Klimawandel bedroht Erfolge des Schweizer Gewässerschutzes
Der Schweizer Gewässerschutz der letzten Jahrzehnte gilt als Erfolgsgeschichte. Dank der deutlichen Reduktion der Nährstoffeinträge erhöhte sich in einigen Seen der Sauerstoffgehalt im Tiefenwasser – für die Gesundheit der Seen ein deutlicher Fortschritt. Doch der Klimawandel bremst diese Entwicklung. In einigen Seen stagniert die Erholung, in anderen nimmt der Sauerstoff in den tiefen Wasserschichten sogar ab.
Quelle: Lawrence Chismorie, Unsplash
Schwimmen im Luganersee mit Blick auf den San Salvatore. In der 70er-Jahren hätte es diese Szene so nicht gegeben; damals war das Baden vielerorts im See verboten. Ursache waren Überdüngung aber auch Schmutz wie Fäkalien.
Dank des Gewässerschutzes haben sich viele Schweizer Seen von der Überdüngung der 1960er- und 1970er-Jahre zumindest teilweise erholt. Die verbesserte Abwasserreinigung, das Verbot phosphathaltiger Waschmittel und der deutliche Rückgang der Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft haben die Wasserqualität sichtbar verbessert. Das Wasser wurde klarer, Algenblüten treten seltener auf, und in einigen Seen ist auch der Sauerstoffgehalt in den tiefen Wasserschichten gestiegen. Das ist ökologisch von grosser Bedeutung, denn Sauerstoff ist zentral für gesunde Seen. Er ist Voraussetzung dafür, dass Fische und andere Organismen den Lebensraum am Seegrund nutzen können.
Doch dieser erfreuliche Trend gerät zunehmend unter Druck. Das zeigt eine neue Studie des Wasserforschungsinstituts Eawag in Zusammenarbeit mit mehreren Kantonen und internationalen Forschungsinstituten. Die Auswertung von Langzeitdaten aus 21 Schweizer Seen macht deutlich: Der Klimawandel erwärmt die Seen nicht nur deutlich, sondern verändert auch ihre vertikale Zirkulation und damit die Sauerstoffversorgung in der Tiefe. «Seit den 1980er-Jahren sind die Schweizer Seen an der Oberfläche im Mittel um rund 2 Grad wärmer geworden, in der Tiefe um rund 0.7 Grad», sagt Fabian Bärenbold, Forscher am Wasserforschungsinstitut Eawag und Hauptautor der Studie. Weil sich die Oberfläche stärker erwärmt als das Tiefenwasser, hat die Stabilität der Wasserschichtung in den untersuchten Seen im Herbst in den vergangenen Jahrzehnten um 30 bis 50 Prozent zugenommen.
Höhere Stabilität bremst Durchmischung der meisten Seen
Welche Folgen diese zunehmende Stabilität hat, hängt von der Grösse, Tiefe und Eisbedeckung der Seen ab. Tiefe Seen wie der Genfersee, der Zürichsee, der Zugersee, der Thunersee und das Nordbecken des Luganersee, die sich bereits in der Vergangenheit nicht jedes Jahr bis zum Seegrund durchmischten, tun dies tendenziell noch seltener und weniger tief. Bei einigen Seen fand die letzte vollständige Durchmischung im Jahr 2006 statt. Für definitive Aussagen über die weitere Entwicklung sind allerdings noch längere Datenreihen nötig, betonen die Forschenden.
In Seen, die bisher jedes Jahr durchmischten, findet dieser Austausch zwischen Oberflächen- und Tiefenwasser weiterhin jährlich statt, allerdings über einen kürzeren Zeitraum. Beispiele sind der Murtensee oder der Hallwilersee. Die Erwärmung der Seen im Sommer führt dazu, dass die vertikale Zirkulation im Winter später einsetzt und im Frühling früher endet. Zu diesem Ergebnis kamen bereits frühere Studien der Eawag.
Ein Spezialfall sind Seen, die im Winter zufrieren können, wie der Lac de Joux, der Greifen- oder der Pfäffikersee. Dort kann das Wasser nur dann zwischen Oberfläche und Tiefe zirkulieren, wenn die Oberfläche kalt genug und gleichzeitig eisfrei ist, also zweimal jährlich, einmal im Spätherbst oder Winter, und im einmal im Frühling. Verkürzt sich die Dauer der Eisbedeckung aufgrund der Klimaerwärmung, verlängert sich potenziell die Zirkulationsphase, was positive Auswirkungen auf den Sauerstoffgehalt im Tiefenwasser haben könnte. «Die Seen unserer Studie gefrieren kaum noch zu. Das ist ein Fall, den wir in Zukunft immer seltener beobachten werden», sagt Fabian Bärenbold.
