EUTROPHIERUNG: PROZESS, URSACHEN, FOLGEN, LÖSUNGEN - UMGEBUNG - 2025

Die Eutrophierung ist ein Überschuss an Nährstoffen, die zu einem Gewässer beitragen und eine Populationsexplosion von Algen, Cyanobakterien und Wasserpflanzen verursachen. Dieses Phänomen bewirkt wiederum die Abnahme des im Wasser gelösten Sauerstoffs und beeinflusst daher das Leben unter Wasser.

Der gelöste Sauerstoff nimmt aufgrund der verringerten Photosynthese durch untergetauchte Algen und Pflanzen ab. Dies tritt sowohl aufgrund der Blockierung des Sonnenlichts aufgrund der Proliferation von Oberflächenpflanzen als auch aufgrund des höheren Sauerstoffverbrauchs dieser Populationen auf.

Ansammlung von Algen durch Eutrophierung.

Eutrophierung kann aufgrund natürlicher Ursachen auftreten, wenn die Größe oder der Fluss eines Gewässers verringert wird oder außergewöhnliche Regenfälle auftreten, die die Gewässer mit Nährstoffen belasten. In den meisten Fällen erfolgt die Eutrophierung jedoch aus vom Menschen verursachten (anthropischen) Ursachen.

Das Problem der Eutrophierung wächst weltweit und mehr als die Hälfte der Seen der Welt leidet in gewissem Maße darunter. In ähnlicher Weise vermehren sich tote Zonen in den Meeren aufgrund des Auftretens dieses Phänomens und identifizieren mehr als 700 von ihnen.

Prozess von

Die Eutrophierung beginnt mit dem Beitrag ungewöhnlicher Mengen an Nährstoffen, insbesondere Stickstoff (N) und Phosphor (P), zum Wasser. Diese Beiträge können sowohl aus natürlichen als auch aus menschlichen (anthropischen) Quellen stammen, sind jedoch in jedem Fall das Produkt und die Ursache eines ökologischen Ungleichgewichts.

Die bevorzugten Organismen

Die außergewöhnliche Aufnahme essentieller Nährstoffe für das Pflanzenwachstum begünstigt die Entwicklung invasiver Wasserpflanzen und Algen. Es kann sowohl Phytoplankton als auch Makroalgen sein und es kommt auch zur Proliferation von Cyanobakterien.

Vermehrung von Algen durch Eutrophierung. Quelle: Felix Andrews (Floybix)

Diese Organismen haben hohe Reproduktionsraten und wachsen schnell. Mit genügend Nährstoffen haben sie Wettbewerbsvorteile. Sie wachsen auf der Oberfläche des Gewässers und bedecken die gesamte Oberfläche.

Das Licht

Schwimmende Algen und Wasserpflanzen, die die Oberfläche bedecken, verhindern, dass Sonnenlicht in die unteren Wasserschichten eindringt. Aus diesem Grund können die untergetauchten Algen und Pflanzen nicht photosynthetisieren und beginnen zu sterben.

Gelöster Sauerstoff

Die Blockierung der Unterwasser-Photosynthese durch diese oberflächliche Vermehrung der Pflanzenmasse impliziert auch die Abnahme des im Wasser gelösten Sauerstoffs. Darüber hinaus sind andere Quellen für gelösten Sauerstoff, wie der Austausch mit der Atmosphäre, aufgrund der durch die oberflächliche Pflanzenmasse ausgeübten Blockade begrenzt.

Sauerstoffbedarf

Unter der Oberfläche nimmt die Aktivität zersetzender Organismen, insbesondere Bakterien und Archaeen, zu. Dies impliziert einen Anstieg des Bedarfs an gelöstem Sauerstoff, der verringert wird.

Die Zunahme der Zersetzungsaktivität ist eine Folge der größeren Versorgung mit organischer Substanz infolge der Explosion der Oberflächenpopulation. Die Zunahme des Todes von Unterwasserorganismen beeinflusst auch.

