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Lexikon der Geowissenschaften: See

See, Wasseransammlung meist in einer geschlossenen Hohlform, dem Seebecken. Je nach Lage und Entstehung gibt es große und kleine, flache und tiefe sowie langgestreckte und mehr runde Seen. Seebecken können ständig, perennierend mit Wasser gefüllt sein oder lediglich periodisch, intermittierend auftreten. In den einzelnen Klimagebieten führen temperaturbedingte Unterschiede in den Dichte- und Schwereverhältnissen des Wassers zur Stagnation oder zur Zirkulation des Seewassers. Unabhängig von anthropogenen Einflüssen bewirken Größe, Tiefe, Form und Zirkulationsvorgänge ein bestimmtes Verhalten des Sees hinsichtlich der Verteilung von Nährstoffen, Löslichkeit von Gasen und Besiedlung mit Tieren und Pflanzen. Der Wasserhaushalt eines Sees wird durch die Gleichung:

NSee+ZO+ZU=VSee+AO+AU

für eine längerfristige Periode beschrieben. Hierin bedeuten NSee die Niederschläge auf die Seefläche, ZO oberirdischer Zufluß, ZU unterirdischer Zufluß, AO oberirdischer Abfluß, AU unterirdischer Abfluß und VSee Evaporation von der Seefläche. Bei abflußlosen Seen wird die Größe AO Null. Die meisten Seen haben Zufluß und Abfluß. Durch ihr Speichervermögen tritt ein Ausgleich des Abflußganges ein. Hochwässer werden gedämpft und Niedrigwässer werden angereichert. So unterscheiden sich die Amplituden zwischen mittleren Niedrigwasserdurchflüssen (MNQ), mittleren Durchflüssen (MQ) und mittleren Hochwasserdurchflüssen (MHQ) vor Eintritt in den See und nach Austritt aus dem See beträchtlich. Beispielsweise hat der Rhein am Pegel Schmitter oberhalb des Bodensees ein Verhältnis von MNQ zu MQ zu MHQ von 1:4:40, während es am Pegel Rheinklingen, unterhalb des Bodensees, 1:3:8 beträgt (Periode 1951-1970).

Zur Charakterisierung eines Sees werden auch seine morphologischen Kennwerte herangezogen. Die größte Tiefe eines Sees zmax wird entweder als größte Tiefe unter dem mittleren Seespiegel in Meter angegeben oder seine Höhe wird durch die Höhe über NN angegeben, wobei dann die Seespiegelschwankungen keine Rolle spielen. Durch tektonische Vorgänge sind die tiefsten Seen, die Grabenseen, entstanden. Die mittlere Tiefe eines Sees zm ergibt sich aus dem Quotienten des Volumens und der Fläche des Sees, wobei in der Regel die Mittelwerte des Volumens V und der Fläche F verwendet werden:

zm=V/F.

Weitere Kennwerte sind die Länge l des Sees als kürzeste Entfernung zwischen den am weitesten voneinander entfernten Punkten des Sees. Die Seebreite b wird an der engsten Stelle des Sees durch eine Linie, die senkrecht zu l verläuft, wiedergegeben. Die mittlere Breite bm eines Sees wird aus dem Quotienten der Fläche eines Sees und seiner Länge gebildet:

bm=F/l.

Die Seeoberfläche F sowie die durch Isobathen gebildeten Flächen können durch Planimetrieren oder andere Methoden, z.B. unter Verwendung der Interpolationsmethode, berechnet werden. Das Volumen eines Sees wird durch die Lösung des Integrals



bestimmt, wobei zo die Anfangs- und zmax die Endisobathe darstellen. Fz ist die Fläche, die von einer Höhenlinie z umschlossen wird. Die Uferentwicklung D eines Sees wird durch das Verhältnis der Länge der Uferlinie L zu dem Umfang des Kreises, der dieselbe Fläche hat, ausgedrückt:



In der gleichen Weise werden die Volumenentwicklung, die relative Seetiefe und die mittlere Hangneigung eines Sees angegeben.

