Braunkohlerestseen- Gewässerchemie für Einsteiger.
Historie und Hintergrund:
Die Seenlandschaft nahe Schwandorf entstand durch den Kohletagebau, der dort bis zum Jahr 1982 durchgeführt wurde. Nach dem Ende der Kohle- und auch Tongewinnung wurden die Gruben z.T. verfüllt. Die größeren Gruben wurden zur Renaturierung vorbereitet und geflutet.
Ähnliches geschah auch in der Lausitz in Sachsen. Dennoch gibt es Unterschiede zwischen den Regionen. So sind die Gebiete in der Lausitz größer und sie wurden oft mit Flusswasser geflutet. In der Oberpfalz liefen sie mit Grund- und Regenwasser voll.
Wenn ein Steinbruch oder eine Kiesgrube aufgegeben wird und sich mit Wasser füllt, ist sie meist schon nach wenigen Jahren voller Amphibien, Insekten und auch Fischen. Warum ist das im Murner See, Brückelsee, Ausee und Lindesee anders? Und welche Sonderrolle nimmt hierbei der Steinberger See ein?
Ursachen:
Grund für diesen Unterschied ist die extreme Gewässerchemie und die liegt begründet im Untergrund, sprich in der Kohle und den Tonen der Umgebung. Die Kohle enthält verhältnismäßig viel Schwefel. Die Tone haben einen hohen Anteil an Aluminium. Beide zusammen besitzen zudem noch einen recht hohen Gehalt an Eisen.
Diese Eigenschaften sorgen zum einen für einen niedrigen, d.h. sauren pH-Wert und zum anderen für einen hohen Aluminiumgehalt im Wasser. Beides ist für Tiere eine große Hürde, ersteres auch für Pflanzen.
Wenn das Grundwasser durch die Ton- und Kohleschichten im Umland strömt und dann in die Seen sickert, hat es auf seinem Weg Schwefel-, Eisen- und Aluminiumverbindungen herausgewaschen. Diese Verbindungen sorgen auf unterschiedlichen Wegen für das saure Wasser der Seen. Ein Mineral welches häufig in den abgebauten Kohle- und Tonschichten zu finden ist, ist Markasit. Es ist ein Eisensulfid (FeS₂).
Eine der wichtigsten Reaktionen ist:
4 FeS₂ + 15 O₂ + 14 H₂O > 4 Fe(OH)₃+ 8 SO₄²⁻ + 16 H⁺
Da der pH-Wert einfach gesagt die Konzentration der Wasserstoffionen (Protonen) im Wasser ist, erklärt dies gut, warum die o.g. Seen so sauer sind. Unsere Messungen im Murner See ergaben in allen Tiefen einen pH-Wert von ca. 3,8. Auch im Brückelsee liegt der pH-Wert meist bei ca.3,7.
Dieses saure Milieu sorgt noch für einige andere wichtige Reaktionen. So z.B. mit Aluminium:
Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 6 H⁺ = 2 Al³⁺ + 2 H₄SiO₄ + H²O
Al(OH)₃ + H⁺ = Al(OH)₂⁺ + H²O
Al(OH)₂⁺ + H⁺ = Al(OH)²⁺ + H²O
Al(OH)²⁺ + H⁺ = Al³⁺ + H₂O
Aluminium und andere Metalle:
Das Al³⁺ ist sehr giftig für die meisten Tiere! Die Werte im Murner See waren früher bei fast 2mg/l im Jahre 2012. Bei Untersuchungen 2019 war der Wert bei ca. 1 mg/l. Der Grenzwert für Trinkwasser liegt bei 0,2 mg/l, der für Binnengewässer bei 0,5 mg/l! Dies erklärt zumindest, warum v.a. höhere Tiere wie Fische und Amphibien aktuell keine Chance haben, längerfristig im Murner See zu überleben. Die Werte für Brückelsee und Ausee sollten vergleichbar oder eher höher sein.
