Zur Entstehung von Flüssen und Seen

Skript zur Veranstaltung
Zur Entstehung
von Flüssen und Seen
Pädagogische Hochschule Weingarten
Sommersemester 2012
Dr. Heinz M. Strehle
Regierungspräsidium Tübingen – Abteilung Umwelt
Einführung in die Gewässerökologie: Zur Entstehungsursache von Flüssen und Seen
Pädagogische Hochschule Weingarten Sommersemester 2012 Dr. Heinz M. Strehle ([email protected])
Regierungspräsidium Tübingen – Abteilung Umwelt
Folie 2: Warum und wo gibt es Flüsse und Bäche?
Flüsse und Bäche sind System, die eine Landschaft entwässern. Sie führen Niederschläge,
die nicht versickern aus dieser ab.
Flüsse und Bäche in großer Zahl gibt es überall dort, wo der Niederschlag größer als die
theoretisch mögliche Verdunstungsrate ist.
In ariden (trockenen) Zonen, wo die Niederschläge geringer als die theoretisch mögliche
Verdunstung ist, fallen Flüsse und Bäche regelmäßig trocken. Solche Trockentäler nennt
man im arabischen Sprachraum Wadis.
In humiden Zonen, wie Mitteleuropa eine solche ist, führen Flüsse und Bächen ganzjährig
Wasser.
In semiariden Klimaten entspricht die Rate der Verdunstung in etwa der der Niederschläege.
Folie 3: Die großen Entwässerungssysteme in Europa
In Europa als einem sehr regenreicher Kontinent gibt es große Entwässerungssysteme mit
einer entsprechend großer Wasserschüttung.
So z.B. der Rhein mit einer Flusslänge von 1233 km und einem mittleren Abfluss (MQ) von
2330 m³/s. Das vom Rhein entwässerte Einzugsgebiet beträgt 185 000 km²
oder die Donau mit einer Flusslänge von 2857 km Flusslänge und einem mittleren Abfluss
(MQ) von 6700 m³. Die Donau entwässert ein Einzugsgebiet von 817 000 km².
Folie 4: Der große Wasserkreislauf
Wasser ist nicht statisch auf der Erde gelagert, sondern es in einem ständigen Kreislauf
begriffen.
Die Ursache dafür ist, dass aufgrund der weltweiten Temperaturen ständig Wasser aus den
Oberflächengewässern, vor allem dem Meer verdampft. Das unmittelbar über der
Wasseroberfläche verdampfte Wasser wird durch die jeweils herrschenden Winde schnell
verdriftet. Der Wasserdampf steigt in die Atmosphäre auf. Weil in Folge dessen die
Wasserdampfatmosphäre über dem Meeresspiegel ständig untersättigt bleibt, kommt dieser
Prozess niemals zur Ruhe. Die auf die Erde abgestrahlte Wärme ist gleichsam der Motor
dieses Wasserkreislaufes. Auf diese Weise verdampft die Sonne jedes Jahr 0,5 Mrd. km³.
Wie bereits erwähnt muss sehr viel Energie aufgewendet werden, um Wasser von der
flüssigen in die dampfförmige Phase zu überführen. Wasser, das eine Temperatur von
100 °C hat, muss noch ein Energieimpuls von 2252 Kilojoule (= 538 Kilokalorien) verabreicht
werden, um es in die gasförmige Phase zu transformieren. Die von der Sonne jährlich
erbrachte Leistung entspricht 49 000 mal der Energie, die in unseren bekannten
Steinkohlereserven enthalten sind.
Folie 5: Was die Sonne verdunstet muss, wieder zurück zur Erde
Der ungeheure Verdunstungsleistung der Sonne auf der Erde stehen gewaltige
Niederschläge gegenüber, die den atmosphärischen Wasserkreislauf schließen.
Sie gelangen, wir sprachen bereits davon, in Form von Regen und Schnee auf die Erde.
Von dort gelangt dieses Wasser über Flüsse und Ströme wieder in die Weltmeere.
Über den Kontinenten fließen so pro Tag 100 km³ Wasser in die Weltmeere ab.
Allein der Amazonas1 entwässert 20 % der gesamte Erdoberfläche.
Folie 6: Wie kommt es zu Niederschlägen?
Für die aquatischen Lebensräume ist es wichtig, dass sie, wegen der genannten
Verdunstungsverluste ständig mit frischem Wasser versorgt werden.
Diese Funktion kommt den Niederschlägen, insbesondere dem Regen zu.
Wir wissen heute, dass bei der Regulierung der globalen Niederschläge Meeresalgen ein
1
Die Herkunft des Namens Amazonas rührt von dem Entdecker dieses Flusses Francisco de Orellana her.
Francisco de Orellana und seine Männer wurden angeblich 1540 von einem Stamm kriegerischer Frauen angegriffen.
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Rolle spielen. Sie geben bestimmte Gase u.a. Dimethysulfid an die Atmosphäre ab.
Dimethysulfid wirkt als Kondensationskeim, an dem Wasserdampf zu flüssigem Wasser oder
Eis wird2.