Die morphometrischen Kennwerte eines Sees können sich rasch durch tektonische und vulkanische Vorgänge in Verbindung mit Sedimentation und biologischen Vorgängen ändern. Delta-Aufschüttung, Küstenversatz und Verlandung sind die sichtbaren Folgen. Eine Herausarbeitung von Seegruppen nach morphometrischen Kennwerten muß daher sehr sorgfältig und stets in Verbindung mit den relativen Kennwerten vorgenommen werden. Eindeutiger ist die Gruppenbildung der Seen nach ihrer Entstehung vorzunehmen ( Tab. 1.), wobei sich allerdings vielfach, jedoch nicht einheitlich bestimmte morphometrische Kennwerte aufzeigen lassen. Erschwert wird eine Gruppenbildung, wenn die Entstehung eines Sees auf kombinierte Prozesse zurückgehen, bei Calderaseen z.B. auf vulkanotektonische Prozesse, bei Poljeseen auf Lösungstätigkeit des Wassers und Sedimentation. Endogene, das sind durch Tektonik und Vulkanismus entstandene Seen, findet man überall auf der Erde. Zu ihnen gehören die meist tiefen, langgestreckten und geologisch alten Grabenseen und die häufig kreisrunden, aber kleinen Kraterseen (Maare). Exogene Seen werden durch Wind, Wasser und Eis geschaffen. Sie sind daher an bestimmte Klimazonen gebunden. Diese Seen nehmen zahlenmäßig den größten Teil ein, wobei wiederum die durch Eisbewegung und Eisschmelze entstandenen Seen überwiegen. Weltweit sind nur 1,8% des Festlandes, das sind etwa 2,5 Mio. km2, mit Seen bedeckt. Im europäischen Gebiet der pleistozänen Inlandvereisung nehmen die Seen 4%, in Schweden 8,6% und in Finnland sogar 12% der Fläche ein. Seen können durch Eis und Moränen rezenter Gletscher aufgestaut werden. Bei Ausbruch solcher Seen können gefährliche Hochwässer, verbunden mit Schlamm- und Gerölltransport (flash-floods) entstehen.

Im vom Eis verlassenen und ausgeschliffenen Hohlformen in Gebirgsregionen bzw. an Gebirgsrändern mit Übergang zum Meer bilden sich Seen, oft treppenförmig hintereinandergelegen, bzw. Fjordseen. Viele Seen liegen im Bereich von pleistozän oder jünger großflächig vergletscherten Gebieten. Sie werden aufgestaut durch Endmoränen oder Schmelzwasserablagerungen (Sander). Nach Abschmelzen des Eises entstehen im Bereich der Grundmoräne Seen, zu ihnen gehören z.B. die vielen kleinen sogenannten Toteislöcher. Räumlich im gleichen Gebiet gelegen sind die subglazialen Schmelzwasserrinnen, die teilweise beträchtliche Längserstreckung besitzen. Förden haben die gleiche Entstehung.

Auf Winderosion gehen Hohlformen, Deflationswannen in Trockengebieten, zurück, die kleinere Seen ausbilden können. In vielen Wüstengebieten liegen diese Depressionen heute jedoch trocken bzw. bilden bei seltenen Niederschlagsereignissen nur kurzfristig Seen aus. Flüsse können in Gebirgsregionen durch Erosion, insbesondere bei starker rückschreitender Erosion, in z.B. Strudelvertiefungen, meist kleinere Seen ausbilden. Bei Abschnürungen von Mäanderabschnitten entstehen in den Altarmen Seen. Durch Sedimentation im Nahbereich der Flüsse bilden sich Umlaufseen und Dammuferseen, die im Bereich der Tieflandgebiete der niederen Breiten oft anzutreffen sind. Im Küstenbereich werden Buchten häufig durch Küstenversatz abgetrennt. Reliktseen, auch Regressionsseen genannt, entstehen im Küstenbereich der Meere durch Absinken des Meeresspiegels oder infolge Landhebung, wobei Teilbereiche des Meeres isoliert werden.

Im Mündungsbereich großer Flüsse entwickeln sich durch Sedimentation, manchmal verbunden mit Tidebewegungen, Deltaseen. Die Lösungskraft des Wassers ist die Ursache für unterirdische Hohlräume im Kalkgestein, die nach Einsturz an der Oberfläche Vertiefungen, Dolinen und Uvalas, formen, die, wenn sie wassererfüllt sind, dementsprechend als Dolinen- bzw. Uvalaseen bezeichnet werden. Eine besondere Ausprägung erhalten die Poljeseen, die zwar auch in den verkarsteten Kalksteinen auftreten, die aber von sedimentführenden Fließgewässern aus Teilen des nicht verkarsteten Einzugsgebietes so viel Material bekommen, daß die Hohlräume verstopfen. Poljeseen können infolge von Schneeschmelze und/oder Starkniederschlagsereignissen episodisch und periodisch auftreten in Abhängigkeit von Quell- und Ponortätigkeit in Verbindung mit der Höhe des Grundwasserspiegels. Alle durch Lösung des Wassers geschaffenen Seen werden unter dem Begriff Karstseen zusammengefaßt. Ihnen allen gemeinsam ist, daß sie keinen Abfluß durch Oberflächengewässer besitzen, vielmehr vollzieht sich die Entwässerung durch Ponore, auch Schlucklöcher genannt. Da Karstseen häufig periodisch in Erscheinung treten, gehören viele von ihnen zu den intermittierenden Seen.