Auch andere Metalle werden in saurem Wasser besser gelöst und liegen dann oft in giftigen Formen vor (Eisen, Kupfer, Zink, Nickel, Blei, Cadmium). Änderungen der Verhältnisse führen dann gelegentlich zu Ausfällungen.
So sind oft braune Eisenoxidablagerungen auf Objekten im See zu sehen oder es herrscht eine zeitweise Trübung des Wassers durch Aluminiumhydroxid-Schnee. Diese Veränderungen können kleinräumig (mm- oder cm-Bereich zwischen Pflanzen oder an Wasseraustritten) oder großräumig (bei Wetterereignissen) zu beobachten sein. Auch bemerkt man häufig, wie Metalle im Wasser rasch angegriffen werden. Eisen ist mit einer dicken Kruste überzogen und bröckelig. Umgekehrt haben manche Steine eine braune Eisenoxidkruste. Auch die Tauchausrüstung leidet rasch und die glänzenden Regler und die (billigen) Boltsnaps werden matt.
Gut zu wissen:
In Gewässern wie dem Attersee fällt manchmal ein grauer Belag auf den Blättern der Wasserpflanzen auf. Das ist Kalk, der ausfällt, weil die Pflanzen kleinräumig das Kohlendioxid für ihren Stoffwechsel aus dem Wasser aufnehmen und so das chemische Gleichgewicht verschieben.
Ist es möglich, die Wasserwerte künstlich zu verändern?
Ein „natürliches“ Gewässer hat meist einen pH-Wert um die 7. Schwankungen sind möglich (und selbstverständlich gibt es auch extreme Gewässer, welche auf natürlichem Weg entstanden), halten sich aber i.d.R. in Grenzen.
Würde so ein Braunkohlerestsee sich selbst überlassen würde der pH-Wert bis in den Normalbereich ansteigen. Dies dauert aber etliche Jahrzehnte! Es hängt von der der Geologie ab, wieviel saure Stoffe über das Grundwasser eingespült werden Einflüsse von außen können auch neutralisierende Stoff eintragen. Regen und Fließgewässer können puffernde Substanzen und Minerale einschwemmen. Auch Nährstoffe tragen dazu bei, ein Gewässer zu entsäuern, dies über die Produktion von organischem Material, welches oft puffernde Eigenschaften hat oder säurebildende Substanzen rascher von Mikroorganismen abbauen lässt.
Was bedeutet das für uns Taucher?
Meist führt eine Normalisierung des pH-Wertes zu einer Zunahme des Planktons im See und dadurch zu einer stärkeren Trübung des Wassers. Für Taucher also eher nachteilig.
Technische Möglichkeiten
Es wurde schon versucht, technische Lösungen zu entwickeln. Die Einleitung von Flusswasser ist noch relativ einfach, wenn auch u.U. ein größerer Eingriff in die Umgebung und die betreffenden Fließgewässer! Andere Möglichkeiten sind das Einbringen von Kalk oder Düngung. Das größte Problem ist hierbei wie o.g. der Nachschub an säurebildenden Substanzen aus dem Boden durch das Grundwasser. Es ist kaum abschätzbar, welche Mengen und Reserven dieser Stoffe im Boden sind und wie lange der Nachschub somit anhält. Daher müsste immer wieder nachgekalkt oder nachgedüngt werden.
Die pH-Werte würden eventuell stark schwanken und es ist durchaus vorstellbar, dass ein etablierter Fischbestand z.B. durch so eine plötzliche Veränderung (nach Starkwetterereignissen vielleicht) wieder einbricht und eingeht. Diese Methoden sind aufwendig, langwierig und teuer. Beim Steinberger See und beim Knappensee ist die Geologie abweichend zu den anderen Seen.