Weniger Durchmischung erschwert Sauerstoffnachschub in die Tiefe
Die Auswirkungen des Klimawandels auf die physikalische Dynamik der Schweizer Seen sind damit unterschiedlich. Insgesamt zeichnet sich jedoch ein Trend ab: In grossen, eisfreien Seen nimmt der vertikale Austausch im Winter ab. Damit gelangt auch weniger Sauerstoff aus den oberen, sauerstoffreichen Wasserschichten in die Tiefe. Somit wirken zwei Prozesse in entgegengesetzte Richtungen: Während der Gewässerschutz die Sauerstoffverhältnisse verbessert, verschlechtert der Klimawandel die Bedingungen für den Sauerstofftransport in die Tiefe.
«Der Klimawandel droht heute, die Erfolge des Gewässerschutzes teilweise zunichtezumachen», sagt Martin Schmid, Leiter der Eawag-Forschungsgruppe Angewandte Systemanalyse und Co-Autor der Studie. «Deshalb ist es umso wichtiger, die Gewässerschutzmassnahmen konsequent weiterzuführen. In manchen Seen werden auch verstärkte Massnahmen notwendig sein, um die Wasserqualitätsziele zu erreichen». Im neuen Forschungsprojekt KlimBioS, klimaresiliente und biodiverse Seen, untersucht die Eawag deswegen gemeinsam mit dem Bundesamt für Umwelt und im Austausch mit kantonalen Fachstellen, mit welchen Massnahmen die Widerstandsfähigkeit der Schweizer Seen gegen die Klimafolgen gestärkt werden kann.
Die Forschenden betonen ausserdem, dass langfristige Messprogramme entscheidend sind, um die weitere Entwicklung frühzeitig zu erkennen. Nur über Jahrzehnte erhobene Daten zeigen, wie sich physikalische und chemische Prozesse in den Seen verändern und wie sich die Schweizer Seen unter einem veränderten Klima schützen lassen. (Bärbel Zierl, Eawag / Der Artikel erschien zuerst auf eawag.ch)
Warum steigt der Sauerstoffgehalt im Tiefenwasser bei einem Rückgang der Nährstoffeinträge?
Weniger Nährstoffeinträge führen zu einem geringeren Algenwachstum an der Wasseroberfläche. Dadurch sinkt weniger abgestorbenes organisches Material – insbesondere tote Algen – in die Tiefe. Dort wird es von Bakterien zersetzt, die dabei Sauerstoff verbrauchen. Da bei geringeren Nährstoffeinträgen weniger organisches Material abgebaut werden muss, wird auch weniger Sauerstoff verbraucht. Dadurch steigt die Sauerstoffkonzentration im Tiefenwasser.
Neue Datensammlung verfügbar
Die physikalischen Messdaten von 21 grossen Schweizer Seen sind nun auf ERIC, dem Open-Science-Repositorium der Eawag, verfügbar.
Die Sammlung umfasst harmonisierte Langzeitmessungen der Wassertemperatur, der elektrischen Leitfähigkeit, der Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff und der Secchi-Tiefe (ein Indikator für die Wasserklarheit). Darüber hinaus werden abgeleitete Variablen wie die Tiefe der Thermokline, die Schmidt-Stabilität und der Wärmeinhalt einheitlich berechnet und bereitgestellt.
Der Datensatz wurde von einem Forschungsteam unter der Leitung von Fabian Bärenbold, David Janssen, Damien Bouffard und Martin Schmid von der Eawag in Zusammenarbeit mit kantonalen Umweltämtern und internationalen Forschungsinstituten zusammengestellt. Letztere führen Seemonitoringarbeiten für die internationalen Seekommissionen des Bodensees (IGKB), des Genfer Sees (CIPEL) und des Lago Maggiore (CIPAIS) durch.
Je nach See reichen die Aufzeichnungen bis ins Jahr 1937 zurück und wurden bis Ende 2023 erhoben. Die Daten stellen vertikale Profile an der tiefsten Stelle des jeweiligen Sees dar. In der Regel werden die Daten monatlich erhoben, wobei die Häufigkeit der Messungen von See zu See variiert.
Diese Datensammlung ermöglicht Vergleiche der langfristigen Trends in den grossen Seen der Schweiz. Sie stellt zudem eine wertvolle Ressource für die zukünftige Forschung und das Seenmanagement dar, zumal geplant ist, die Daten etwa alle drei Jahre mit den neuesten Daten und verbesserten Berechnungsmethoden zu aktualisieren.
