Hydrologie Klimawandel erschwert den Seen die Erneuerung der tiefen Wasser

Kalte Winter sind für Seen vital, denn sie helfen, tiefe Wasserschichten mit Sauerstoff anzureichern. Was aber, wenn kalte Winter im Zuge des Klimawandels ausbleiben? Ein EPFL-Forscher hat herausgefunden, dass zumindest der Genfersee über eine Art Notsystem verfügt.

Seen müssen einen bestimmten Gehalt an gelöstem Sauerstoff aufweisen, um die Wasserqualität zu erhalten und ihre Ökosysteme zu schützen. Tiefe Wasserschichten sind sauerstoffarm, werden aber durch sogenannte konvektive Abkühlung in der kalten Jahreszeit mit Sauerstoff angereichert. Denn die Kälte sorgt dafür, dass die sauerstoffreichen Oberflächenschichten sich verdichten und absinken können. Dadurch werden die sonst unbeweglichen Schichten vermischt und die Tiefen belüftet.

Bei tiefen Seen in gemässigten Klimazonen wie dem Genfer See sind die Winter oft nicht kalt genug, um diesen Prozess in ausreichendem Masse stattfinden zu lassen, so dass die sehr tiefen Gewässer nicht belüftet werden. Die letzte konvektive Abkühlung des Genfer Sees in voller Tiefe fand 2012 während einer Kältewelle statt, wie es in einer Mitteilung der ETH Lausanne (EPFL) vom Freitag heisst.

Rafael Reiss, der kürzlich am Ecological Engineering Laboratory (ECOL) der EPFL promoviert hat, hat in seiner Doktorarbeit die Mechanismen der Tiefenwassererneuerung am Beispiel des Genfersees untersucht. Er hat herausgefunden, dass der Lac Léman über zwei Notsysteme verfügt, die ihn auch bei ausbleibender Kälte auf natürliche Weise belüften. Der Wind spielt dabei eine tragende Rolle.

Der Wind als Nothelfer

Reiss hat gezeigt, dass die starken Winterwinde, die häufig von Südwesten über den Genfersee wehen, die Küstengewässer am Nordufer des Grand Lac in Richtung Seemitte treiben, wo sie durch das Aufsteigen tieferer Gewässer ersetzt werden. Die gleichen Winde treiben das Oberflächenwasser des Petit Lac in Richtung Grand Lac, wodurch tieferes Wasser aus dem Grand Lac an dessen Stelle tritt.

Diese beiden komplexen Austauschmechanismen bewirken, dass die sauerstoffarmen und nährstoffreichen unteren Wasserschichten aufsteigen, manchmal aus Tiefen von über 200 Metern (der Genfersee hat eine maximale Tiefe von 309 Metern). Dieses aufgestiegene Tiefenwasser kann mehrere Tage lang in der Nähe der Oberfläche verbleiben (oder sogar die Oberfläche erreichen), bevor es wieder in grosse Tiefen absinkt, wo es durch den Austausch mit den oberen Schichten und der Atmosphäre mit Sauerstoff angereichert werden kann.

«Die von uns untersuchten Mechanismen könnten eine zunehmend wichtige Rolle bei der Erneuerung und Belüftung der tieferen Schichten des Sees spielen», sagt Reiss.