Der interne Beitrag des organischen und des externen Beitrags durch kontaminierte Abwässer erfordert mehr Sauerstoff für seine biochemische Stabilisierung (biochemischer Sauerstoffbedarf). Wenn Sauerstoff knapp ist, sammelt sich halb zersetztes organisches Material an, das gesamte Ökosystem gerät in eine Krise und das Leben verschwindet.

Ursachen

Die Eutrophierung wird durch eine Nährstoffversorgung verursacht, die höher ist als das übliche Gleichgewicht des Ökosystems. Was sowohl aus natürlichen als auch aus künstlichen Gründen geschehen kann, obwohl erstere selten sind.

- Natürliche Ursachen

Auf dem Meer

Tiefe Kaltwasserströmungen können zu Ausbrüchen der Phytoplanktonpopulation führen, indem Nährstoffe vom Meeresboden an die Oberfläche gezogen werden (Aufschwellen). Ebenso sind Algenblüten oder -blüten natürliche Phänomene, die durch verschiedene Faktoren verursacht werden, die das Wachstum von Phytoplankton begünstigen.

Unter solch günstigen Bedingungen kommt es zu ungewöhnlichen Populationszunahmen von Dinoflagellaten und Kieselalgen. Einige Arten von Mikroalgen sind harmlos und nützlich, andere sind giftige Algen wie Dinoflagellaten der Gattung Alexandrium.

Diese Toxizität beruht auf der Emission von Toxinen wie Saxitoxin, Ciguatoxin und Gonyatoxinen durch Mikroalgen.

In frischem Wasser

Die Flüsse in ihrer Ableitung entlang des Kanals erzeugen Mäander oder markierte Kurven, die manchmal isoliert bleiben. Auf diese Weise entstehen Hufeisenlagunen, die durch Regenwasser, Abfluss oder periodische Überläufe des Flusses gespeist werden.

In diesen Wasserreservoirs gibt es eine höhere Nährstoffkonzentration als im Fluss, da es keinen Abfluss gibt. Daher treten bei der Vermehrung von Algen und aquatischer Vegetation natürliche Eutrophierungsphänomene auf.

- Anthropische Ursachen

Die wichtigste Ursache für die Eutrophierung ist heute die Kontamination von Gewässern durch menschliche Aktivitäten. Insbesondere Abwasser ohne angemessene Behandlung und diffuse Verschmutzung durch die Landwirtschaft, die weltweit am wichtigsten ist.

Düngemittel und Pestizide

Chemische Düngemittel bestehen aus Verbindungen, die speziell entwickelt wurden, um essentielle Nährstoffe für das Pflanzenwachstum bereitzustellen. Die Hauptdüngerformel enthält Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K).

Eutrophierung. Quelle: F. lamiot (eigene Arbeit)

In landwirtschaftlichen Systemen ist die Anwendung dieser Produkte ineffizient, so dass fast 60% mit Abflusswasser gewaschen werden. Diese Nährstoffe gelangen in Gewässer wie Flüsse oder schließlich Seen und Ozeane, die durch Abflusswasser transportiert werden.

Städtische Abwässer

Abwasser aus Haushalten, Büros und Fabriken liefert eine große Menge organischer Stoffe und anorganischer Substanzen, die die Eutrophierung fördern. Inländisches Abwasser enthält eine hohe Ladung organischer Stoffe, die, wenn sie nicht behandelt werden, die Gewässer erreichen.

Zu den Seifen und Reinigungsmitteln, die in der Körperpflege, im Haushalt und in anderen Einrichtungen verwendet werden, gehören auch Phosphate und Nitrate.

Saurer Regen

Industrien emittieren Gase, die unter anderem Stickoxide enthalten, in die Atmosphäre. Diese Gase erzeugen bei der Reaktion mit Wasserdampf Säuren, die ausfallen und Gewässer erreichen.

Diese Verbindungen sind zusätzliche Quellen für Nitrate, die einer der Hauptnährstoffe sind, die das Pflanzenwachstum fördern.