Im Steinberger See wurde versucht, den pH-Wert anzuheben. Es wurde Kraftwerksasche eingespült. Der Erfolg war da, aber überschaubar. Der pH stieg auf ca. 8 an, fiel aber nach wenigen Monaten wieder bis auf 6 ab. Trotzdem leben in diesem See immerhin Fische, die Sicht ist aber auch entsprechend schlecht. Der Lindensee wurde gekalkt, der Erfolg hielt keinen Monat. Beide Verfahren waren unwirtschaftlich und aufwendig. Größere Fließgewässer, die eine gewisse Wassermenge einbringen könnten, gibt es in der Gegend nicht. Auch wäre eine Umleitung ökologisch fragwürdig. Bei den deutlich kleineren Fischweihern ist die Problematik wesentlich geringer. Sie reichen nicht in die kohleführenden Schichten hinab, da sie sehr flach sind. Auch lässt sich so ein verhältnismäßig kleiner Wasserkörper viel einfacher wirtschaftlich, sprich kostengünstiger, beeinflussen (z.B. durch Kalkung). Somit ist eine künstliche Veränderung der Wasserwerte theoretisch möglich, aber meist zu teuer und zu aufwendig.
Welche Auswirkungen haben die chemischen Besonderheiten auf den See und dessen Bewohner?
Beschrieben werden im folgenden nur Murner See, Brückelsee und Ausee.
Warum können im Murner See nur wenige Lebewesen dauerhaft überleben?
Lebewesen (Tiere und Pflanzen) müssen die Chemie in ihrem Körperinneren in engen Grenzen halten und kontrollieren. Dies ist notwendig, da die lebenswichtigen Stoffwechselvorgänge nur innerhalb dieser Grenzen ablaufen können! Der Mensch hat z.B. in seinem Blut einen pH-Wert von ca. 7,36 – 7,44. Werte von unter 7 und größer 8 sind absolut lebensbedrohlich! Je extremer das umgebende Milieu, desto schwieriger wird es für Organismen, die Grenzwerte einzuhalten. Bei Wasserlebewesen, sowohl Flora als auch Fauna, sind die Probleme meist noch deutlicher, da sie mehr vom umgebenden Element Wasser abhängen. Nur wenige Arten schaffen es, diesen Bedingungen zu trotzen. Dies führt dazu, dass in solchen Lebensräumen wie den Braunkohlerestseen nur wenige verschiedene Arten zu finden sind (geringe Diversität), diese aber dafür dann möglicherweise in größerer Anzahl.
Das saure Wasser ist sprichwörtlich zu ätzend für viele Lebewesen und greift z.B. die Haut von Amphibien an oder die Kiemen und Schleimhaut von Fischen. Auch wenn erwachsene Tiere es zumindest zeitweise tolerieren können ist eine Vermehrung nicht möglich, weil Eier und Larven rasch absterben oder sich gar nicht erst entwickeln.
Metalle im Wasser
Die im Wasser gelösten Metallionen sind meist giftig für die Tiere. An erster Stelle ist hier das Aluminium³⁺ zu nennen. Bei Fischen z.B. greift es die Kiemen an und lässt das Gewebe wuchern, was den Gasaustausch und damit die Atmung beeinträchtigt. Auch die Nieren werden geschädigt.
Wasserpflanzen, Moose und Algen
Der Bewuchs an den Gewässerufern erscheint normal. Meist sind es Arten, die auch in moorigen oder sumpfigen Gebieten gut zurechtkommen. Moore haben in der Regel auch eher ein saures Milieu aufgrund der Huminsäuren (Gerbstoffen) aus den Pflanzenresten im Untergrund. Unter Wasser hingegen imponiert das große Vorkommen an Torf- und Laubmoosen (Sphagnum sp., Drepanocladus sp.), z.T. bis hinunter in große Tiefen. Torfmoose kennen die meisten Leute als Polster in feuchten Nadelwäldern oder in Sümpfen und Mooren. Dass sie völlig untergetaucht (submers) gedeihen ist erstaunlich. Das recht klare Wasser ermöglicht es den auch schattig lebenden Gewächsen die Ausbreitung in etliche Metern Tiefe. Eine Besonderheit ist noch zu erwähnen: einige Torfmoose stellen ihrerseits selbst ein saures Milieu her, indem sie Protonen (H⁺) an die Umgebung abgeben. Somit ist zum einen verständlich, warum sie in diesen Seen existieren können, zum anderen kann das bedeuten, dass sie eine Normalisierung des pH-Wertes zumindest verzögern können. Algen kommen auch vor. An geeigneten Stellen, wie z.B. in den abgestorbenen Bäumen auch in großer Menge. Aber auch hier sind es weniger Arten als in normalen Gewässern.
