Einführung in die Limnologie (eBook)

Jürgen Schwoerbel, Heinz Brendelberger (Autoren)

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2006 | 9. Auflage
350 Seiten
Spektrum Akademischer Verlag
978-3-8274-1498-4 (ISBN)

Infos

"Dieses bewährte Kurzlehrbuch der Süßwasserkunde beschreibt die Systemeigenschaften der Gewässer und schildert die Zusammenhänge zwischen den klimatischen, geologischen und physikalisch-chemischen Faktoren sowie dem Stoffhaushalt und den aquatischen Tier- und Pflanzengemeinschaften. Ein umfangreiches Kapitel ist der angewandten Limnologie und ihren aktuellen Problemen (Abwasserbehandlung, Gewässerbelastung und Gewässertherapie, Flußausbau und Hochwassergefahr, Gewässerversauerung, Ökotoxikologie) gewidmet.

Die 9. Auflage wurde gründlich durchgesehen und aktualisiert. Sie richtet sich wiederum an Studierende der Limnologie, Biologie, Hydrologie, Wasserwirtschaft und Ingenieurwissenschaften sowie an alle diejenigen, für die Kenntnisse der Gewässerkunde von Bedeutung sind, um ökologische Entscheidungen treffen zu können.

Als Ergänzung zu diesem Buch ist von Jürgen Schwoerbel der Band Methoden der Hydrobiologie"" erschienen.

Die Autoren

Jürgen Schwoerbel , geb. 1930 in Duisburg. Studium der Zoologie, Botanik, Limnologie und Geologie an den Universitäten Innsbruck und Freiburg. Seit 1971 Professor für Limnologie an der Universität Freiburg, seit 1980 auch an der Universität Konstanz. Begründer und Autor des ""Lehrbuchs der Limnologie"" in 8 Auflagen. Herausgeber der ""Süßwasserfauna von Mitteleuropa"". Verstorben am 22.11.2002.

Heinz Brendelberger, geb. 1955 in Karlsruhe. Studium der Limnologie, Zoologie, Biochemie und Bodenkunde an den Universitäten Freiburg, Kiel und Köln. Seit 1999 Professor für Limnologie und Zoologie an der Universität Kiel. Forschungsschwerpunkt: Trophische Interaktionen im Plankton und Benthos stehender und fließender Gewässer."  

