Im Versuch simulierten die Forscher in den Versuchszylindern des Seelabors einen starken Sommersturm. | Foto: Berger/ IGB
Groß war der Aufschrei von Anwohnern, Touristen und Naturschützern, als sich der für seine große Klarheit weithin bekannte Stechlinsee, die «Perle» im Norden Brandenburgs, nach einem heftigen Sommersturm im Juli 2011 plötzlich eintrübte. Was war der Grund? Mit Hilfe von Daten, die sie in ihrem Langzeitprogramm erheben, versuchten Limnologen des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), die Ereignisse zu rekonstruieren. «Unsere Resultate lassen vermuten, dass sowohl Nährstoffe als auch Algen durch den Windeinfluss aus den tieferen Wasserschichten an die Oberfläche gelangten, wodurch sich die Algen unten den guten Lichtbedingungen rasant vermehren konnten», sagt Dr. Peter Kasprzak, Erstautor des Artikels, der gerade online in «Ecosystems» herausgekommen ist. «Ganz erheblich war darüber hinaus der Beitrag großer Mengen winziger schwebender Kalkpartikel, die sich wegen der hohen Photosyntheseaktivität der Algen gebildet hatten und das Wasser eintrübten.»
Ob die Sequenz der Ereignisse, die die Analyse der Daten nahelegte, tatsächlich korrekt ist, überprüften die Wissenschaftler im Sommer 2014 mit einem Experiment am IGB-Seelabor – der im Stechlinsee schwimmenden Forschungsplattform, die aus 24 Versuchszylindern von jeweils neun Metern Durchmesser und zwanzig Metern Tiefe besteht. Im Versuch simulierten sie einen starken Sommersturm in vier der Zylinder, während vier weitere Zylinder der Versuchsanlage unverändert blieben und als Kontrollen dienten. Mit dieser zweiten, eben in «Global Change Biology» veröffentlichten Untersuchung kann das IGB nun die Richtigkeit der Hypothese bestätigen.
Tiefe, nährstoffarme Seen wie der Stechlinsee zeigen im Sommer aufgrund temperaturbedingter Dichteunterschiede des Wassers eine stabile Schichtung mit einer etwa 8 bis 11 Meter mächtigen warmen Oberflächenwasserschicht, die über dem dauerhaft kalten Tiefenwasser liegt. Diese Schichtung hat einen wesentlichen Einfluss auf die physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse in Seen. Zum einen verhindert sie den Austausch von Nährstoffen zwischen Tiefen- und Oberflächenwasser. Die vorhandenen Nährstoffe im Oberflächenwasser werden von den Algen rasch aufgezehrt, wodurch weiteres Algenwachstum gestoppt wird und der See relativ klar bleibt. Zum anderen kann das Licht bis in das nährstoffreichere Tiefenwasser dringen, sodass sich dort zusätzlich zu den Algen im Oberflächenwasser besondere Algenpopulationen ausbilden, die mit wenig Licht wachsen können – darunter vor allem einige Cyanobakterien, die auch als «Blaualgen» bekannt sind.
Extreme Sommerstürme, die im Zuge des Klimawandels vermehrt auftreten könnten, zerstören diese Schichtung, indem sie Seen bis ins Tiefenwasser hinein durchmischen. Dieses Phänomen, also die Durchmischung der Wassersäule durch einen Sturm, haben die IGB-Wissenschaftler in den Versuchszylindern des Seelabors mit Hilfe von Pumpen nachgestellt. Anschließend beobachteten sie über sechs Wochen, wie das Plankton darauf reagiert. «Tatsächlich wurde die Algenentwicklung in den oberflächlichen Wasserschichten nach der Durchmischung substanziell angekurbelt», sagt Dr. Darren Giling, der Erstautor der experimentellen Studie, die in «Global Change Biology» erschien. Der Grund liegt darin, dass Nährstoffe und Algen aus den tieferen Wasserschichten an die Oberfläche gelangten, wo die Algen das gute Lichtangebot und die Nährstoffe ungehemmt zum Wachstum nutzen konnten. «Besonders überraschend war für uns, dass diese hohe Aktivität des Planktons und die Eintrübung des Oberflächenwassers mehr als vier Wochen anhielt, obwohl der simulierte Sturm nur vier Stunden dauerte», erklärt Giling.
Mit dem Versuch am Seelabor konnte das IGB die Ereignisse nach dem natürlichen extremen Sturmereignis von 2011 im Wesentlichen reproduzieren und zeigen, dass im Zuge des Klimawandels häufiger auftretende Stürme tief in den Stoffhaushalt gerade unbelasteter Klarwasserseen eingreifen und dort besorgniserregende Veränderungen herbeiführen können. «Die Aussichten für klare tiefe Seen sind also trübe», resümieren Darren Giling und Peter Kasprzak einhellig. Auch deshalb sei es so wichtig, dass die internationale Staatengemeinschaft auf politischer Ebene noch konsequenter Maßnahmen gegen den Klimawandel ergreift. Gleichzeitig sind weitere Anstrengungen nötig, um Nährstoffeinträge in Seen wie den Stechlin zu begrenzen.
Weitere Informationen beim Seelabor.
Lesen Sie die Studie als Open-Access Veröffentlichung im Journal Ecosystems >
Peter Kasprzak, Tom Shatwell, Mark O. Gessner, Thomas Gonsiorczyk, Georgiy Kirillin, Géza Selmeczy, Judit Padisák, Christof Engelhardt (2017) Extreme weather event triggers cascade towards extreme turbidity in a clear-water lake. Ecosystems. doi: 10.1007/s10021-017-0121-4
Lesen Sie die Studie als Open-Access Veröffentlichung im Journal Global Change Biology >
Darren P. Giling, Jens C. Nejstgaard, Stella A. Berger, Hans-Peter Grossart, Georgiy Kirillin, Armin Penske, Maren Lentz, Peter Casper, Jörg Sareyka, Mark O. Gessner (2017) Thermocline deepening boosts ecosystem metabolism: evidence from a large-scale lake enclosure experiment simulating a summer storm. Global Change Biology 23, 4. doi:10.1111/gcb.13512
