Eutrophierung – Definition, Ursachen, Typen, Prozess, Beispiele

Eutrophierung Definition

Eutrophierung ist die Bedingung einer allmählichen Zunahme der Konzentration von Phosphor, Stickstoff und anderen Pflanzennährstoffen in einem Gewässer, was zu übermäßigem Pflanzen- und Algenwachstum führt.

  • Die Eutrophierung ist eine der am weitesten verbreiteten Herausforderungen für Süßwassersysteme und hat auch eine lange Geschichte in der Wasserwirtschaft.
  • Es ist ein natürlicher Prozess, der über Jahrhunderte in verschiedenen Wasserquellen abläuft, aber menschliche Aktivitäten haben den Prozess beschleunigt, indem die Eutrophierungsrate und das Ausmaß der Eutrophierung erhöht wurden.
  • Es entsteht die Bedingung, dass die Produktivität oder Fruchtbarkeit aquatischer Ökosysteme durch die Zunahme des organischen Materials, das in einfacher verwertbare Nährstoffe zerlegt werden kann, steigt.
  • Der prominenteste Effekt der Eutrophierung von Wasserressourcen ist die Bildung von Blüten von übelriechendem Phytoplankton. Diese Mikroorganismen verringern die Wasserklarheit und können die Wasserqualität verschlechtern.
  • Das Wachstum solcher Blüten stört das Eindringen von Licht und zerstört das Pflanzenwachstum in Küstengebieten.
  • Die Eutrophierung bedroht die ökologische Stabilität des Systems, da die Nährstofferhöhung mit quellenspezifischen Bedingungen wie dem Vorhandensein anderer Schadstoffe und Infektionserreger interagieren kann.
  • Eutrophe Wasserressourcen beherbergen im Vergleich zu nicht eutrophen Gewässern normalerweise weniger größere Tiere wie Fische und Vögel.
  • Die Zerstörung der Wasserqualität und der Verlust der ökologischen Vielfalt gehören zu den schädlichsten Folgen der Eutrophierung. Diese haben den Fokus verschiedener Studien auf die Bekämpfung der Eutrophierung neu ausgerichtet.
  • Der Nährstoffüberschuss in Wasserquellen resultiert normalerweise aus dem Abfluss von Land, der Produkte aus terrestrischen Ökosystemen in die Quellen trägt.
  • Jahrzehntelang wurde die Eutrophierung als irreversibler Prozess angesehen, aber in den letzten Jahren wurde die Eutrophierung in mehreren Seen rückgängig gemacht, indem sowohl die menschliche Nährstoffemission kontrolliert als auch die Nährstoffbelastung der Quellen abgeschnitten wurde.
  • Das Wachstum von Algenblüten erfordert wie andere Pflanzen Nährstoffe in bestimmten Verhältnissen, die von den natürlichen Konzentrationen abweichen.
  • Die Eutrophierung ist eine dringende Bedrohung, da mehr als 30 % der Seen und Stauseen weltweit von Eutrophierung betroffen sind.
Eutrophierung – Definition, Ursachen, Typen, Prozess, Beispiele

Ursachen der Eutrophierung

Die natürliche Eutrophierung ist ein natürlicher Prozess, der über Jahrhunderte als Teil des Kreislaufs des Ökosystems abläuft. Der Prozess wurde jedoch durch menschliche Aktivitäten verbessert, die dazu führen, dass der Prozess viel schneller abläuft und unmittelbare Folgen hat. Die Hauptursache für die Eutrophierung ist der Eintrag einer großen Menge leicht verfügbarer Nährstoffe in die Wasserressourcen, was die Fruchtbarkeit und das übermäßige Wachstum verschiedener Pflanzen und Algen erhöht. Einige der Faktoren, die den Eutrophierungsprozess durch Erhöhung des Nährstoffgehalts der Wasserressourcen fördern, sind:

1. Düngemittel

  • Der Einsatz phosphat- und nitrathaltiger Düngemittel zur Steigerung der Produktivität der Kulturpflanzen ist eine der Hauptursachen für die Eutrophierung der Kulturen.
  • Die Düngemittel, die auf dem Land in der Nähe von Wasserressourcen verwendet werden, werden schließlich während des Regens und anderer natürlicher Prozesse in die Wasserressourcen abgelagert.
  • Die Abflüsse aus verschiedenen Gebieten gelangen schließlich in Seen, Flüsse und Ozeane, was die Nährstoffverfügbarkeit der Wasserressourcen erhöht.
  • Da die Düngemittel leicht verfügbare Nährstoffe enthalten, werden sie von Planktonen, Algen und Wasserpflanzen des aquatischen Ökosystems aufgenommen.
  • Die photosynthetische Aktivität der Wasserressource nimmt zu, was die Konzentration organischer Stoffe im Ökosystem weiter erhöht.
  • Die Erhöhung des Nährstoffgehalts führt zur Bildung eines dichten Wachstums von Algenblüten und Pflanzen, was zu einer Eutrophierung führt.

