Viele große Seen in Mitteleuropa wurden im 20. Jahrhundert durch Abwässer stark überdüngt. In Folge entstanden Algenblüten, insbesondere ein Massenauftreten von Cyanobakterien (photosynthetische Bakterien). Einige dieser Organismen bilden Giftstoffe, welche die Nutzung des Seewassers beeinträchtigen können. Absterbende Algenblüten verbrauchen viel Sauerstoff, reduzieren so den Sauerstoffgehalt im See mit negativen Folgen für die Fischbestände.

Das Cyanobakterium «Planktothrix rubescens» (Burgunderblutalge) im Zürichsee. Die Fäden sind nur 0.005 mal 2 Millimeter groß, bilden aber vor allem in einer Wassertiefe von 12 bis 15 Meter Massenvorkommen. (Bild: Limnologische Station, UZH) 

Das Problem bei der Überdüngung war nicht nur die absolute Menge von Stickstoff und Phosphor, den beiden wichtigsten Nährstoffen für Algen. Der Mensch hat auch das Verhältnis der beiden Nährstoffe zueinander verändert. So wurden die Phosphorfrachten in Seen in den letzten Jahrzehnten massiv reduziert, die Belastung mit Stickstoffverbindungen wurde jedoch nicht im selben Ausmaß verringert. Das derzeitige Verhältnis zwischen den Nährstoffen kann daher ein Massenauftreten gewisser Cyanobakterienarten auslösen, sogar in Seen, die bislang als saniert galten.

Burgunderblutalgen wachsen stärker

«Das heutige Grundproblem liegt darin, dass der Mensch zwei sensible Eigenschaften von Seen gleichzeitig verändert, nämlich die Nährstoffverhältnisse und mit der Klimaerwärmung die Wassertemperatur», erklärt Thomas Posch, Limnologe an der Universität Zürich. Er hat in Zusammenarbeit mit der Wasserversorgung Zürich in einer Studie Daten aus 40 Jahren analysiert, die jetzt in «Nature Climate Change» veröffentlicht wurde.

Die Auswertung dieser Langzeitdaten zum Zürichsee zeigt, dass das Cyanobakterium «Planktothrix rubescens», besser bekannt als Burgunderblutalge, in den letzten 40 Jahren zunehmend dichtere «Blüten» ausbildet. Wie viele andere Cyanobakterien besitzt Planktothrix Giftstoffe, um sich vor dem Frass durch Kleinkrebse zu schützen. Die Burgunderblutalge wurde im Zürichsee erstmals im Jahr 1899 beschrieben, und ist für die Wasserversorgung Zürich ein seit langem bekanntes Phänomen. Daher wird das Seewasser für die Trinkwasserversorgung aufwändig aufbereitet, wobei der Organismus und die Giftstoffe vollständig aus dem Rohwasser entfernt werden.

Wärmerer See durchmischt sich zu wenig

Doch warum wächst Planktothrix immer besser? Die wichtigste natürliche Kontrolle der Cyanobakterienblüten erfolgt im Frühjahr, nachdem sich der gesamte See im Winter stark abgekühlt hat. Intensive Winde führen zu einer Durchmischung des Oberflächen- mit dem Tiefenwasser. Ist die Durchmischung vollständig, sterben viele Cyanobakterien in der Tiefe des Zürichsees ab, da sie dem hohen Druck, immerhin 13 bar in 130 Meter Wassertiefe, nicht standhalten. Ein zweiter positiver Effekt dieser Durchmischung ist der Transport von frischem Sauerstoff in die Tiefe.

Doch auch hier hat sich die Situation im Zürichsee in den letzten vier Jahrzehnten drastisch verändert. Die Klimaerwärmung bewirkt eine zunehmende Erwärmung der Wasseroberfläche. Die derzeitigen Werte liegen bei 0.6 bis 1.2 °C über dem 40-Jahresmittel. Die Winter waren vermehrt zu warm und der See durchmischte nur noch unvollständig, da der Temperaturunterschied zwischen Oberfläche und Tiefe eine physikalische Barriere darstellte. Die Folgen sind grössere Sauerstoffdefizite über längere Zeit im Tiefenwasser des Sees und eine unzureichende Reduktion der Blüten der Burgunderblutalge.

Hoffen auf kalte und windige Winter

«Derzeit erleben wir leider eine paradoxe Situation. Obwohl wir die Nährstoffproblematik für teilweise gelöst hielten, arbeitet die Klimaerwärmung in einigen Seen gegen die Sanierungsmassnahmen. In Zukunft brauchen wir deshalb vor allem wieder kalte Winter mit kräftigen Winden», sagt Thomas Posch. Der letzte Winter 2011/12 war aus der Sicht der Forschenden ideal. Die tiefen Temperaturen und die kräftigen Stürme liessen den See komplett durchmischen und führten endlich wieder zu einer Reduktion der Planktothrix.

Publikation: Thomas Posch, Oliver Köster, Michaela M. Salcher und Jakob Pernthaler. Harmful filamentous cyanobacteria favoured by reduced water turnover with lake warming. Nature Climate Change. 8. Juli 2012.Doi: 10.103