Temperatur und Wärmehaushalt eines Gewässers steuern viele physikalische, chemische und biologische Prozesse. Gemäß der Van′t Hoffschen Regel nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit vieler chemischer und biochemischer Prozesse bei einer Temperaturerhöhung um 10ºC um das Doppelte bis Dreifache zu, gleichzeitig sinkt die Lösungsfähigkeit des Wassers für Gase erheblich. Abbildung 1 illustriert die Bedeutung der Temperatur und der Energieaustauschvorgänge für die physikalisch-chemisch-biologischen Prozesse. Der Wärmehaushalt eines Sees wird durch den Energiefluß an der Seeoberfläche, der sich im Strahlungs- und Wärmeaustausch manifestiert, dem Wärmeumsatz im See, der sich durch Energieflüsse zwischen einzelnen Wasserkörperbereichen des Sees manifestiert, und den advektiven Energieflüssen, die durch den Wassertransport vorgenommen werden, bestimmt. Massenlose und massenbehaftete, advektive Energieflüsse müssen getrennt berechnet und behandelt werden. Seen in mittleren Breiten und in den Subtropen können große Wärmemengen speichern, weil Strahlung und Lufttemperatur hier große Amplituden aufweisen. Tropische und subpolare Seen speichern viel weniger Wärme. Der Wärmeinhalt tropischer Seen ist zwar sehr hoch, er wird aber infolge geringer Jahresschwankung der Lufttemperatur nicht in die Atmosphäre abgegeben. Die Temperaturverhältnisse in einem See sind infolge der Dichteanomalie des Wassers, das seine maximale Dichte von 1,00000 g/cm3 bei 3,98ºC erreicht, sehr komplex. Es muß beachtet werden, daß der Dichteunterschied bei 1ºC Temperaturschritten bei kühlem Wasser wesentlich geringer ist als bei wärmerem Wasser. Die Dichte des Wassers ist aber auch von seinem Salzgehalt abhängig. Salzfreies Wasser hat bei 4ºC ein Volumengewicht von 1,00000. Hat das Wasser einen Salzgehalt von 4 g/l, das entspricht 4‰, steigt sein Volumengewicht auf 1,00818.

Das Zusammenspiel von Dichte, Salzgehalt und Wassertemperatur führt dazu, daß sich in einem See eine Schichtung einstellen kann oder diese Schichtung bei gleichförmiger Temperatur von 4ºC des Seekörpers, die als Homothermie bezeichnet wird, fehlt. In den Klimagebieten mit ausgesprochen thermischen Jahreszeiten stellt sich ein See auf einen zweimaligen Wechsel zwischen Homothermie und Schichtung ein. Im Frühjahr und Herbst kommt es zur Homothermie, im Sommer und im Winter zur Schichtung. Bei Homothermie befindet sich der gesamte Wasserkörper in einer labilen Lage. Windaktivität führt dann zu einer Zirkulation des Seewassers. Diese kann sich bis zum Seegrund erstrecken, was eine Vollzirkulation bewirkt, oder nur Teile des Wasserkörpers erfassen, was als Teilzirkulation bezeichnet wird. In den gemäßigten Klimazonen stellt sich im Sommer eine ausgeprägte Sommerstagnation und in schwacher Form auch im Winter eine Schichtung mit zwei Temperaturzonen ein ( Abb. 2). Im Sommer befindet sich in der Oberflächenschicht thermisch meist homogenes, warmes Wasser. Diese Schicht wird als Epilimnion bezeichnet. Unterhalb befindet sich eine relativ dünne Schicht mit steilem Temperaturgradienten, die als Sprungschicht oder Metalimnion bezeichnet wird. Durch das Metalimnion hindurch erfolgt kein Wärmetransport in die Tiefe. In der unterhalb des Metalimnions gelegenen Schicht befindet sich das Wasser mit den größten Dichten bei etwa 4ºC. Diese Schicht bezeichnet man als Hypolimnion. Seen mit einem zweimaligen Wechsel von Zirkulation und Stagnation im Jahr werden als dimiktische Seen oder holomiktische Seen bezeichnet, wenn wenigstens eine Zirkulation die gesamte Wassermasse erfaßt. Meromiktische Seen hingegen werden nicht bis zum Seegrund durchmischt. Meromixis kann topographisch (windgeschützt), morphologisch (kleine Wasseroberfläche im Verhältnis zur Tiefe) oder chemisch (salzreiches Hypolimnion mit Ausbildung einer chemischen Sprungschicht) bedingt sein. Das nicht durchmischte Tiefenwasser der meromiktischen Seen wird Monimolimnion genannt.

