Wasser und Gewässer 

Grundsätzliches

Eigenschaften

Farblos, geruchlos, geschmacklos

Dichte r = 1 g/cm³ (bei 4°C)

Aggregatszustände:     Fest bei <0°C,

                                                            Tau- bzw. Gefrierpunkt = 0°C,

                                                                                Flüssig >0°C - <100°C,

                                                                                                    Siedepunkt 100°C,

                                                                                                                        Gasförmig >100°C

Wasser ist ein sehr gutes Lösungsmittel. Auch im Körper von Lebewesen ist es ein unverzichtbares Lösungs- und Transportmittel. Dadurch wäre unser Leben ohne Wasser nicht möglich.

Anomalie des Wassers:

Wasser hat bei 4°C seine größte Dichte und sein kleinstes Volumen (Wichtig für das Leben im Wasser).

Bei Temperaturen < 0°C befinden sich die Wasserschichten mit Temperaturen von 0 bis <+4°C über den schwereren Wasserschichten von +4°C. An der Oberfläche bildet sich dann eine Eisschicht, die isolierend wirkt. Wäre das nicht so, würden die kalten Wasserschichten an den Seegrund sinken und dieser würde dann von unten nach oben zufrieren. Dadurch wäre Leben im Wasser nicht mehr möglich.

Spezifische Wärmekapazität:Sie ist die Wärmemenge, die notwendig ist um ein Kilogramm eines Stoffes um 1 K (Kelvin) bzw. 1°C zu erhöhen. Die spez. W. des Wassers ist sehr hoch. Nämlich 4,19 kJ/(kg*K). Das bedeutet, dass Wasser ein sehr guter Wärmespeicher ist.

 

 

Aufbau

Wasser besteht aus Wasserstoffatomen mit der Masse 1 und 2 und Sauerstoffatomen mit den Massen16, 17 und 18. Daraus ergeben

sich 9 Möglichkeiten. Das häufigst vorkommende Molekül

 

                                                                                                    ¹H₂¹⁶O    (gewöhnliches Wasser 99,73%)

Alle anderen Wasserarten werden als "schweres Wasser" bezeichnet, da deren spezifisches Gewicht größer ist als das des

gewöhnlichen Wassers. Fachlich korrekt ist das schwere Wasser das Molekül

                                                                                                    ²H₂¹⁶O     (schweres Wasser 3 * 10^-6%).

Der Winkel zwischen den beiden Wasserstoffatomen beträgt ca. 105°.

 

 

Leitfähigkeit

        Viskosität

(= Zähigkeit des Wassers). Sie nimmt mit steigender Temperatur ab. Wasser mit 0°C ist ungefähr doppelt so viskos wie mit 25°C.

 

Lichtreflexion an der Wasseroberfläche

Sie hängt stark vom Einfallswinkel der Lichtstrahlen ab. Am Mittag werden z.B. im Sommer 2,5 % reflektiert, während bei einem

Einfallswinkel von ca. 80° 34,8 % reflektiert werden.

 

Eindringtiefe verschiedener Lichtfarben

Ein großer Teil des Sonnenlichtes wir ja, wie bereits unter "Lichtreflexion an der Wasseroberfläche" beschrieben, an der Oberfläche

reflektiert. Zusätzlich nimmt die Intensität stark mit der Wassertiefe ab. Während ca. 1 m unter der Wasseroberfläche die Infrarot- und

Ultraviolettanteile vollkommen absorbiert sind ist ab einer Tiefe von ca. 60 m nur noch der blaue Lichtanteil vorhanden.

Kompensationspunkt

Er ist der Punkt, an dem sich in einem Gewässer, bedingt durch die vorhandene Lichtmenge, die Atmung und die Photosynthese von

grünen Pflanzen das Gleichgewicht halten.

Oberflächenspannung

Wasser hat eine sehr große Oberflächenspannung (auch Grenzflächenspannung).

Sie wird von einigen Pflanzen und Tieren genutzt (z.B. Wasserläufer und Stechmückenlarven.

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Stehende Gewässer

Aufbau des Ökosystems See

Die im Wasser in Klammern stehenden Begriffe beziehen sich auf die Freiwasserzone. Diejenigen ohne Klammern (auch nur im Wasser) beziehen sich mehr auf die Bodenzone.

Dieses Bild stellt die horizontale Gliederung eines Sees in mehrere Bereiche dar. Diese Gliederung kommt durch unterschiedliche Licht- und Temperaturverhältnisse im See zustande.

Die Nährschicht ist die, in der die grünen Pflanzen durch Photosynthese mehr organische Substanz produzieren als sie wieder verbrauchen. Dieser Bereich ist stark lichtdurchflutet.

In der Zehrschicht leben Organismen, die sich von den Überschüssen der Nährschicht ernähren. Dieser Bereich ist fast lichtlos und somit ist auch keine Fotosynthese möglich.

Dazwischen ist die sogenannte Kompensationsebene. In dieser halten sich die Fotosynthese und die Atmung der grünen Pflanzen das Gleichgewicht.

Die Uferzone gehört zur Nährschicht und der Tiefenboden gehört zur Zehrschicht.

Der lichtdurchflutete Oberflächenwasserschicht des Sees wird Epilimnion genannt. Je nachdem, wie weit das Licht in das Epilimnion reicht, kann sich die Nährschicht ausbilden. Hier kommt nur das freischwimmende pflanzliche Plankton vor (Produzent).