Erderwärmung

Der Anstieg der globalen Temperaturen begünstigt die Eutrophierung, da das warme Wasser die Verbreitung von Algen und Wasserpflanzen fördert. Andererseits nimmt die Menge an gelöstem Sauerstoff proportional zum Anstieg der Wassertemperatur ab.

- Ausschlaggebende Faktoren

Andere Faktoren tragen zur Entwicklung der Eutrophierung bei, darunter mangelnde Wassermobilität, geringe Tiefe, geringer Durchfluss und hohe Wassertemperaturen. Je weniger Wasser sich im aquatischen Ökosystem befindet oder je langsamer die Erneuerungsrate ist, desto schneller erreicht es die Nährstoffsättigung.

Folgen

Eutrophierung ist ein ernstes Problem, das hauptsächlich Süßwasserökosysteme betrifft, aber auch in marinen Ökosystemen. Weltweit weist etwa die Hälfte der Seen einen gewissen Grad an Eutrophierung auf, und viele Flüsse sowie Küstengebiete weisen aufgrund dieser Ursache tote Gebiete auf.

- Das Verschwinden des Lebens im Ökosystem

Die Hauptfolge der Eutrophierung ist die Abnahme der biologischen Vielfalt im Ökosystem und schließlich das Verschwinden des Wasserlebens. In den frühen Stadien begünstigt der Nährstoffüberschuss die Proliferation eindringender Organismen, die unter diesen Bedingungen ein schnelles Wachstum und eine schnelle Reproduktion zeigen.

Eutrophierung im Potomac River (USA). Quelle: Alexandr Trubetskoy

In dem Maße, in dem diese Arten vorherrschen, verdrängen sie den Rest der Arten im Ökosystem und verringern ihre biologische Vielfalt. Mit fortschreitender Eutrophierung werden die Bedingungen auf Unterwasserebene für das Leben ungünstig und Organismen sterben ab.

Auf diese Weise verschwinden untergetauchte Fische, Algen und Pflanzen sowie andere Wasserorganismen aufgrund des Sauerstoff- und Lichtmangels. Das endgültige Ziel, wenn die Eutrophierung anhält, ist das fast vollständige Verschwinden des Wasserlebens.

Giftige Gase

Die Aktivität anaerober Bakterien erzeugt giftige Gase wie Schwefelwasserstoff, die zum Tod von Wasserorganismen führen.

Auswirkungen in der gesamten Region

Die Auswirkungen erstrecken sich auf terrestrische Ökosysteme, da auch jene Lebewesen, die vom Gewässer abhängig sind, umkommen oder wandern. Dies ist sowohl auf den Verlust der Nahrungsquelle als auch auf die Verschlechterung der Trinkqualität des Wassers zurückzuführen.

- Rückgang der Lebensmittelproduktion

In eutrophierten Gebieten nimmt die Nahrungsmittelproduktion mit abnehmender Fischerei ab, da die ersten betroffenen Organismen Fische sind. Diese müssen bei Flüssen und Meeren das Gebiet verlassen, während sie in den Seen verschwinden.

- Verlust von Trinkwasserquellen

Trinkwasser muss Qualitätsbedingungen erfüllen, einschließlich des Gehalts an gelöstem Sauerstoff, des pH-Werts und der Abwesenheit von organischen und anorganischen Verunreinigungen. Wenn eine Eutrophierung auftritt, reduziert das Wasser im Ökosystem seinen Gehalt an gelöstem Sauerstoff und sammelt große Mengen an zersetzendem organischem Material an.

Dies ist wiederum gesundheitsschädlich und verursacht schlechte Gerüche und Farbveränderungen, die mit seiner Verwendung als Trinkwasser unvereinbar sind. Der pH-Wert des Wassers ändert sich und wird durch die Anwesenheit organischer Säuren saurer.

Gesundheitsbedingungen

Die öffentliche Gesundheit kann durch den Verbrauch von nicht trinkbarem Wasser aus eutrophen Gewässern beeinträchtigt werden. Darüber hinaus trägt die Vermehrung bestimmter Mikroalgen Giftstoffe zum Wasser und zu den Organismen bei, die es verbrauchen.