Inhalt

Vorwort 6
Inhalt 8
1 Stellung der Limnologie im System der Naturwissenschaften 10
2 Geschichtliche Entwicklung der Limnologie 13
3 Wasserkreislauf, Einteilung, Alter und Genese der Binnengewässer 18
4 Struktur und physikalische Eigenschaften des Wassers 35
4.1 Eigenschaften des Wassers 35
4.2 Wassermolekül und Aggregatbildung 35
4.3 Dichte und Dichteanomalie des Wassers 36
4.4 Adhäsion und Kohäsion 38
4.5 Oberflächenspannung 39
4.6 Viskosität und kinematische Zähigkeit 39
4.7 Wärmeeigenschaften des Wassers 40
4.8 Dielektrizitätskonstante 41
5 Physikalische Verhältnisse im Gewässer 42
5.1 Das Strahlungsklima im Gewässer 42
5.2 Wärmehaushalt der Gewässer 46
5.2.1 Wärmehaushalt der Seen 46
5.2.2 Wärmehaushalt der Fließgewässer 50
5.3 Wasserbewegung und Austausch in Gewässern 52
6 Lebensgemeinschaften im Gewässer 59
6.1 Leben im Süßwasser 59
6.2 Gliederung und Lebensgemeinschaft der Seen 63
6.2.1 Das Pelagial 64
6.2.2 Das Litoral 74
6.2.3 Neuston und Pleuston 79
6.2.4 Das Profundal 80
6.3 Moore 83
6.4 Phytotelmen 85
6.5 Fließgewässer 86
6.6 Temporäre Gewässer 96
6.7 Grundwasser 102
7 Stoffhaushalt der Gewässer I 110
7.1 Einführung 110
7.2 Die im Wasser gelösten Gase und Feststoffe 111
7.3 Die im Wasser gelösten Gase 112
7.3.1 Löslichkeit der Gase im Wasser 112
7.3.2 Sauerstoffgehalt und Sauerstoffhaushalt der Gewässer 113
7.3.3 Kohlendioxid, Kohlensäure und Karbonate 117
7.3.4 Methan und Schwefelwasserstoff 120
7.3.5 Stickstoff 120
7.4 Im Wasser gelöste Feststoffe 121
7.4.1 Löslichkeit fester Stoffe im Wasser 121
7.4.2 Verbindungen des Stickstoffs 122
7.4.3 Verbindungen des Phosphors 123
7.4.4 Verbindungen des Schwefels 125
7.4.5 Eisen und Mangan 127
7.4.6 Silicium (Kieselsäure) 128
7.5 Organische gelöste Stoffe im Gewässer (DOM, DOC) 128
7.6 Sediment und Stoffhaushalt 131
7.7 Stoffhaushalt der Fließgewässer 133
8 Stoffhaushalt der Gewässer II (Produktion, Konsumption, Destruktion) 136
8.1 Übersicht 136
8.2 Produktion (Primärproduktion) 137
8.2.1 Pflanzliche Produktion 138
8.2.1.1 Abhängigkeit der Produktion von Außenfaktoren 139
8.2.1.2 Zeitliche und räumliche Verteilung der Produzenten 147
8.2.2 Phototrophe Bakterien 154
8.3 Konsumption (Sekundärproduktion) 156
8.3.1 Konsumentenketten 156
8.3.2 Stoff-und Energiehaushalt der Konsumenten 166
8.3.3 Primärkonsumption 169
8.3.3.1 Technik der Nahrungsaufnahme 169
8.3.3.2 Planktische Filtrierer 169
8.3.3.3 Sessile Filtrierer 175
8.3.3.4 Weidegänger 177
8.3.3.5 Zerkleinerer (Shredder) 177
8.3.3.6 Sediment- und Detritusfresser 179
8.3.4 Sekundärkonsumption 180
8.3.5 Stofftransport und Energiefluss durch die Konsumentenkette 183
8.4 Destruktion und die Rolle der Bakterien im Gewässer 185
8.4.1 Lebensbedingungen für Gewässerbakterien 185
8.4.2 Übersicht über physiologische Gruppen von Gewässerbakterien 188
8.4.3 Abbau der organischen Substanz 195
8.4.4 Zusammensetzung der gelösten organischen Substanz, mikrobieller Abbau und Exoenzyme 196
8.4.5 Die Rolle der Bakterien und der „Microbial Loop“ 203
8.4.6 Dynamik und Verteilungsmuster 204
8.4.7 „hot spots“ und „lake snow“ 209
8.4.8 Aktuelle Forschung und Methodik 211
8.5 Destruktion und die Rolle der Pilze 214
8.6 Stofftransport und Energiefluss in aquatischen Ökosystemen 217
8.7 Ökosystemforschung 226
9 Angewandte Limnologie 228
9.1 Abwasser und Abwasserbehandlung 228
9.1.1 Herkunft und Zusammensetzung des Abwassers 228
9.1.2 Abwasserreinigung 233
9.1.2.1 Mechanische Reinigungsverfahren 233
9.1.2.2 Biologische Abwasserreinigung 234
9.1.2.3 Die dritte Reinigungsstufe 242
9.1.2.4 Schlammbehandlung und weiterführende Maßnahmen der Abwasserreinigung 245
9.2 Belastete Gewässer 246
9.2.1 Selbstreinigung der Fließgewässer 247
9.2.2 Indikatororganismen und Saprobiensysteme 249
9.2.3 Die Eutrophierung der Gewässer 259
9.2.4 Gewässertherapie 262
9.2.5 Biomanipulation 266
9.3 Flussauen und Hochwassergefahr 267
9.4 Gewässerversauerung 271
9.5 Water borne diseases 275
9.5.1 Schistosomiasis 276
9.5.2 Onchozerkose 277
9.6 Ökotoxikologie 278
9.6.1 Verhalten der Pestizide im Gewässer 279
9.6.2 Bioakkumulation 283
9.6.3 Biotestverfahren 285
Glossar 287
Literaturverzeichnis 295
Index 337
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Textauszug

6 Lebensgemeinschaften im Gewässer (S. 49-50)

6.1 Leben im Süßwasser

Das Leben der Organismen im Süßwasser ist durch die folgenden Bedingungen geprägt:

1. die hohe Dichte des Mediums,
2. die Salzarmut des Mediums,
3. die hohe Lösungsfähigkeit des Wassers für anorganische und organische Stoffe,
4. die Ausbildung vertikaler Faktorengradienten im Gewässer,
5. kurze Existenz der Lebensräume,
6. enge Verbindung zu terrestrischen Lebensräumen.