Wasserdampf, der in der Atmosphäre aufsteigt, kondensiert zu kleinen Wassertröpfchen oder
Eiskristallen, wenn die Temperatur den Taupunkt von Wasser unterschreitet. Diese Tröpfchen
haben einen Durchmesser von 5 - 10 µm und bilden sich an den schon oben erwähnten
Kristallisationskeimen. An diesen kondensiert der Wasserdampf zu Wasser.
Solche Kristallisationskeime sind Stäube aus Vulkanen und Industrien, mit einem
Durchmesser von, wie bereits gesagt Ø 0,1 µm. Als Kristallisationskeime wirken auch
bestimmte Gase, so z.B. Dimethylsulfid eine Ausdünstungen von Meeresalgen.
Das Wachstum solcher an Kristallisationskeimen entstandenen Tröpfchen beträgt 20 µm/h,
ist also extrem gering. Dieser Vorgang wird als Bergeron-Findeisen-Prozess bezeichnet.
Als Regen fallen solche Tröpfchen aus, wenn sie mindestens 260 µm Durchmesser haben.
Ein entsprechender Nieselregen hat eine Fallgeschwindigkeit von 50 cm/s.
Bei einem vollwertigen Regen messen die Regentröpfchen etwa einen Millimeter und fallen
mit einer Geschwindigkeit von 9 m/s zur Erde.
Folie 7: Niederschläge sind nicht gleichmäßig auf der Erde verteilt
Ein der Atmosphäre gespeichertes Wassermolekül verbleibt dort ca. 10 Tage. Danach fällt es
in Form von Schnee oder Regen auf den Kontinenten nieder.
Im globalen Durchschnitt regnen pro Jahr 760 mm Niederschlag ab. Dies entspricht
110 000 km³. Hiervon verdunsten 2/3, so dass nur noch 40 000 km³ entsprechend 270 l/m²
über Oberflächengewässer abfließen (Nentwig, Wolfgang: Humanökologie. 2. Aufl. Berlin
Heidelberg New York, S. 242).
Die Niederschläge sind weltweit gesehen sehr unregelmäßig verteilt. Dies hat zur Folge,
dass sich entsprechend dieser Niederschläge auch entsprechende Lebensräume
entwickelten.
Insbesondere um den Äquator liegen sehr niederschlagreiche ökologische Systeme mit
entsprechenden Faunen und Floren.
Die Organismenwelt hat sich im Laufe ihrer Evolution sehr wohl wasserreiche aber auch an
wasserarme Habitate angepasst.
Folie 8: Extreme Niederschlagsereignisse
- Der höchste jemals gemessene Niederschlag innerhalb von 24 Stunden fiel vom 15. auf
den 16. März 1952 mit 1870 mm 15./16.03.1952 in Chilaos, La Réunion, Indischer Ozean
- Der größte mittlere Jahresniederschlag fällt mit 11874 mm in Mawsynram, Indien
- Den niedrigsten jemals gemessenen Niedrigster mit 0,08 mm registrierte man in der
Atacamawüste in Chile
- Das schwerste bisher bekannte Hagelkorn mit rund einem Kilo Gewicht fiel am 14.04.1986
in Gopalganj, Bangladesch
- Der größte Niederschlag an Schnee fiel mit 31,1 Meter Zeitraum vom 19.2.1971 bis
8.2.1972 in der Umgebung Paradise Ranger Station, Mount Rainier, Washington (USA)
2
Siehe hierzu: Lovelock, James: Das Gaia-Prinzip. Die Biographie unseres Planeten. Zürich/München. 1991
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- Die höchste gemessene Schneedecke weltweit mit 11,455 Meter traf man im März 1911 in
der Sierra Nevada in Kalifornien (USA) an
Folie 9: Abfließendes Wasser in der Landschaft
Wasser, das auf einer Landschaft abgeregnet und nicht im Boden versickert ist, fließt dem
natürlichen Gefälle folgend auf dieser ab.
Folie 10: Die Dynamik fließenden Wassers
In einer Landschaft fließendes Wasser wirkt auch prägend auf diese zurück. Die hängt mit
der Dynamik zusammen, die fließendem Wasser innewohnt.
Ein fließende Welle, die sich dem Gefälle einer Landschaft folgend vorwärts bewegt, trägt
ständig von dem ihm umgebenden Gelände Substrat ab und landet es anderen Stellen an.
In einem Fluss oder Bach führt das zu folgenden Prozessen.
An der Außenkurve eines Bach- oder Flussbogens fließt das Wasser schneller, und trägt dort
Material ab. An der Innenkurve hingegen fließt das Wasser langsamer und lagert dort mit
sich geführte Sedimente ab.
(Dynamik am Prall- und Gleithang)
Auf diese Weise tragen Flüsse und Bäche landschaftsbildende Elemente, wie Böden und
Gesteine ab und transportieren sie weiter oft bis schließlich in ein Meer.
Dadurch entstehen auch Flusstäler und Auen.