In ähnlicher Weise erzeugt die Zunahme anaerober Bakterien die Emission toxischer Gase wie Schwefelwasserstoff und Methan.

- Abnahme der touristischen Aktivität

Aquatische Ökosysteme sind wichtige Pole der Touristenattraktion, die Arbeitsquellen und lokale Entwicklung erzeugen. Diese Vorteile sind durch Eutrophierung bedroht, da sie sowohl die biologische Vielfalt als auch die Landschaftswerte des Gebiets beeinflussen.

- Wirtschaftliche Verluste

Infolgedessen führt die Eutrophierung zu großen wirtschaftlichen Verlusten in Bezug auf verringerte Fischerei, Tourismuseinkommen und Wasserverbrauch.

Lösungen

Lösungen für das Problem der Eutrophierung müssen unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung des Phänomens und seiner Behebung angegangen werden.

- Prävention

Ausgangspunkt für die Prävention der Eutrophierung ist das Bewusstsein der Bürger für ihre Existenz, Ursachen und Folgen. Auf diese Weise können sich die Bürger für die notwendigen Maßnahmen einsetzen.

Vermeiden Sie Wasserverschmutzung

Die grundlegende Lösung für das Problem der Eutrophierung aufgrund anthropischer Ursachen ist die Verringerung der Wasserverschmutzung. Hierzu ist eine angemessene Behandlung von häuslichem und industriellem Abwasser erforderlich, bevor es in Gewässer eingeleitet wird.

Es ist auch notwendig, andere indirekte Quellen der Wasserverschmutzung zu kontrollieren, wie z. B. Gasemissionen, die sauren Regen erzeugen.

Neues Modell für Landwirtschaft und Viehzucht

Die durch landwirtschaftliche und tierische Aktivitäten verursachte Wasserverschmutzung ist diffus, dh die Schadstoffquellen können nicht genau identifiziert werden. Die Lösung des Problems des Beitrags von Schadstoffen durch diese Aktivitäten besteht darin, die technologischen Produktionsschemata zu ändern.

Es ist eine Landwirtschaft erforderlich, die weniger Inputs verwendet, insbesondere Düngemittel und Herbizide, Verbindungen, die Nitrite und Phosphate zum Wasser beitragen. So sind landwirtschaftliche Systeme mit geschlossenem Nährstoffkreislauf wie der Hydrokultur weniger umweltschädlich in Bezug auf Beiträge zu Ökosystemen.

Aufmerksamkeit ist auch der Entsorgung organischer Abfälle, der Sammlung und Behandlung von Abwasser in tierischen Produktionssystemen zu widmen.

- Sanierung

Sobald der Eutrophierungsprozess eines Gewässers im Gange ist, gibt es verschiedene Alternativen, um das Problem zu beheben.

Extraktion der Gemüsemasse

Angesichts der Verbreitung schwimmender Wasserpflanzen wie Lenna (Lennaceae), Bora (Eichhornia crassipes) oder anderer ist es möglich, Sammelprogramme durchzuführen. Dies besteht darin, die Pflanzen mit schleppenden Mayas massiv von der Oberfläche des Gewässers zu entfernen.

Wasserreinigung

In schweren Fällen von Kontamination kann Wasser einer Reinigungsbehandlung unterzogen werden, indem es vom Gewässer zu den Kläranlagen zurückgeführt wird.

Biologische Kontrolle

Es gibt einige Organismen, die die Algen und Wasserpflanzen verbrauchen, die sich bei der Eutrophierung vermehren. Es wurden heterotrophe Weideprotisten verwendet, das heißt, sie verbrauchen Mikroalgen, um die Populationen zu reduzieren, die sich bei der Eutrophierung vermehren.

Ebenso wurde der Pilz Cercospora piaropi zur Bekämpfung von Eichhornia crassipes verwendet, einem schwimmenden Angiospermen, das sich unter eutrophen Bedingungen vermehrt.

