Seen reinigen unser Wasser – besonders im Winter

Wenn wir an Seen denken, kommen uns meist Fische, Wasservögel oder Badeplätze in den Sinn. Doch Seen leisten auch einen wichtigen Beitrag für das ökologische Gleichgewicht unseres Planeten. Sie wirken wie natürliche Filter im globalen Stickstoffkreislauf. Mikroorganismen im Wasser und im Seeboden bauen überschüssige Stickstoffverbindungen wie Nitrat oder Ammoniak ab und wandeln sie in harmloses Stickstoffgas um, das in die Atmosphäre entweicht. Dieser Prozess wird «Denitrifikation» genannt.

Etwa 20 Prozent der natürlichen Stickstoffentfernung in Binnengewässern beruhen auf diesem Vorgang. Forschende der Universität Basel und der Eawag haben nun untersucht, wie empfindlich diese natürliche Reinigungsfunktion auf den Klimawandel reagiert. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Microbiology veröffentlicht.

Baldeggersee als Forschungsobjekt

Für die Studie untersuchten die Forschenden den Baldeggersee im Kanton Luzern. Der See gilt als typisch für viele Gewässer in Mitteleuropa, die sich einmal pro Jahr vollständig durchmischen. Genau diese saisonale Durchmischung spielt für die Denitrifikation eine entscheidende Rolle.

Im Winter vermischen sich die verschiedenen Wasserschichten des Sees vollständig. Dabei gelangt sauerstoffreiches Oberflächenwasser in tiefere Bereiche. Die Forschenden konnten zeigen, dass die Denitrifikation während dieser Winterphase fast 50 Prozent aktiver ist als im Sommer, wenn die Wasserschichten voneinander getrennt bleiben.

Gerade hier sehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein mögliches Problem des Klimawandels: Durch steigende Temperaturen könnte sich die winterliche Mischphase deutlich verkürzen. In einem starken Erwärmungsszenario rechnen die Forschenden mit rund 27 Tagen weniger Durchmischung pro Jahr. Dadurch würde auch die Fähigkeit des Sees sinken, überschüssigen Stickstoff abzubauen.

Folgen für Umwelt und Meere

Die natürliche Filterfunktion der Seen ist wichtig, weil überschüssiger Stickstoff sonst über Flüsse ins Meer gelangt. Dort kann er massive ökologische Probleme verursachen. Dazu gehören starke Algenblüten, Sauerstoffmangel im Wasser und sogenannte «Todeszonen», in denen kaum noch Leben möglich ist.

Die Studie zeigt, dass bereits kleine Veränderungen im jahreszeitlichen Rhythmus der Seen Auswirkungen auf den gesamten globalen Stickstoffkreislauf haben können.

Mikroorganismen arbeiten zusammen

Besonders spannend ist auch eine Entdeckung im Sediment des Sees. Dort arbeiten verschiedene Mikroorganismen eng zusammen. Einige Bakterien bauen Chitin ab – ein robustes Material, das unter anderem aus abgestorbenen Algen oder den Hüllen von Zooplankton stammt. Beim Abbau entstehen Stoffe, die anderen Mikroorganismen als Energiequelle dienen.

Diese wiederum betreiben die Denitrifikation und wandeln Nitrat in Stickstoffgas um. Vereinfacht gesagt: Der Chitinabbau liefert den «Treibstoff» für jene Prozesse, mit denen der See überschüssigen Stickstoff aus dem Wasser entfernt.

Neue Fragen zum Klimagas Lachgas

Die Forschenden wollen nun untersuchen, ob diese Prozesse auch Auswirkungen auf die Bildung von Lachgas haben. Lachgas ist ein starkes Treibhausgas und entsteht ebenfalls bei bestimmten Stickstoffumwandlungen in Seen.

Die Studie macht deutlich: Seen sind weit mehr als schöne Landschaften oder Freizeitorte. Sie übernehmen eine wichtige Aufgabe für das Klima und die Wasserqualität – und reagieren empfindlich auf die Folgen der globalen Erwärmung.