Die Sprungschicht


 
Die Sprungschicht
 

Stehende Gewässer weisen durch ihren bewegungsarmen Wasserkörper physikalische Gesetzmässigkeiten auf, die besondere ökologische Verhältnisse schaffen. Wegen der relativ geringen Wärmeleitfähigkeit des Wassers dringt die Sonneneinstrahlung nur wenige Meter in den Wasserkörper ein. Die schwachen Sommerbrisen schaffen nur eine geringe Durchmischung der obersten Wassermassen und demzufolge eine Aufwärmung bis zu höchstens 15-20 m Tiefe. Da das erwärmte Wasser eine geringere Dichte aufweist als das kühlere Tiefenwasser, schwimmt es obenauf, getrennt durch das sogenannte Sprungschicht in welcher die Temperatur rasch abnimmt. Bei weiterer Erwärmung des Sees verlagert sich die Sprungschicht gegen die Tiefe.
 Zwischen dem kalten Tiefenwasser (Hypolimnion) und der warmen Oberflächenschicht (Epilimnion) findet aber kein Austausch statt, der See befindet sich in einer Phase von stabiler Schichtung, man spricht von der Sommer-Stagnation.
 
 Während dieser Stagnationsperiode bleibt der Sauerstoffeintrag auf die Deckschicht beschränkt; das Tiefenwasser ist auf seinen eigenen Sauerstoffvorrat angewiesen, was zu kritischen Zuständen führen kann weil gerade hier der sauerstoffzehrende Abbau der aus der Deckschicht
 herabsinkenden abgestorbenen Organismen vor sich geht.
 
 Beziehungen der Schichten untereinander (Zirkulationsbewegungen im See):
 Jene Beziehungen werden durch die abiotischen Umweltfaktoren wie Licht, Temperatur und Wind beeinflusst. Die Temperatur ist für die Zirkulation verantwortlich und beeinflusst vor allem die Lebensbedingungen im See. Wasser besitzt bei 4°C seine größte Dichte, deshalb ist kälteres als auch wärmeres Wasser aufgrund der geringeren Dichte leichter. Außerdem hat Wasser eine hohe spezifische Wärmekapazität und eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Darum wird die Wärme hauptsächlich durch Wasserbewegungen in verschiedene Schichten transportiert. Wenn das Oberflächenwasser im See durch Sonneneinstrahlung erwärmt wird, lagert es als warme und damit leichte Oberflächenschicht auf der kälteren, schwereren Tiefenschicht. Die Temperatur nimmt jedoch nicht allmählich von der Oberfläche bis hin zum Grund ab.
 
 An der somit entstandenen Grenze zwischen dem leichteren Oberflächen- und dem schwereren Tiefenwasser entsteht eine Sprungschicht (Metalimnion). In der so genannten Metalimnion sinkt die Temperatur innerhalb weniger Meter stark ab. Aufgrund dieser bestehenden Schichtung findet kein Austausch mehr von Oberflächenwasser gegen Tiefenwasser statt. Dieser Vorgang wird als Sommerstagnation bezeichnet. Es gibt jedoch Umwälzungen in der oberen Wasserschicht, welche durch Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht während der Sommerstagnation bedingt werden. Diese Umwälzungen führen zu einem weitgehend ausgeglichenen Temperatur -Sauerstoffverhältnis.
 
 Im Herbst kühlt schließlich das Oberflächenwasser wieder ab und sinkt in Wasserschichten mit gleicher Temperatur und Dichte ab. Nun unterstützt der abiotische Umweltfaktor Wind die einsetzenden Zirkulationsbewegungen, welche verschiedene Wasserschichten durchmischen. In diesem Fall spricht man von einer Vollzirkulation. Jene beinhaltet den Austausch zwischen dem sauerstoffreichen, kohlenstoffdioxid- und nährstoffarmen Oberflächenwasser und dem sauerstoffarmen, kohlenstoffdioxid- und nährstoffreichen Tiefenwasser.
 
 Wenn die Temperatur jedoch weiter absinkt bildet sich eine neue Schichtung aus. Das Oberflächenwasser bzw. Eis, das kälter als 4°C ist liegt dann über dem wärmeren Tiefenwasser. Demnach besitzt das Hypolimnion über das ganze Jahr hinweg eine gleichmäßige Temperatur von 4°C.
 Ein See von entsprechender Tiefe kann somit bei sehr niedrigen Temperaturen nicht durchfrieren, was wiederum der Grund für das Überleben der Organismen ist.
 
Nach der Eischmelze sinkt das erwärmte Oberflächenwasser ab, und es entsteht erneut eine Zirkulation. Die vom abiotischen Umweltfaktor Wind erzeugten Strömungen können ähnlich wie herbstliche Vollzirkulationen nun auch im Frühjahr zum Austausch von Oberflächenwasser gegen Tiefenwasser führen. (siehe Abbildung der Vollzirkulation) Demnach wechseln Zirkulation und Stagnation zwei mal im Jahr.