2. Konzentrierte Tierfütterung

  • Bei der konzentrierten Tierfütterung handelt es sich um landwirtschaftliche Praktiken, bei denen eine große Anzahl von Tieren für einen bestimmten Zeitraum auf einem bestimmten Gebiet gehalten wird, um die Produktivität und Qualität der Tiere zu steigern.
  • Bei solchen Betrieben fallen jedes Jahr Millionen Tonnen Dünger an, die schließlich alle ihren Weg in die Wasserressourcen finden.
  • Der Mist enthält hauptsächlich Stickstoff und Phosphor, die beide wesentliche Bestandteile der Algenblüte sind.
  • Stickstoff und Phosphor treten als limitierende Faktoren bei Algenblüten auf, da diese im geringsten Anteil in der Summenformel der Algen (C106H262O110N16P) vorhanden sind.
  • So ist in vielen Ökosystemen die Biomasse des Phytoplanktons durch die geringe Verfügbarkeit von Phosphor und Stickstoff begrenzt.
  • Die Freisetzung von stickstoff- und phosphorreichem Tierdung in solche Ökosysteme führt jedoch zu einer erhöhten Produktion von Phytoplankton und führt zu einer Eutrophierung.

3. Einleitung von Abwasser und Industrieabfällen

  • In vielen Entwicklungsländern werden Haushaltsabwässer sowie industrielle Abwässer in Wasserressourcen wie Seen, Teiche und Flüsse eingeleitet.
  • Das Abwasser aus verschiedenen Quellen enthält in der Regel hohe Mengen an chemischen Nährstoffen, die das dichte Wachstum von Algenblüten in solchen Ressourcen stimulieren.
  • Das Abwasser aus Haushalten und Gemeinden weist hohe Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen auf, die sich direkt auf die Gesundheit des Ökosystems auswirken.
  • Industrieabwässer enthalten, selbst wenn sie behandelt werden, geringe Konzentrationen vieler Chemikalien. Im Laufe der Zeit führt die kontinuierliche Ablagerung solcher Chemikalien zu einer erhöhten Nährstoffverfügbarkeit in der Wasserressource, die schließlich zu einer Eutrophierung führt.

4. Umweltfaktoren

  • Verschiedene Umweltfaktoren wie Temperatur, Salzgehalt und atmosphärische Bedingungen spielen eine wesentliche Rolle bei der Eutrophierung, aber der genaue Mechanismus ihres Einflusses ist noch nicht vollständig verstanden.
  • Algenblüten treten normalerweise zwischen einer Temperatur von 23°C und 28°C und einem Salzgehalt von 23% und 28% auf. Die Veränderungen dieser Faktoren beeinflussen die Algenwachstumsrate, insbesondere wenn die Temperatur steigt und der Salzgehalt abnimmt.
  • Die Kohlendioxidkonzentration beeinflusst auch das Wachstum von Cyanobakterien, da diese Mikroben geringe Mengen an Kohlendioxid verwerten können und schwimmfähig werden, um sich an der Wasseroberfläche zu halten und Sonnenlicht zu erhalten.
  • Die freie Kohlendioxidkonzentration im Wasser beeinflusst auch den pH-Wert der Wasserressource und beeinflusst das Wachstum verschiedener Mikroben weiter.
  • In ähnlicher Weise wird das Wachstum auch durch eine Erhöhung der Lichtintensität begünstigt, wobei 4000 Lux die günstigste Intensität ist.

Eutrophierungsarten

Die Eutrophierung kann je nach Grundursache des Prozesses in zwei Arten unterteilt werden;