Entsprechend der verschiedenen morphologischen Gestalten, der geographischen Lage und Höhenlage werden Seen nach folgenden Zirkulationstypen geographisch eingeteilt: a) amiktisch: polare Seen mit permanenter Eisdecke; vor allem in der Antarktis, z.T. in der Arktis und im extremen Hochgebirge; keine Zirkulation. b) kalt-monomiktisch: Seen der polaren und subpolaren Zone; Vollzirkulation nur im Sommer; vorwiegend Eisbedeckung und Winterstagnation. c) dimiktisch: Seen der gemäßigten Zone im Norden von Nordamerika und in Eurasien mit Vollzirkulation im Frühjahr und Herbst. d) warm-monomiktisch: subtropische Seen mit Vollzirkulation im Frühjahr. e) oligomiktisch: tropische Seen mit seltener und unregelmäßiger Vollzirkulation. f) warm-polymiktisch: Tropenseen mit häufiger Vollzirkulation, bei denen die Zirkulation oft von der nächtlichen Abkühlung abhängt. g) kalt-polymiktisch: Seen in tropischen Hochgebirgen mit nahezu ständiger Zirkulation. Die Mixis-Typen der Seen in verschiedenen geographischen Breiten und Höhenlagen zeigt Abbildung 3.

Das Epilimnion kann näherungsweise als die Zone der Primärproduktion genannt werden. Die photosynthetische Aktivität von Algen und höheren Pflanzen ist begrenzt auf den durchleuchteten Teil des Wasserkörpers. Dies ist die euphotische oder trophogene Schicht. Große Anteile des hier produzierten organischen Materials werden unmittelbar von Bakterien abgebaut. In manchen Seen erfolgt auch im Metalimnion eine photosynthetische Aktivität. Die Anteile des organischen Materials, die allmählich absinken, werden von im Wasser schwebenden planktischen Rädertieren und Kleinkrebsen konsumiert. Planktische Tiere (Sekundärproduktion) ihrerseits stellen die Nahrungsgrundlage für verschiedene Fische dar, die im Epilimnion oder im kalten Hypolimnion leben.

Ein Seebecken wird auch nach seinen morphologischen Einheiten in verschiedene Bereiche unterschieden ( Abb. 5). Ferner werden Seen gemäß den in ihnen vorkommenden Lebensgemeinschaften in bestimmte Bereiche unterteilt ( Abb. 4). Zunächst ist zwischen der Bodenzone, dem Benthal, und der Freiwasserzone, dem Pelagial, zu differenzieren. Die Benthalzone wiederum untergliedert sich in die Uferzone, das Litoral, und in die Tiefenzone, das Profundal. Beide werden getrennt durch die Kompensationsebene, also der Bereich, in dem die trophogene Schicht des Pelagials in die tropholytische Schicht des Pelagials übergeht. Das Vorhandensein dieser Kompensationsebene und der tropholytischen Tiefenzone ist auch zur Unterscheidung von Seen und Weihern herangezogen worden. Seen haben eine so große Wassertiefe, daß die Litoralflora nicht die Tiefenzonen besiedeln kann, während bei Weihern die Litoralflora überall vorzufinden ist.

Es werden für Seen ferner biologische und Nährstoffaspekte für eine Gliederung herangezogen. Hierzu werden zwei Hauptgruppen unterschieden: Klarwasserseen und Braunwasserseen. Braunwasserseen, auch dystrophe Seen genannt, erhalten ihre Färbung durch Humussubstanzen. Diese fehlen bei den Klarwasserseen und es gibt keine Dyablagerungen (Dy). Die Klarwasserseen bilden einen eutrophen und einen oligotrophen Typ aus. Für die Ausbildung in einen dieser Untertypen sind jedoch nicht nur die Nährstoffverhältnisse maßgebend, vielmehr spielt auch die morphologische Gestaltung eine wichtige Rolle. So haben eutrophe Seen meist eine breite Uferregion, während oligotrophe Seen meist eine schmale Litoralregion und eine relativ große Seetiefe besitzen. Die wichtigsten Vorgänge, die den Stoffhaushalt eines Sees ausmachen sind: a) der biogene Stoffumsatz der Organismen, der z.B. in Produktion, Konsumption und Destruktion zum Ausdruck kommt, b) Sedimentation und Austauschprozesse im Wasser-Sediment-Kontaktbereich, c) Rhythmus von Zirkulation und Stagnation im See, d) Austausch zwischen Atmosphäre und Wasser, e) Eintrag durch Niederschläge, f) Adsorption und Desorption von gelösten Stoffen an Schwebstoffpartikel, g) Zufluß und Ausfluß in und aus dem See.

