Liebe Leser,
die Hitze macht nicht nur den Landbewohnern zu schaffen, sondern auch den aquatischen Lebensformen. Es kommt sogar zu Fischsterben, weil der Sauerstoffgehalt in Gewässern bei Erwärmung sinkt. Aber wieso eigentlich – und wie kommt der Sauerstoff da überhaupt rein.
Am Wasserfall oder bei Wellengang ist offensichtlich, wie Sauerstoff aus der Luft ins Gewässer kommt. Er wird mit hineingewirbelt, gerissen, gerührt und geschüttelt. Mit mehr oder weniger sanfter Gewalt wird Gas und Flüssigkeit dann vermischt. Wenn aber der See ruhig ruht und die Luft darüber auch, wieso sollten sich die zwei Phasen gasförmig und flüssig irgendwie näher miteinander befassen? Vor allem, da das Sauerstoffatom unpolar, die Wasseratome aber ziemlich polar sind?
Sehr vereinfacht gesagt geschieht die Vermischung von Gas und Wasser mittels Diffusion. Die Diffusion! Ja, mir dämmert was. Das ist auf jeden Fall eine tolle Sache. Ohne sie könnten wir zum Beispiel nicht lebenserhaltend atmen. Diffusion findet statt, weil sie auf der Wärmebewegung der Teilchen basiert, der Brownschen Molekularbewegung. Letztendlich führt Diffusion zur Durchmischung zweier Stoffe und zum Ausgleich von Konzentrationsunterschieden. Ein einfacher Versuch zu diesem Vorgang wäre in unseren Breiten bei heißen Temperaturen die Herstellung eines nahezu antialkoholischen Schorles: Man gebe wenige Tropfen dunklen Lemberger in ein Glas mit Wasser. Nach geraumer Zeit hat die gesamte Flüssigkeit eine Farbe, vermutlich zartrosa (wer macht so was schon?), völlig ohne unser Zutun. Falls das Glas zu schnell leer ist, muss das Experiment wiederholt werden.
Die Brownschen Molekularbewegung macht’s also möglich, dass Sauerstoff auch in ruhigen Wassern in das Gewässer hineindiffundiert. Der Sauerstoff mogelt sich folglich zwischen die Wassermoleküle und alles ist in Bewegung, auch wenn es mit bloßem Auge nicht so aussieht. Bei Temperaturerhöhung wird das Gas dagegen aus der Flüssigkeit vermehrt ausgetrieben. Das ist das, was in den vergangenen heißen Tagen unter anderem passiert ist und den Tieren im Gewässer zu schaffen macht.
Es gibt jedoch noch viele weitere Faktoren, die den Sauerstoffgehalt unserer Gewässer beeinflussen. Beispielsweise produzieren höhere Pflanzen und Algen bei der Fotosynthese ebenfalls Sauerstoff. Nimmt jedoch beispielsweise die Anzahl der Phytoplankton genannten Algen durch Nährstoffeintrag bei einem Starkregenereignis zu, kann dies problematisch werden. Denn diese Algenblüte kann zu einer Sauerstoffübersättigung führen. „An sonnigen Tagen wird viel Sauerstoff produziert. Falls mehr Sauerstoff im Wasser gelöst wird, als das aufgrund der physikalischen Rahmenbedingungen (Temperatur und Luftdruck) normalerweise der Fall ist, führt dies zu einer Sauerstoffübersättigung, insbesondere wenn bei ruhigem Wetter der Sauerstoff nicht schnell genug durch die Wasseroberfläche in die Atmosphäre diffundieren kann“, ist in der Broschüre des Schweizer Bundesamts für Umwelt „Wie funktioniert ein See“ zu lesen. Das ist der Gesundheit der tierischen Bewohner nicht zuträglich.
Und schließlich sterben die Massen an Algen irgendwann ab, sinken zu Boden und die Fäulnisprozesse beim Abbau der Biomasse können wiederum den Sauerstoffgehalt im Gewässer aufzehren. Dies kann im schlimmsten Fall zu einem Umkippen des Gewässers führen, was bedeutet, dass die Lebewelt, die auf Sauerstoff angewiesen ist, das Zeitliche segnet. Eine übermäßige Eutrophierung, also Nährstoffanreicherung, war vor allem Mitte des vorigen Jahrhunderts durch Phosphateintrag aus Waschmitteln ein Problem. Selbst der Bodensee drohte Ende der 60er Jahre „zur leblosen Brühe“ umzukippen, schrieb die „Süddeutsche Zeitung“.