Dieser Prozess kann so weit gehen, dass in der einmal von einem Fluss geschaffenen Aue
ein sekundäres Flussbett entsteht (Abb. Fig. E und F.).
Folie 11: Eine Genese von Seen
Wenn die geografischen Bedingungen entsprechend geeignet sind, kann ein fließendes
Gewässer in einer Landschaft einen See bilden.
Viele Seen, vor allem in trockenen Regionen der Erde sind ohne Abfluss. So z.B. der größte
See der Erde das Kaspische Meer. Die Wasserfläche dieses Sees ist so groß, dass alles
Wasser, das in ihn hineinfließt, dort verdunstet.
Folie 12: Geogene Ursachen für die Entstehung von Oberflächengewässern
Neben der dem Wasser immanenten Dynamik, Pfade für das von der Erdoberfläche
abfließenden Wassers zu schaffen, gibt es noch geologische Ursachen für die Entwicklung
von Oberflächengewässern.
Grabenbrüche auf der Erdoberfläche (tektonische Dehnungszonen) hinterlassen oft eine
besonderen Typus von Seen, nämlich tektonische Seen.
Auf Landkarten erkennt man sie häufig an ihrer länglichen Gestalt, die sich entlang des
Grabenbruches hinzieht.
Folie 13: Die Entstehung von Krater- und Maarseen
Kraterseen und Maare sind Explosionstrichter, die von Vulkanausbrüchen herrühren.
Solche Seen sind z.B. die Maare in der Eifel.
Auf Bergspitzen treten sie als Kraterseen in Erscheinung.
Beide Seentypen haben eine meist typisch kreisrunde Gestalt.
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Folie 14: Die Würmeizeit – Entstehungsursache der oberschwäbischen Seen
Der Bodensee sowie die oberschwäbischen, oberbayerischen, schweizer und oberitalienischen Seen verdanken ihre Existenz der letzten Eiszeit der Würm. Diese begann vor rund
115 000 Jahren und endete vor rund 10 000 Jahren.
Vor 20 000 Jahren war Oberschwaben bis etwa zur Kreisgrenze von Biberach mit einem
mehrere hundert Meter mächtigen Gletscher bedeckt. Dieser Gletscher ging von den Alpen
aus.
Während der Würm war nicht nur Oberschwaben mit Eis bedeckt sondern auch große Teile
der Erde. Vereisung umfasste nicht nur Süddeutschland sondern auch große Teile der Erde.
Folie 15: Eiszeitseen im Alpenbogen
Am Rande der Alpen gruppieren sich die besagten Seen.
Folie 16: Die Entstehung von Dammseen
Gletschereis kann auf verschiedene Art und Weise Seen in einer Landschaft entstehen
lassen.
Einmal kann durch den vor einem Gletscher liegenden Schutt- oder Moränenwall ein Fluss
aufgestaut werden. Dabei entstehen Dammseen. Ein solcher ist z.B. der Federsee und der
ehemalige Wurzacher See von dem heute nur noch ein Niedermoor übrig ist.
Im Falle des Federsees staute der Gletscher einen Fluss auf, der ursprünglich in den Rhein
und nach der Würm in Richtung Donau abfloss.
Folie 17: Die Entstehung von Toteisseen
Toteisseen sind der häufigste Seentypus in der von der Würmeiszeit geprägten Region
Oberschwaben.
Toteisseen entstehen, wenn nach dem Abschmelzen eines Gletschers noch sog. Toteis in
der Landschaft hängen bleibt und dieses im Laufe der Zeit bis zur Grundwasserlinie
abschmilzt. Im Zuge der alljährlichen Schnee- und Eisschmelze werden Tone in die
Toteisseen eingespült, die die Seebecken mehr und mehr abdichten.
Folie 18: Die Entstehung von Kar- oder Ausräumungsseen
Karseen entstehen, wenn Gletscher ein Tal ausschürfen und dieses nach dem Abschmelzen
mit Wasser auffüllen. Karseen findet man vor allem in den Alpen.
Folie 19: Künstliche Fliessgewässer - Kanäle
Schon seit alters her haben Menschen Gewässerbetten künstliche Fliessgewässer Kanäle
angelegt.
Dies taten sie, um Transportwege für Schiffe, Trassen für die Versorgung mit Trinkwasser
und die Entsorgung von Brauchwasser zu schaffen.
Solche Kanäle verbinden heute Ozeane miteinander (Panamakanal, Suezkanal, Rhein-MainDonaukanal).
Folie 20: Künstliche Stillgewässer
Neben den Stillgewässer hat man auch schon sehr früh in der Geschichte menschlicher
Kulturen künstliche Stillgewässer geschaffen. Da sind einmal die Teiche, oder wie man in
Süddeutschland sagt die Weiher, von ihnen wird noch die Rede sein.
Bedeutungsvoller sind aber die Stauseen, die zum Zweck des Hochwasserschutzes, als
Trinkwasserreservoire oder zur Bewässerung von Pflanzkulturen angelegt wurden.
Heute haben Stauseen weltweite auch große Bedeutung für die Erzeugung von Elektrizität.
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