Zu 1: Die Dichte des Wassers ist 775-mal größer als die der Luft, entsprechend höher ist der Auftrieb der Organismen im Wasser. Wegen des nur wenig höheren spezifischen Gewichtes der Organismen von 1,05 erweist sich dasWasser für sie als ein sehr tragfähiges Milieu. Das hat 2 Konsequenzen:

a) Der gesamte Freiwasserraum eines Gewässers kann von Organismen dauernd besiedelt werden,

b)Stützgewebe und Stützorgane sind als solche unbedeutend und werden in den Dienst der Fortbewegung gestellt.

Die Bewegung imWasser erfordert mehr Energie als in der Luft, weil der hydrodynamische Widerstand mit der Dichte und der Viskosität des Mediums zunimmt. Hierzu vgl. z.B. Nachtigall (1977).

Zu 2: Die Gewebe und Körperflüssigkeiten der Süßwasserorganismen enthalten eine viel höhere Elektrolytkonzentration und eine andere Elektrolytzusammensetzung als das Süßwasser.

Da sie stets hypertonisch gegenüber dem Medium sind (Abb. 6.1) und die Elektrolytzusammensetzung immer beibehalten, sind sie zur Osmoregulation (Regulation des Wasserhaushaltes) und zur Ionenregulation (Regulation der Ionenzusammensetzung im Körper) befähigt. Folgende Leistungen der Süßwassertiere sind dabei wichtig:

a) Ausscheidung großer Mengen salzarmen Urins und renale Resorption der Elektrolyte.

b)Verminderung des Wassereinstroms durch wasserundurchlässige Membranen (z.B. Insekten, vgl. S. 28).

c) Selektive Aufnahme von Elektrolyten aus dem Wasser entgegen dem Konzentrationsgefälle über „Chloridzellen"" (Komnick 1977).

d)Gewinnung der Salze teilweise aus der Nahrung.

Zu 3: Die umfassende Fähigkeit des Wassers zur Lösung von Gasen und Feststoffen führt im Zusammenhang mit Wasserströmungen zur Verteilung von Nährstoffen, Sauerstoff etc. im Gewässer und zur Ausbildung von Stoffgradienten (vgl. Kap. 7). Pflanzen und Mikroorganismen können gelöste Stoffe über die gesamte Körperoberfläche aufnehmen. Die von Organismen abgegebenen organischen und anorganischen Substanzen werden wegen ihrer Löslichkeit im Wasser sofort wieder in den Stoffumsatz einbezogen. Das gilt auch für jene Substanzen, die aus toten Organismen durch Autolyse und mikrobiellen Abbau freigesetzt werden (vgl. Abschnitt 8.4). Hierbei spielen freie und gebundene Exoenzyme eine bedeutende Rolle (Overbeck und Chr´ost 1990, Chr´ost 1991).

Alarm-, Lock-, Duft- und andere fernwirkende Stoffe (Ökomone) spielen auch im Gewässer eine bedeutende Rolle. Zusammenfassende Übersichten liegen von Larsson und Dodson (1993) für das Zooplankton, von Dodson et al. (1994) für das Zoobenthos der Seen und Fließgewässer vor (vgl. Abb. 6.2). Die Pheromone wirken intraspezifisch in erster Linie auf Artgenossen. Hierher gehören die Sexuallockstoffe, die natürlich besonders streng spezifisch sind. Bei Cladoceren, Copepoden und Rotifera sind offenbar Glycoproteine paarungsauslösend (Snell und Carmona 1994, Carmona und Snell 1995). Die „Schreckstoffe"" (Alarm-Pheromone) der schwarmbildenden Cypriniden (Weißfische, z.B. Elritzen) führen bei Artgenossen zu charakteristischen Verhaltensweisen, die den Schwarm vor einem Fressfeind warnen und schützen. Die Stoffe sind in „Riesenzellen"" der Epidermis der Fische gespeichert und gelangen bei einer Bissverletzung sofort ins Wasser. Die Schwarmgenossen werden dadurch alarmiert und fügen sich (im Licht) zu einem kompakten Schwarm zusammen oder (im Dunkeln) fliehen einzeln."

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.1.2006
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Biologie
• Themenwelt: Technik
• ISBN-10: 3-8274-1498-9 / 3827414989
• ISBN-13: 978-3-8274-1498-4 / 9783827414984