1. Natürliche Eutrophierung

  • Die natürliche Eutrophierung ist ein Prozess, der durch die allmähliche Ansammlung von Nährstoffen und organischen Stoffen in Wasserressourcen über einen sehr langen Zeitraum auftritt.
  • Die natürliche Eutrophierung kann bis zu 100 Jahre dauern, da die natürliche Ablagerung und Zunahme der Ablagerungen organischer Substanz lange Zeit benötigt.
  • Der Prozess der natürlichen Eutrophierung wird durch natürliche Bedingungen wie Überschwemmungen und Erdrutsche unterstützt, bei denen die organische Substanz aus dem Land in die Wasserressourcen gespült wird.
  • Daneben spielen auch Umweltfaktoren wie Temperatur, Kohlendioxidkonzentration und Licht eine wesentliche Rolle bei der natürlichen Eutrophierung.
  • Der Prozess der natürlichen Eutrophierung beginnt in einer oligotrophen Wasserressource, in der die Produktivität steigt, wenn sich die Nährstoffe ansammeln, um einen stabilen Eutrophiezustand zu erreichen.
  • Wenn der Prozess der Nährstoffakkumulation und -nutzung fortschreitet, könnte sich der Zustand in Richtung Eutrophierung verschieben, aber es dauert Hunderte von Jahren. Der Zeitraum hängt von der Art der Wasserressource, den Landflächen um die Ressource und dem Klima ab.

2. Kulturelle (anthropogene) Eutrophierung

  • Kulturelle Eutrophierung der anthropogenen Eutrophierung ist der Prozess der Ansammlung von überschüssigen Nährstoffen in Wasserökosystemen als Folge menschlicher Aktivitäten.
  • Kulturelle Eutrophierung ist der Prozess, der die natürliche Eutrophierung beschleunigt und innerhalb kurzer Zeit zu schweren Bedingungen führt.
  • Die Hauptursache der kulturellen Eutrophierung ist die Reihe menschlicher Aktivitäten, die vor allem die Konzentration von Phosphor und Stickstoff im Ökosystem erhöhen.
  • Diese Art der Eutrophierung erfolgt in kürzerer Zeit und hat in der Regel erhebliche Folgen für die Gesundheit aller Lebewesen.
  • Viele menschliche Aktivitäten wie Überdüngung, industrielle und landwirtschaftliche Expansion und die Freisetzung von Abwasser in die Wasserressourcen gehören zu den Hauptursachen für diesen Prozess.
  • Kulturelle Eutrophierung kann sowohl in Süß- als auch in Salzwasserkörpern auftreten, von denen Flachwasser am anfälligsten ist.
  • Flache Seen und Teiche erleben Windwellen, die dazu führen, dass riesige Nährstoffe im darüber liegenden Wasser suspendiert werden.
  • Die Eutrophierung schränkt die Nutzung solcher Wasserressourcen für verschiedene Zwecke wie Trinkwasser, Wasserlebewesen und industrielle Nutzung als Folge des vermehrten Wachstums unerwünschter Algen ein.

Prozess / Schritte der Eutrophierung

Der Gesamtprozess der Eutrophierung kann in den folgenden Schritten erklärt werden;

1. Ansammlung von Nährstoffen

  • Der erste Schritt im Eutrophierungsprozess ist die Anreicherung von Nährstoffen in verschiedenen Ökosystemen.
  • Diese Nährstoffe sind normalerweise reich an Stickstoff und Phosphor, den beiden limitierenden Elementen einer Algenblüte.
  • Die Akkumulation kann durch verschiedene natürliche sowie anthropogene Mittel erreicht werden. Natürliche Prozesse wie Bodenerosion, Erdrutsche, Regen und Stürme verlagern den Boden vom angrenzenden Land in Wasserressourcen, wodurch der Nährstoffgehalt der jeweiligen Ressourcen deutlich erhöht wird.
  • Anthropogene Aktivitäten wie die Einleitung von häuslichem und industriellem Abwasser in die Wasserressourcen und die Ausweitung von Agrar- und Siedlungsgebieten führen direkt oder indirekt zu einer Anreicherung von Nährstoffen in der nahegelegenen Wasserressource.
  • Zu Beginn des Prozesses ist das aquatische Ökosystem oligotroph mit weniger verfügbaren Nährstoffen. Wenn die Nährstoffkonzentration zunimmt, nutzen die Mikroben und Pflanzenarten die Nährstoffe, um ihre Produktivität zu steigern.

2. Produktivitätssteigerung

  • Die erhöhte Nährstoffkonzentration im aquatischen System führt zu einer erhöhten Produktion von Phytoplankton sowie von Pflanzenarten.
  • Ein aquatisches Ökosystem besteht aus einer vielfältigen Gruppe von Mikroorganismen, die eine Vielzahl komplexer sowie einfacher Nährstoffe verwerten können. 
  • Die Biomasse der Mikroorganismen sowie der Pflanzenarten stieg im Ökosystem deutlich an. Wenn die Organismen zu sterben beginnen, reichert sich weitere Biomasse im Ökosystem an.
  • Der Prozess dauert an, solange die Nährstoffkonzentration im Ökosystem ausreichend ist. 

