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Erde+Umwelt

Dünnes Eis: Wie die Erwärmung Seen verändert

Seeeis
Eis aus einem winterlichen See. (Bild: Stella Berger)

Unsere Winter werden immer milder und als Folge frieren auch viele Seen immer seltener zu. Das jedoch hat weitreichende Folgen, weil die Eisbedeckung für Wasser und Bewohner fundamentale Veränderungen mit sich bringt – und daran haben sich die meisten Wasserorganismen angepasst. Welche Folgen es für die limnischen Ökosysteme hat, wenn die winterliche Ruhepause unter dem Eis entfällt, haben Wissenschaftler nun näher untersucht.

Weltweit gibt es etwa 100 Millionen Seen. Von diesen liegt der größte Teil in den kühlen Regionen jenseits des 45. nördlichen Breitengrads, was bedeutet, dass diese Seen im Winter relativ regelmäßig zufrieren. Die Eisbedeckung isoliert die Seen von der umgebenden Landschaft und Atmosphäre und beeinflusst damit grundlegende physikalische, chemische und biologische Prozesse in diesen Gewässern. „Das Seeeis beeinflusst den Transfer von Energie, Wärme, Licht und Material zwischen den Seen und ihrer Umgebung und erzeugt Bedingungen, die sich dramatisch von denen des offenen Wassers unterscheiden“, erklären Emily Cavaliere von der University of Saskatchewan und ihre Kollegen.

Isolierte Welt unter dem Eis

Welche Folgen eine schwankende oder fehlende winterliche Eisbedeckung auf diese Prozesse hat, hat das Forschungsteam im Rahmen von drei Fallstudien näher untersucht. „Wir wissen, dass die Eisbedeckungen von Seen abnehmen werden, aber uns fehlte bislang ein konzeptioneller Rahmen, um die Auswirkungen solcher Veränderungen auf die Struktur und Funktion von Ökosystemen zu verstehen und vorherzusagen“, erläutert Co-Autorin Stella Berger vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin. Das Seeeis-Kontinuum-Konzept des Teams erlaubt es, die Veränderungen in einem eisbedeckten See und die Auswirkungen näher zu beschreiben.

So regulieren die Dicke und die optischen Eigenschaften von Eis und Schnee die Menge der Sonnenstrahlung, die in den See eindringt, und schirmen ihn gleichzeitig vor Wind ab. Dadurch reguliert die Eisbedeckung auch die Durchmischung des Wassers und beeinflusst die vertikalen thermischen und chemischen Gradienten des Sees. Das ist beispielsweise für die Sauerstoffverfügbarkeit in der Wassersäule von Bedeutung. Gleichzeitig hat auch die veränderte Wassertemperatur Auswirkungen: „In einem See ohne Eis erwärmt sich das Wasser im Frühjahr schneller, was die Entwicklung von wärmeliebenden Blaualgen zur Folge haben kann. Dadurch kann sich die Wasserqualität verschlechtern“, so die Forscherin.

Auswirkungen bis in den folgenden Sommer hinein

Ein weiterer Faktor sind Nährstoffe: „Die Zufuhr, Akkumulation und Umsetzung von Nährstoffen und Kohlenstoff im Winter schafft die Voraussetzungen für die Primärproduzenten im Frühjahr“, erläutert Berger. Der Winter entscheidet daher über die Nahrung, die im Frühjahr und Sommer für die Algen und damit die Basis des Nahrungsnetzes zur Verfügung steht. Wie das Team feststellte, sind beispielsweise hohe Chlorophyll-Konzentrationen im Winter mit niedrigen Chlorophyllwerten im darauffolgenden Sommer gekoppelt. Offenbar sorgt die höhere Produktivität der Algen in einem milden Winter dafür, dass in den Folgemonaten Nährstoffmangel herrscht. „Wenn also aufgrund von geringer Eisbedeckung die Stoffwechselaktivitäten im See im Winter so richtig angekurbelt werden, kann das die Nahrungsmenge für Lebewesen im Sommer verringern“, sagt Berger.

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All dies wirkt sich nicht nur auf die Primärproduzenten im See aus, sondern über die Nahrungskette auf die gesamte Lebenswelt des Gewässers. Wie die Wissenschaftler erklären, wird es bei einer weiter abnehmenden Eisbedeckung dadurch auf allen Ebenen des Nahrungsnetzes Gewinner und Verlierer geben. Zu Letzteren gehören vor allem die Organismen, deren saisonale Aktivität stark an die winterliche Ruhepause des Gewässers angepasst ist, sowie an den starken Kontrast von Sommer und Winter. Weil sie im ökologischen Gefüge der limnischen Lebenswelt eine eher spezialisierte Nische einnehmen, wird der Eisverlust vor allem diese Arten benachteiligen. Dieses Phänomen sei bereits bei Fischen beobachtbar, erklärt das Forschungsteam.

Für die Zukunft bedeutet dies: Als Folge des Klimawandels und der immer milderen Winter wird sich die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften in den Seen verändern – auch unserer Breiten. Das Herausfallen einiger, vorwiegend kälteliebender Spezies wird nach Angaben von Cavaliere und ihren Kollegen zu ökologischen Kaskadeneffekten führen, die Verschiebungen im gesamten Artenspektrum nach sich ziehen.

Quelle: Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB); Fachartikel: Biogeosciences, doi: 10.1029/2020JG006165

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