Mitte der 70er Jahre stammte fast die Hälfte der Phosphatfracht in den bundesdeutschen Gewässern aus Wasch- und Reinigungsmitteln, meldet das Umweltbundesamt. 1975 lag der Phosphatverbrauch demnach insbesondere durch den Einsatz in Haushaltswaschmitteln bei 276 000 Tonnen pro Jahr; 1993 aufgrund des Einsatzes phosphatfreier Haushaltswaschmittel bei nur noch 4000 Tonnen pro Jahr im Haushaltsbereich. 2015 betrug der Phosphatverbrauch im Haushaltsbereich vor allem wegen der Phosphate in Maschinengeschirrspülmitteln wieder 22 000 bis 25 000 Tonnen pro Jahr. Seit Januar 2017 ist laut EU-Detergenzienverordnung auch bei Geschirrspülmitteln der zulässige Phosphatanteil auf nahezu null minimiert.
Grundsätzlich brauchen Tiere Sauerstoff zum Atmen. Und Pflanzen produzieren bekanntlich Sauerstoff. Aber auch Pflanzen verbrauchen Sauerstoff, wenn sie atmen. Dann nehmen sie zum Beispiel vornehmlich nachts oder bei eingeschränkter Fotosynthese Sauerstoff auf und geben Kohlendioxid ab, damit die Stoffwechselvorgänge in den Zellen, die Sauerstoff zehren, ablaufen können. „In nährstoffreichen Seen mit erhöhter Algenproduktion kann die Sauerstoffkonzentration während der Nacht oder an trüben Tagen stark absinken“, schreiben das Schweizer Umweltbundesamt. Auch diese Phasen können für die tierischen Gewässerbewohner zum Problem werden. Insgesamt spielen zudem noch zahlreiche weitere Parameter eine Rolle für den Zustand eines Sees oder Fließgewässers.
Generell stellt sich nun eigentlich die Frage, wieso Fische nicht einfach an Land leben, schließlich enthält die Luft ein Mehrfaches an Sauerstoff im Vergleich zum Wasser. Beim Landgang müssten geradezu paradiesische Zustände für den Fisch herrschen. Möglich, diese wird er aber nicht lebend genießen können, da er an Land zu schnell stirbt. Außer er ist ein Sonderfall wie zum Beispiel der Aal, der über Land wandern kann, weil er seine kleinen Kiemenöffnungen verschließen und Sauerstoff auch über die Haut aufnehmen kann.
Die weitaus meisten unserer Süßwasserfische sind auf ein Leben im Wasser mit Kiemenatmung eingestellte Knochenfische. Sie öffnen ihr Maul und pressen das immer wieder frische Wasser durch die Kiemendeckel wieder hinaus. Das sauerstoffreiche Wasser umströmt dabei die Kiemen des Fisches, und zwar im Gegenstromprinzip mit dem dort fließenden Blut. Bei dieser Gelegenheit kommt es per Diffusion – aha! – zu einem Austausch der Blutgase: Sauerstoff wird aufgenommen, Kohlendioxid ans umfließende Medium abgegeben.
An Land hat der Fisch jedoch das große Problem, dass die dünnen Membranen der Kiemenlamellen an der Luft schnell austrocknen und ihren Dienst versagen. Zudem sondern Fische über ihre Kiemen noch Ammoniak ab. Da dies nur im Wasser richtig funktioniert, würde der Fisch an der Luft vergiftet werden, wenn er nicht vorher den Erstickungstod gestorben wäre. So viel zu unseren heimischen Knochenfischen. Der Hai, der alte Knorpelfisch, schwimmt übrigens nicht um uns zu ängstigen ständig mit offenem Maul durch die Weltmeere. Er muss auf diese Weise vielmehr für eine ständige Frischwasserzufuhr für seine Kiemen sorgen, da er keine Kiemendeckel besitzt.
Falls sich bei all der vielen Diffusion bei Ihnen, liebe Leser, eine Konfusion entwickelt haben sollte, hier unser VKZ-Tipp zum Wochenende: Einfach mal an die Enz oder einen See sitzen. Dabei ruhig atmen (Diffusion), den Blick konfusionsfrei übers Wasser gleiten lassen und dabei eine orale Infusion einer wässrigen Lösung beliebiger Art konsumieren. Prost.
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