Chemische Kontrolle

Eine Alternative ist die Ausflockung und Ausfällung von Mikroalgen, insbesondere bei toxischen Algenblüten. Dies wird durch Zugabe von Produkten wie Natriumhypochlorit (NaOCl), Tonen (Kaolinit) oder Kombinationen wie Polyaluminiumchlorid mit Bentonit erreicht. Diese Produkte ziehen die Mikroalgen an und haften an ihnen. Sie bilden Flocken oder Massen, die dann am Boden ausfallen.

Beispiele für Gebiete mit Eutrophierung

Eutrophierung im Kaspischen Meer. Quelle: Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, NASA / GSFC

- Marine tote Zonen oder Gebiete

Das Umweltprogramm der Vereinten Nationen weist auf die Existenz von mehr als 700 toten Gebieten in den Weltmeeren hin. Diese Totzonen sind auf eine geringe Konzentration an gelöstem Sauerstoff aufgrund von Eutrophierung zurückzuführen und ihre geschätzte Fläche beträgt mehr als 240.000 km².

Die tote Zone des Golfs von Mexiko

Eine der ausgedehntesten marinen Totzonen der Welt ist die sogenannte Totzone des Golfs von Mexiko. Es sind mehr als 20.700 km² Meer, die unter ernsthaften Problemen der Eutrophierung leiden, mit der Verbreitung von schwimmenden Makro- und Mikroalgen.

Die zentrale Ursache für die Eutrophierung dieses Gebiets ist das verschmutzte Wasser des Mississippi, der seine Mündung in den Golf hat. Der Mississippi verläuft durch einen Großteil der landwirtschaftlichen Zone Nordamerikas und ist ein Einzugsgebiet mit einer hohen Belastung durch landwirtschaftliche Schadstoffe.

- Das schwarze Meer

In diesem Binnenmeer zwischen Europa und Asien ist seit den 1970er Jahren ein Anstieg der Algenblüten zu verzeichnen. Dies hat zu einem Rückgang der Populationen von Flachwasserarten geführt.

Nach Angaben der Europäischen Umweltagentur treten jeden Sommer hypoxische und anoxische Phänomene aufgrund der Aktivität von Algen auf. All dies aufgrund der Eutrophierung durch Nährstoffe, die durch landwirtschaftliche und industrielle Aktivitäten im Becken dieses Meeres bereitgestellt werden.

Empfindlichkeit gegenüber Eutrophierung

Als Binnenmeer, dessen einzige indirekte Ozeanverbindung der Bosporus ist, ist die Erneuerung des Wassers sehr langsam. Dies macht es zusammen mit der hohen Kontamination in den Becken, die es versorgen, besonders anfällig für Eutrophierung.

Tatsächlich haben sich die durchschnittlichen Konzentrationen von Nitraten und Phosphaten von 1960 bis 1992 um das 18-fache erhöht. Die größten Schadstoffbeiträge stammen aus den Einzugsgebieten der Flüsse Donau, Dnjepr und Dnister.

- Der See von Valencia

Dieser See, auch Los Tacariguas See genannt, liegt im Norden Venezuelas mit einer Fläche von 344 km². Es bildet ein endorheisches Becken, das heißt geschlossen, von 3.140 km². Viele seiner Nebenflüsse führen durch Städte im Zentrum des Landes wie Valencia und Maracay mit hoher Bevölkerungszahl und Industriegebieten.

Valencia Lake Basin (Venezuela). Quelle: Fev

Der Großteil des städtischen und industriellen Abwassers wird ohne angemessene Behandlung in Flüsse eingeleitet, die in Entwässerungsrinnen umgewandelt wurden. Dies hat dazu geführt, dass sich über Jahrzehnte große Mengen an Schadstoffen angesammelt haben, einschließlich organischer und anorganischer Nährstoffe.

Seit 1974 haben sich die Stickstoffkonzentrationen im See verdoppelt und der Phosphor verdreifacht. Befindet sich über dem, was in 146% für Stickstoff und 250% für Phosphor zugelassen ist. All dies hat ein weitreichendes Phänomen der Eutrophierung verursacht, das inzwischen weit fortgeschritten ist.

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