In Seen sind bestimmte Bewegungen zu beobachten, von denen Turbulenzen, Strömungen, fortschreitende Oberflächenwellen und stehende Wellen die wichtigsten sind. Turbulenzen können durch Temperatur- und Dichteunterschiede hervorgerufen werden. Fortschreitende Wellen werden meist durch Wind verursacht. Bei ihnen wandert der Wellenscheitel, während die Wasserteilchen keine fortschreitende Bewegung ausführen. Im Flachwasserbereich werden die unteren Wasserteilchen abgebremst. Durch Vorauseilen der höheren Wasserteilchen entstehen Brecher. Aus Oszillationswellen der Tiefwassergebiete werden Translationswellen der Flachwasserbereiche. Am Ufer kommt es zu sich überschlagenden Wellen, die Brandung genannt wird. Die Brandung schafft Steilufer mit Kliffs und eine flache Uferbank, die regional unterschiedlich als Schaar oder Wysse bezeichnet wird. Neben den fortschreitenden Wellen treten in Seen auch stehende Wellen, auch Seiches genannt, auf, die in Oberflächen-Seiches und in interne Seiches untergliedert werden. Seiches können durch Luftdruckunterschiede in verschiedenen Bereichen der Seeoberfläche, durch Windeinfluß, durch Starkniederschläge in Teilen des Seegebietes, Hochwasserzuflüsse und gelegentlich durch Erdbeben hervorgerufen werden.

Natürliche und künstliche Seen (Talsperren) stellen die größten Wasserspeicher für Oberflächenwasser auf den Kontinenten dar. Über die großen Seen, deren Fläche, mittlere und größte Tiefe sowie Wasservolumen unterrichtet die Tabelle 2. In den ariden Zonen dagegen unterliegen viele der Seen zum Teil gewaltigen jahreszeitlichen und auch säkularen Änderungen in der Fläche und Tiefe. Wegen der Bewässerung von Baumwollfeldern und anderen Ackerkulturen sowie wasserarmer Zuflüsse (Syrdarya, Amurday) verlor z.B. der Aralsee bis 1995 etwa 70% seiner Fläche und spaltete sich in den großen und kleinen Aralsee auf. Der Wasserspiegel liegt nun in 39 m NN und das Wasservolumen beträgt jetzt nur 400 km3. Eine Auswahl von den Seen mit großen Schwankungen enthält die Tabelle 3. Die größten Stauseen, die durch das Aufstauen zahlreiche Ströme und Flüsse für die Wasserversorgung mit Trink- und Bewässerungswasser sowie die Energiegewinnung errichtet wurden, sind in Tabelle 4 aufgelistet. [KHo, HJL]


See 1: Stellung der Temperatur innerhalb eines Gewässers (P=Niederschlag, QA=Abfluß, QZ=Zufluß, S=im See gespeichertes Wasservolumen, E=Vedunstung). See 1:

See 2: Seezirkulation in den gemäßigten Klimazonen. See 2:

See 3: Mixis-Typen der Seen in den verschiedenen geographischen Breiten und Höhenlagen. See 3:

See 4: thermische Schichten und Lebensgemeinschaften. See 4:

See 5: Schema der morphologischen Einheiten eines Seebeckens. See 5:

See (Tab. 1): verschiedene Seeklassifikationen. See (Tab. 1):

See (Tab. 2): größte Seen der Erde (geordnet nach der Fläche, ohne Seen mit großen Schwankungen der Fläche). See (Tab. 2):

See (Tab. 3): bedeutende Seen mit großen Flächenschwankungen. See (Tab. 3):

See (Tab. 4): Flächen, Volumen und Höhen über Gründung der größten Stauseen der Erde (T=Tiefe an der Sperre, H=Höhe der Sperre, St=Stauhöhe). See (Tab. 4):

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