Interpretation der chemischen und physikalischen Untersuchungen

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1 Interpretation der chemischen und physikalischen Untersuchungen in Fliessgewässern Für die Interpretation der chemischen (ph, Nitrat, Sauerstoff, Alkalinität), physikalischen (Temperatur, Transparenz, Leitfähigkeit) und biologischen (Bioindikation mit Makroinvertebraten) Untersuchungen in Fliessgewässern sind verschiedene Informationen wichtig. Die nachfolgende Zusammenstellung soll helfen, die komplexen Zusammenhänge im Lebensraum Fliessgewässer zu erklären. Chemische Untersuchungen ph Bedeutung des ph Reguliert den Zellmetabolismus Genereller Toleranzbereich für Lebewesen: ph 4 bis 10 (es gibt Ausnahmen) Bei Versauerung der Gewässer (z.b. bei saurem Regen) werden z.b. Muscheln mit Kalkschalen in Mitleidenschaft gezogen Einige ph-werte Für Wasser generell: ph 6.5 bis 8.5 Kalkhaltiges Wasser: ph 7 bis 8 Ozean: ph 7.9 bis 8.25 Gründe für Störungen des ph-wertes in Fliessgewässern Abwasser aus Haushaltungen und Industrie (z.b. Putzmittel) Niederschläge (z.b. saurer Regen) Gelöste Mineralien aus Gesteinen (bei Starkregenereignissen) ph unterschiedlicher Gewässer vergleichen, Unterschiede diskutieren ph von Niederschlägen messen,stadt- und Landgebiete vergleichen ph im Jahreslauf untersuchen, Vergleich auch z.b. mit Wassertemperatur ph und Alkalinität verschiedener Gewässer / verschiedener Zeitpunkte vergleichen

2 Gelöster Sauerstoff (O 2 ) Bedeutung des Sauerstoffs Sauerstoff ist für fast alle Lebewesen unabdingbar (Ausnahmen: z.b. anaerobe Bakterien) Wichtig für alle oxidativen Prozesse Einflussfaktoren für Sauerstoffgehalt im Wasser Luftdruck (je höher je mehr O 2 ) und entsprechend Höhe über Meer Temperatur des Wassers (je kälter je mehr O 2 ) Durchmischung Wasser und Luft (Wellen, Wasserfall, Niederschlag) Wasserpflanzen in moderaten Mengen (abhängig von Photosynthese: Tag/Nacht und Bewölkung) Eutrophierung der Gewässer führen zu starkem Pflanzen- und Algenwachstum. In dieser Phase steigt der O 2 -Gehalt im Wasser. Sobald die Pflanzen und Algen absterben, führt der bakterielle Abbau des toten organischen Materials zur Respiration und der O 2 -Gehalt im Wasser sinkt. Werte < 3mg/L = kein Leben möglich 3 < O 2 < 7 mg/l = wenig anspruchvolle Organismen (z.b. Egel) 7 < O 2 = anspruchsvolle Organismen (z.b. Eintagsfliegenlarve, Lachs.) Tagesverlauf der Sauerstoffkonzentration messen (Photosynthese.) Vergleich mit Wassertemperatur und Sichttiefe Vergleich mit Resultaten aus der Untersuchung der biologischen Gewässergüte Nitrat (NO 3 - ) Herkunft Landwirtschaftliche Dünger (synthetische Dünger, Gülle) Gärreste von Biogasanlagen (als Dünger ausgebracht) Häusliche und industrielle Abwasser (Reinigung in Abwasserreinigungsanlagen)