Der fast lichtlose Bereich der Freiwasserzone wird Hypolimnion genannt. Er ist vom Epilimnion durch die Sprungschicht getrennt.

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Eigenschaften stehender Gewässer

Temperaturschichtung

Im Sommer ist die oberste Schicht des Sees durch die Sonneneinstrahlung wärmer als die tiefer gelegenen Schichten. Diese Temperaturschichtung kann nicht einmal durch einen starken Sturm durchmischt werden. Dies liegt daran, dass, abgesehen von der Anomalie des Wassers, warmes Wasser eben eine geringere Dichte hat als kaltes. Das warme Wasser bleibt also oben, da ist nicht daran zu rütteln.

Im Winter wird die Wasseroberfläche dann irgendwann genauso warm wie die etwas tieferen Wasserschichten. Dadurch wird die Schichtung aufgehoben und das Wasser wird sogar durch leichtere Wind genügend durchmischt.

Sauerstoff- und Nährstoffhaushalt

Im Sommer ist es im Epilimnion warm und genügend Licht ist vorrätig, so dass hier die Algen durch Fotosynthese Sauerstoff produzieren. In den tieferen Schichten werden die abgestorbenen Algen der Nährschicht abgebaut. Dabei wird Sauerstoff verbraucht.

Die Algen nehmen im Sommer Nährstoffe aus dem Wasser auf und wachsen dadurch. Durch die abgestorbenen Algen, die in tiefere Schichten absinken werden dort wieder Nährstoffe freigesetzt.

Im Winterhalbjahr werden die Nährstoffe durch die Zirkulation gleichmäßig im See verteilt.

Wenn nun im Sommer in den tieferen Schichten mehr Sauerstoff verbraucht wird als durch die Zirkulation wieder in diese Region gebracht wird, kommt es zu der sogenannten Sauerstoffschuld.

Dazu kommt noch, dass sich in diesen anaeroben Bereichen die in noch aeroberen Zeiten gebildeten schwerlöslichen Phosphate lösen und der See noch zusätzlich gedüngt wird.

 

Algenwachstum

Übermäßiges Algenwachstum ist meist ein Zeichen für einen zu hohen Gehalt an Nährstoffen. Fehlen diese oder einer der anderen für das Algenwachstum wichtigen Faktoren (Temperatur, Licht), so ist das Wachstum schon gedämmt.

Seeinterne Maßnahmen zur Verbesserung des Nährstoffgehaltes

Ableitung von phosphorreichem Tiefenwasser

Verhinderung von Selbstdüngung: Künstliche Belüftung der Tieferen Seezonen

Förderung der natürlichen Regeneration: Duch Lufteinleitung in die tieferen Seezonen wird in ungenügend zirkulierenden Seen eine Zirkulation erzwungen.

Fließgewässer

Aufbau des Ökosystems See

Im Freien Wasser leben viele Organismen, die entweder im Wasser schwebend oder
schwimmend vorkommen (Flussplankton).
Das Ufer spendet Schatten, Nahrung und
Schutz.
An der Gewässersohle leben ebenfalls
viele festsitzende oder ortsansässige
Organismen.
 
 

Selbstreinigung

Ja, es ist wirklich so! Gewässer, vor allem Fließgewässer sind in einem gewissen Rahmen fähig sich selbst zu reinigen.
Wie funktioniert das?
In verschiedenen Bereichen von Fließgewässer (auch Seen) befinden sich Lebewesen, die verschiedenste Nährstoffe für sich verwenden und dadurch fäulniserregende Stoffe abbauen. Nach einer gewissen Fließstrecke (bei Flüssen) ist die Verunreinigung annähernd beseitigt.
Voraussetzung dafür ist allerdings ein intaktes Ökosystem.
Die Organismen, die für die Selbstreinigung verantwortlich sind, sind zum Beispiel Algen, Bakterien, Fische, Insektenlarven, Krebse, Muscheln, Pilze, Schnecken, Wasservögel, Würmer, uvm.
Zuerst nehmen die Bakterien, Pilze und Algen die im Wasser gelösten Komponenten auf und nehmen diese organischen und anorganischen Stoffe durch ihren Stoffwechsel auf oder bauen sie in Energie um. Die Protozoen, ernähren sich von Bakterien und Algen, aber auch von im Wasser gelösten Bestandteilen. Die Krebse, Schnecken und Würmer ernähren sich wiederum von abgesetzten oder im Wasser verteilten, ungelösten Stoffen und den Protozoen. Dann kommen die größeren Krebse und Insektenlarven dran, die wieder ihre Vorgänger verspeisen. Fische und Wasservögel ernähren sich wieder von Würmern, Krebsen, Schnecken, Insektenlarven, uvm.
Aber auch chemische Vorgänge führen zur Selbstreinigung von Gewässern:
Damit ist der Abbau durch Oxidations- und Reduktionsvorgänge gemeint.
 

All diese Reinigungvorgänge laufen nur zufriedenstellend ab, wenn Faktoren wie Fließgeschwindigkeit, Flußbett, Mischungsverhältnis von Schmutz- und Frischwasser, Wassertemperatur- und tiefe und die Sonneneinstrahlung in passender Weise vorliegen.