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Gewässerzirkulation im See
 

Jeder Süßwassertaucher kennt das: in einer bestimmten Tiefe wird kurz mal alles unscharf und ein paar Zentimeter tiefer glaubt man, man hätte tausende kleine Nadeln in die Gesichtshaut gerammt bekommen.  Klar, wir reden von der Sprungschicht. Immer wieder versenken wir uns in verschiedene Seen, aber nur wenige wissen wohl genaueres über deren Aufbau oder die Prozesse, welche mit dem Wechsel der Jahreszeiten Jahr für Jahr in unseren Seen ablaufen. Hier ein paar Infos...

Ökosystem See – Aufbau

In unseren Breitengraden prägt sich im Sommer eine thermische Schichtung aus. Den gleichtemperierten oberen Teil des Pelagials nennt man Epilimnion. Dort, wo die ausgleichenden Vertikalströmun­gen aufhören, beginnt in tieferen Seen die Sprungschicht oder das Metalimnion. Die Temperatur sinkt hier plötzlich um 1 bis 3°C und mehr je Meter. Unter­halb der Sprungschicht bleibt die Tem­peratur bis zum Grund annähernd gleich. Jene, meist tropholytische Re­gion heißt Hypolimnion.

Woher kommt diese Schichtung?

Die Wasserzirkulation hat ihre Ursache in Vertikalströ­mungen, die als Folge der Besonderhei­ten des Wärmehaushaltes der Seen auf­treten und in der physikalischen An­omalie des Wassers, das seine größte Dichte bei 4°C erreicht, begründet sind. 4°C warmes Wasser wird sich deshalb immer über dem Seegrund befinden, weil es schwerer ist. Kälteres Wasser (und auch wärmeres) hat eine geringere Dichte und wird sich daher immer darüber befinden.

Das ist der Grund dafür, dass ein See zum Glück immer von der Oberfläche her zufriert, da das leichtere Eis auf dem Wasser schwimmt. Ohne diese Dichteanomalie wäre Leben im Wasser kaum möglich, weil der See komplett zufrieren würde.

Im Sommer befindet sich also  das warme Wasser an der Oberfläche. Der Wind kann nur diese obere und leichtere Wasserschicht durchmischen, tiefere bleiben vom Wind unberührt. Dies führt dann allmählich zu der bekannten Ausbildung von Oberflächenschicht, Sprungschicht und Tiefenschicht.

Die verschiedenen Zirkulationsphasen im Laufe der Jahreszeiten

 

Herbstzirkulation

  • Im Herbst sinkt die Temperatur des Oberflächenwassers; es beginnt die Herbstteilzirkulation, die schließlich in die Herbstvollzirkulation übergeht und dann von der Winterstagnation abgelöst wird. Das wärmere Wasser der Oberfläche beginnt langsam abzukühlen. Nach einiger Zeit hat das ganze Wasser eine einheitliche Temperatur, die Schichtung des Sommers existiert nicht mehr, die Sprungschicht entfällt. Wind und Sturm führen allmählich zu einer tieferen Durchmischung, die bei Abkühlung auf 4°C den gesamten Wasserkörper erfasst und zirkulieren lässt. Sauerstoff und andere Nährstoffe verteilen sich dann im gesamten See.

Winterstagnation

  • Im Winter ist der Wasserkörper stabil geschichtet. Das Tiefenwasser zeigt eine Temperatur von etwa 4°C, die Oberflächentemperatur liegt bei 0°C, d.h., das Wasser mit der größeren Dichte liegt am Seeboden, das mit der geringeren Dichte (Eis) an der Oberfläche. Der See befindet sich in der Periode der Winterstagnation. Er­wärmt sich im Frühjahr das Oberflä­chenwasser, so beginnt es, bis zum Hori­zont gleicher Temperatur abzusinken.

Frühjahrszirkulation

  • Das Eis wird langsam schmelzen, das Oberflächenwasser erwärmt sich und sinkt durch die Dichtezunahme ab. Während dieser Frühjahrsteilzirkulation werden zunächst die oberen, dann auch die unteren Schichten durchmischt. Hat die gesamte Wassersäule die Temperatur von 4°C erreicht, zirkuliert der ganze Wasserkörper. Während dieser Früh­jahrsvollzirkulation gelangen die Nähr­stoffe wieder in die trophogene Ober­schicht und stehen dem Phytoplankton zur Verfügung. Die Tiefenregionen werden durch den gleichen Vorgang mit sauerstoffreichem Wasser versorgt.

Sommerstagnation

  • Erwärmt sich das Oberflächenwasser über 4°C, nimmt seine Dichte ab; es entsteht wieder eine stabile Schichtung mit leichterem Wasser an der Oberfläche und schwererem in der Tiefe. Da der Wind aber nur in der Lage ist, Wasser mit annähernd gleicher Dichte zu bewegen, zirkuliert nur noch die Oberflächenschicht. Diese erwärmt sich dabei je nach Umgebungstemperatur weiter. Eine Durchmischung des Tiefenwassers ist nun nicht mehr möglich, die Sprungschicht prägt sich aus und wird immer deutlicher.. Der See befindet sich in der Peri­ode der Sommerstagnation. Durch Tem­peraturunterschiede zwischen Tag und Nacht, Wärmeausstrahlung und Wind­einwirkung entstehen in der oberen Wasserschicht Vertikalströmungen, die einen Temperaturausgleich innerhalb der Deckschicht zur Folge haben.