3. Algenblütenbildung

  • Mit der erhöhten Produktivität von Algen beginnen sich Algenblüten auf der Oberfläche von Wasserressourcen zu bilden.
  • Die Bildung von Algenblüten führt auch zu einem teuflischen Algenblütenzyklus, der mehr Nährstoffe in das Wasser freisetzt.
  • Algen im Wasser erhalten ausreichend Sonnenlicht, wodurch sie über die Photosynthese sowohl Sauerstoff als auch Nährstoffe produzieren können . Dies führt zu einer Zunahme der Algenpopulation, was zu Algenblüten auf der Wasseroberfläche führt.
  • Schließlich beginnen diese Algen, den größten Teil der Wasseroberfläche zu bedecken, was dazu führt, dass das Sonnenlicht nicht in das Wasser eindringt. Dies beeinflusst den Prozess der Photosynthese, was zu einer Sauerstoffverarmung führt.
  • Dadurch sterben Algen ab, die dann von verschiedenen Bakterien zersetzt werden und den verbleibenden Sauerstoff für die Atmung verbrauchen.
  • All dies verringert schließlich die Gesundheit der Wasserlebewesen in solchen Wasserressourcen sowie die Wasserqualität.

Beispiele für Eutrophierung

Eutrophierung des Potomac-Flusses

  • Der Potomac River im Washington County in Maryland ist eines der klassischen Beispiele für die Eutrophierung von Wasserressourcen.
  • Der Fluss wurde zunächst aufgrund der Analyse der gelösten Sauerstoffwerte, des biologischen Sauerstoffbedarfs und der Gesundheit der Wasserlebewesen als eutropher Zustand identifiziert.
  • Verschiedene Studien fanden heraus, dass der Nährstoff aus dem Land rund um den Fluss zur Ansammlung von Chemikalien wie Stickstoff und Phosphor führte.
  • Der Fluss ist von Land umgeben, das hauptsächlich forstwirtschaftlich und landwirtschaftlich genutzt wird und auch Viehzucht unterstützt.
  • Es wird angenommen, dass der Dung der Tiere und die abgewaschenen Düngemittel vom Land die Hauptursache für die Eutrophierung sind.
  • Der Fluss beherbergt immer noch einige aquatische Lebensformen wie Fische und Arthropoden, aber die Artenvielfalt nimmt jedes Jahr ab.

Auswirkungen/Probleme der Eutrophierung

Die Eutrophierung gilt als ein Problem der Wasserverschmutzung, von dem etwa 30-40% aller Gewässer der Welt betroffen sind. Neben der Wasserverschmutzung gibt es mehrere andere Auswirkungen der Eutrophierung auf das Ökosystem sowie das Leben verschiedener Lebewesen. Im Folgenden sind einige der Auswirkungen der Eutrophierung aufgeführt;

1. Erhöhte Biomasse von Phytoplanktonen

  • Eine erhöhte Biomasse von Phytoplankton, insbesondere in Form von Algenblüten, ist eine der prominentesten Auswirkungen der Eutrophierung.
  • Die Algenblüten könnten sogar giftige Cyanobakterien-Stämme entwickeln, die sowohl Wasserorganismen als auch dem Menschen schaden.
  • Die Blüten führen auch zu einer Verringerung der Wasserklarheit und einer Verschlechterung der Wasserqualität. Einige der Phytoplanktons könnten sogar übelriechende Algenblüten bilden, die das Ökosystem weiter beeinträchtigen.

2. Sauerstoffmangel

  • Die Bildung von Algenblüten auf Wasseroberflächen verringert die Verfügbarkeit von Sonnenlicht für Lebewesen in der Wasserquelle.
  • Der Mangel an Sonnenlicht führt zu einer Abnahme der Photosynthese und schließlich zum Absterben der im Wasser vorhandenen Pflanzenarten.
  • Die abgestorbenen Pflanzen werden dann von verschiedenen Bakterien zersetzt, die den restlichen Sauerstoff im Wasser verwerten.
  • All dies führt zu einem Sauerstoffmangel in der Wasserquelle, was andere Probleme mit sich bringt. Sauerstoffmangel führt zu einem anoxischen Prozess, der verschiedene giftige und übelriechende Gase erzeugt.
  • Der Sauerstoffmangel führt zum Absterben verschiedener Wasserpflanzen sowie Tiere.

3. Abnahme der Biodiversität

  • Durch die Eutrophierung nimmt die Biodiversität aquatischer Ökosysteme ab. Wenn die Algenpopulation aufgrund der erhöhten Nährstoffe zunimmt, nimmt die Population anderer Lebewesen wie Pflanzen und Tiere ab.
  • Die Algenblüten begrenzen die Verfügbarkeit von Sonnenlicht für am Boden lebende Organismen und führen zu einer Abnahme der Variation einer Population.