„Richtige“ Wasserpflanzen wie Tausendblatt (Myriophyllum sp.), Hornblatt (Ceratophyllum sp.), Laichkrautgewächse (Potamogetonaceae) oder Armleuchteralgen (Charophyta) fehlen völlig. Selbst die in Deutschland eingeschleppte Wasserpest (Elodea oder Egeria sp.) kommt nicht vor.
Weitere Spezies:
Bei den Tieren gibt es auch nur wenige Spezialisten oder so tolerante Arten, dass sie in diesen Gewässern leben können. Hier findet man Schlammröhrenwürmer (Tubifex sp.), Köcherfliegen (Trichoptera; hier gibt es dutzende verschiede Arten, die Larven leben im Wasser, manche bauen die bekannten Köcher und fressen Pflanzenreste, manche errichten Gespinste in denen sie Beute fangen), Ruderwanzen (Corixidae), Libellenlarven (Odonata; Larven von Groß- und Kleinlibellen), Zuckmückenlarven (Chironomidae), Schlammfliegenlarven (Megaloptera).
Fische in unseren Braunkohleseen
Fische können sich noch nicht dauerhaft in den sauren Seen (Murner See, Brückelsee, Ausee) halten. Die Fische, die man an den Einläufen sieht, sind von den Fischteichen her eingewandert und leben meist in den Zuläufen, in denen eine bessere Wasserqualität herrscht. Wenn sie sich in den Seen verirren gehen sie meist innerhalb weniger Tage ein.
Die Flossen werden weiß und schrumpfen, vermutlich durch Pilzinfektionen. Die Kiemen werden angegriffen und die Schleimhaut der Fische wird weiß. Letztendlich sterben die Tiere, wenn sie nicht in die Einläufe zurückkönnen.
Von zwei Wallern (Silurus glanis) heißt es, sie würden im Murner See leben. Vermutlich leben sie im südlichen Zulauf und ziehen nur gelegentlich in den See. Ansonsten sieht man im Murner See Flussbarsche (Perca fluviatilis), Hecht (Esox lucius), Rotauge (Rutilus rutilus), Rotfeder (Scardinius erythrophtalmus) und Giebel (Carassius gibelio). Im Brückelsee konnte ich selbst bisher nur einmal einen einzigen Sonnenbarsch (Lepomis gibbosus) nachweisen, der allerdings einige Tage später tot war. Mir wurde aber auch von einem Schwarm dieser, aus Amerika eingeschleppten und ausgesetzten, Tiere berichtet. Über den Ausee liegen mir keine Daten vor.
Steinberger See:
Im Steinberger See kommen mehr Fischarten vor, da hier schon Besatz erfolgte. Hier sind noch Karpfen (Cyprinus carpio), Schleien (Tinca tinca) und Brassen (Abramis brama) anzutreffen. Eventuell auch Aale (Anguilla anguilla). Auch gibt es hier mehr Wasserpflanzen (z.B. Wasserpest) und mehr Insektenarten. Dies ist durch den deutlich höheren pH-Wert möglich.
Quellen:
· Limnische Systeme, Hans W. Bohle, Springer Verlag
· Limnoökologie, W. Lampert / U. Sommer, Thieme Verlag
· Die Kohle-Tagebauseen des Oberpfälzer Seenlandes, Cletus Weilner, 7. Beiheft zu den Berichten der Naturwissenschaftlichen Gesellschaft Bayreuth
Bilder:
J. DeRoy, N. Kusche, F. Lenich