz geklärt ist der Mechanismus bisher aber noch nicht. „Wir wissen bisher noch nicht genau, warum die Denitrifikation besonders im Winter so stark ausfällt“, sagt Callbeck.

So berechneten die Forscher den Stickstoffabbau im See

Für die Untersuchung kombinierten die Teams mehrere Methoden. Sie markierten Stickstoffverbindungen mit dem seltenen Isotop 15N und verfolgten anschließend deren Umwandlung in Stickstoffgas. Zusätzlich entwickelten sie ein Modell für den gesamten See. „Die Isotopenmessungen und die berechnete Gesamtbilanz stimmten zwischen Beobachtungen und Modell sehr gut überein“, sagt Callbeck. Dadurch ließ sich die Stickstoffentfernung des Sees deutlich genauer berechnen.

Noch offen ist, ob sich dadurch auch die Bildung von Lachgas verändert. Das Gas entsteht ebenfalls bei wichtigen Stickstoffprozessen in Seen und wirkt deutlich stärker auf das Klima als CO₂. Die Forscher wollen nun klären, ob wärmere Winter diesen Effekt zusätzlich verstärken.

Kurz zusammengefasst:

Seen reinigen Wasser mit Hilfe von Mikroorganismen, die überschüssigen Stickstoff abbauen und damit Flüsse sowie Meere entlasten.
Der Klimawandel verändert die winterliche Durchmischung vieler Seen und schwächt dadurch ihre natürliche Filterfunktion gegen Stickstoff.
Gelangt mehr Stickstoff aus Seen ins Meer, drohen Algenblüten, Sauerstoffmangel und Schäden für empfindliche Ökosysteme in Küstenregionen.

Übrigens: Der Klimawandel verändert Seen offenbar noch viel stärker als bisher gedacht. Eine Langzeitstudie aus Finnland zeigt, dass spätere Eisbildung das Tiefenwasser vieler Seen paradoxerweise sogar stärker abkühlen kann – mit möglichen Folgen für Fische, Sauerstoff und Mikroorganismen. Mehr dazu in unserem Artikel.