3 Grössenordnungen der Werte Bioindikation Fliessgewässer / Hydrologie N-NO % des Gehalts im NO 3 Umrechnungsfaktor: 1 mg N-NO 3 = 4.4 mg NO 3 - Grenzwert für NO 3 im Trinkwasser in der Schweiz ist 25mg/l (in der EU 50mg/l) In sauberen Gewässern oft nicht nachweisbar, in belasteten Gewässern >100mg/l Gefahren Nitrat ist für die Eutrophierung der Gewässer mitverantwortlich (siehe O 2 ) Nitrat kann durch Bakterien in Nitrit umgesetzt werden. Dieses ist toxisch für Fische. Nitrat im Trinkwasser ist gefährlich für Säuglinge (Sauerstoffmangel) Aus Nitrat entstehen bei der Verdauung Nitrit und Nitrosamine (krebserregend, reproduktionstoxisch) Alkalinität - Carbonat (CO 3 -- ) Einheiten USA (GLOBE international): ppm oder mg/l CaCO 3 Frankreich (französische Härtegrade): 1 f = 10ppm CaCO 3 Deutschland (deutsche Härtegrade): 1 dh = 0.56 f Säurebindungsvermögen SBV in mmol/l. SBV x 50 = mg/l CaCO 3 Grössenordnungen der Werte Normalerweise Werte >100ppm Wenn Werte <100ppm sind, kann es zu Fluktuationen beim ph kommen Beeinflussung der Carbonat-Werte durch starke Regenereignisse und Schneeschmelze (Werte sinken rasch!) Härte des Wassers <150ppm = weiches Wasser ppm = normales Wasser >250ppm = hartes Wasser Untersuchung von Gewässern vor und nach einem starken Regen Untersuchung von Gewässern in verschiedenen Jahreszeiten Vergleich von verschiedenen Wasserqualitäten (Teich, Fliessgewässer, Mineralwasser, Dest-Wasser, Leitungswasser.) Säurezugabe und ph Schwankungen in verschiedenen Wasserqualitäten Physikalische Untersuchungen Temperatur Temperatur beeinflusst andere Eigenschaften des Wassers Leitfähigkeit (Konduktivität): Je wärmer das Wasser je höher die Leitfähigkeit O 2 : je wärmer das Wasser je weniger gelöstes O 2, Löslichkeit nimmt also umgekehrt proportional ab. Bei einem Anstieg der Wassertemperatur wird O 2 an die Luft abgegeben. ph: je wärmer das Wasser desto mehr steigt der ph Biozönose: je wärmer das Wasser desto mehr Biomasse und Biodiversität (stimmt nur innerhalb einer gewissen Bandbreite der Temperaturwerte)

4 Ausgangspunkt für das aquatische Leben Bioindikation Fliessgewässer / Hydrologie Steigt die Temperatur erhöht sich das Pflanzenwachstum (Fotosynthese) und die Reproduktion bei Tieren. Ist die Temperatur zu hoch, sinkt der O 2 -Gehalt im Wasser und viele Tiere sterben. Regulierung der Lufttemperatur Die Wassertemperatur (v.a. grosser Gewässer) puffert die Lufttemperatur (warmes Wasser erwärmt die kalte Luft im Herbst, kühles Wasser kühlt die Luft im Sommer). Leitfähigkeit (Konduktivität) Ursprung der Leitfähigkeit des Wassers Gelöste mineralische Salze durch Auswaschung von Gestein: Na, Cl -, Mg +, S 2 O 2-4, Ca 2+, CO , HCO 3 (korreliert mit Alkalinität) Abwässer Saurer Regen: H +, SO , NO 3 Einheiten Leitfähigkeit γ: [ms/cm] = [1/mΩ], µs/cm Total gelöste Substanzen (TDS totally dissolved substances): ppm γ Schnee : 5-30 µs/cm γ Trinkwasser : 750 µs/cm (Bereich µs/cm) γ Bewässerung : 1800 µs/cm (höhere Werte sind für Pflanzen problematisch) Umrechnungsfaktor von TDS zu Leitfähigkeit γ TDS 0,67 * γ (im Durchschnitt, hängt von der Zusammensetzung des Wassers ab ) Da die Leitfähigkeit eine Aussage macht wie viele gelöste Salze im Wasser vorhanden sind lässt sich durch vergleichende Messungen die Selbstreinigung untersuchen. Reduzierende Mikroorganismen bauen organische Verunreinigungen ab und es entstehen Salze, was die LF erhöht. Transparenz Massgebender Faktor Transparenz des Wassers bestimmt die Eindringtiefe des Lichts und somit die maximale Tiefe für pflanzliches Wachstum Beeinflussende Faktoren Menge verfügbares Licht Zusammensetzung des Wassers (gelöste Stoffe und ungelöste Feststoffe/Schwebstoffe) Dunkle und schwarze Substanzen absorbieren die meisten Wellenlängen des Lichts, weisse und helle Substanzen reflektieren das Licht

5 Kleine Feststoffe (<1m) zerstreuen das Licht. Hartes Wasser enthält ungelöste Kalkpartikel, die eher blau-grünes Licht zerstreuen. Wasser mit organischen Substanzen wird eher grünlich-gelbliches Licht zerstreuen.