4. Toxizität

  • Verschiedene Algenblüten sind als schädliche Algenblüten bekannt, die eine giftige Verbindung produzieren, die in der Nahrungskette zu verschiedenen trophischen Ebenen gelangen kann.
  • Blüten in Süßwasser können für Nutztiere schädlich sein, wenn sie von verschiedenen Tieren gefressen werden. Giftstoffe werden dann von den Tieren auf den Menschen übertragen und gefährden Menschenleben.
  • Eines der häufigsten Beispiele für Algengifte, die den menschlichen Körper beeinträchtigen, ist die Schalentiervergiftung, bei der die von Algen produzierten Toxine von Schalentieren aufgenommen und auf Menschen übertragen werden, die sich von solchen Schalentieren ernähren.

5. Wasserverschmutzung

  • Die Bildung von Algenblüten verringert die Klarheit des Wassers, was zu einer starken Wasserverschmutzung führt.
  • Es macht das Wasser unsicher gegen Trinken oder andere Freizeitaktivitäten, was letztendlich den ästhetischen Wert des Gewässers verringert.

Lösungen der Eutrophierung

Da die Eutrophierung einen großen Teil der Gewässer weltweit betrifft, ist es wichtig, den Prozess zu kontrollieren. Da anthropogene Aktivitäten die Hauptursachen für die Nährstoffanreicherung und -eutrophierung sind, ist es wichtig, solche Probleme anzugehen. Im Folgenden sind einige der Lösungen oder Kontrollmaßnahmen aufgeführt, um die Eutrophierung zu minimieren;

1. Biologische Kontrolle

  • Phosphor ist eines der wichtigen Elemente, die den Eutrophierungsprozess induzieren. Daher ist es wichtig, Phosphor aus verschiedenen Quellen zu entfernen.
  • Eines der Werkzeuge zur Entfernung von Phosphor ist natürlich durch Periphytonen. Diese Mikroben sind an der Phosphorentfernung durch Phosphoraufnahme und -ablagerung und durch Filtern von Phosphor aus Wasser beteiligt.
  • Zur wirksamen Verringerung der Toxizität des Wassers wurden auch verschiedene Methoden der Phytoremediation vorgeschlagen.
  • Aquatische Makrophyten wie Eichhornia crassipes und Salvinia auriculata verringern die Konzentration von Stickstoff- und Phosphorverbindungen im Wasser. 
  • Außerdem wurden Wasserlinsen auch zur Abwasserbehandlung verwendet, da diese Abwässer von Garnelenfarmen und große Mengen Ammoniak aus dem Wasser entfernen.

2. Reduzierung der Überdüngung

  • Düngemittel sind eine der wichtigen Nährstoffquellen, die die Eutrophierung verursachen, daher kann die Reduzierung des Düngemitteleinsatzes eine gute Strategie sein, um den Nährstoffeintrag zu reduzieren.
  • Ein optimierter Düngereinsatz erfordert auch regelmäßige Bodenuntersuchungen, um sicherzustellen, dass optimale Düngemittel verwendet werden.
  • In ähnlicher Weise kann auch die Verwendung einer alternativen Düngemittelquelle verwendet werden, die Phosphor in einer langsam freisetzenden Form liefern kann.
  • In Böden mit hohem Phosphorgehalt können andere Chemikalien wie Kalium und Schwefel verwendet werden, um die meiste Produktion zu erzielen.

3. Öffentliches Bewusstsein und Gesetzgebung

  • Das öffentliche Bewusstsein bestimmt die Fähigkeit der Öffentlichkeit, die umgebende Welt zu verstehen, die Sensibilität für sich ändernde Umwelt und das Verständnis der Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen Umwelt und menschlichem Verhalten.
  • Das öffentliche Bewusstsein kann die Verwendung organischer Düngemittel und die Behandlung von Abwasser ermöglichen, bevor es in Gewässer eingeleitet wird.
  • Außerdem können verschiedene Organisationen entscheidende Rechtsvorschriften vorschlagen, um das Ausmaß der Eutrophierung zu verringern.
  • Einige dieser Rechtsverordnungen umfassen diejenigen der Europäischen Union, die darauf abzielen, die Wasserqualität von Grund- und Oberflächengewässern zu schützen und die negativen Auswirkungen der Einleitung von kommunalem Abwasser zu verringern.

Eutrophierung – Definition, Ursachen, Typen, Prozess, Beispiele

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