Eine neue Studie zeigt, dass der Klimawandel die Wassertemperatur, die Eisdecke und das Brauen vieler Schweizer Seen signifikant verändern könnte. Die mittleren Seen sind besonders gefährdet. Es besteht die Gefahr, dass sie ihre gesamte Eisdecke verlieren und zweimal im Jahr nicht mehr vollständig gebraut werden. Eine solche Änderung hätte dramatische Auswirkungen auf das Funktionieren der Seenökosysteme.
Die Seen sind starken saisonalen Zyklen ausgesetzt. In vielen Schweizer Seen mittlerer und hoher Höhe wird das Wasser von der Oberfläche bis zum Boden im Frühling und Herbst gebraut. Dieses vertikale Brauen beeinflusst viele chemische und ökologische Prozesse. Das sauerstoffreiche und nährstoffarme Oberflächenwasser vermischt sich mit dem sauerstoffarmen Wasser, das reich an Nährstoffen auf dem Grund des Sees ist. Dieses Phänomen balanciert die Temperatur des Sees bis in die tiefen Schichten. Im Winter und Sommer dagegen wird das Wasser aus der Tiefe durch eine stabile Schichtung der Temperatur von der Oberfläche getrennt. Die Ökosysteme der Seen und die gesamte Nahrungskette, vom Plankton bis zum Fisch, sind an diese jahreszeitlichen Schwankungen gewöhnt.
Klimawandel verändert saisonale Zyklen
Wie eine neue Studie des Wasserforschungsinstituts Eawag derzeit zeigt, wirkt sich der Klimawandel stark auf diese Zyklen in den Schweizer Seen aus. "Die Intensität der Reaktion des Seenverkehrs auf den Klimawandel hängt unter anderem von ihrer Höhe und Größe ab. Mittelgroße Seen sind besonders empfindlich ", sagt Love Råman Vinnå von der Forschungsabteilung Oberflächenwasser.
Für diese Studie hat ein Forscherteam von Råman Vinnå 29 Schweizer Seen auf Höhengradienten von 193 m bis 1797 m untersucht. Sie haben die dynamischen Prozesse der Seen mit hilfe des eindimensionalen physikalischen Seenmodells Simstrat simuliert. Zum ersten Mal konnten Råman Vinnå und sein Team außerdem die neuen Schweizer Klimaszenarien (CH2018) nutzen, die die komplexe Topographie der Alpen berücksichtigen, um das lokale Klima im Detail darzustellen. Die Simulation der Auswirkungen des Klimawandels auf die Dynamik der Seen ist somit viel genauer als in früheren Studien. Es wurden drei Zukunftsszenarien verwendet: Das Worst-Case-Szenario setzt einen stetigen Anstieg der Treibhausgase voraus, während die Emissionen im Zwischenszenario bis 2050 ihren Höhepunkt erreichen und die globale Erwärmung im strengsten Szenario nicht mehr als 2 °C beträgt.
Erhebliche Veränderung des Rührens von Mittleren Höhenseen
Das Ergebnis der Simulationen ist eindeutig: Wenn sich das Klima um mehr als 2 ° C erwärmt, besteht die Gefahr, dass viele Seen mittlerer Höhe im 21. Jahrhundert ihre Eisdecke verlieren, wie der Jouxsee oder der Klöntalsee. Weniger Eis führt zu einem intensiveren vertikalen Austausch zwischen Oberflächengewässern und tiefen Schichten, wodurch die Bildung einer stabilen Schichtung verhindert und somit die Dauer verkürzt wird. Im Sommer dagegen verlängert sich die Dauer der stabilen Schichtung, was das Risiko eines Sauerstoffmangels in der Tiefsee erhöht. Darüber hinaus kann die anhaltende Schichtung im Sommer das Wachstum der toxischen Cyanobakterien in den Algen fördern.
Viele Seen mittlerer Höhe könnten daher von einer Diät der dimictischen Mischung mit zwei Tiefseebrausen pro Jahr zu einer monomiktischen Diät mit nur einer jährlichen Brauerei übergehen. Veränderungen dieser Art haben schwerwiegende Folgen für die Ansammlung von Wärme in Seen und die Verteilung von Sauerstoff und Nährstoffen. Die Lebensräume vieler Wassertiere könnten tiefgreifend verändert werden, da sich das Wasser dann durch die Oberfläche erwärmt und der Sauerstoff in der Tiefe wenig vorhanden ist. "Aber wenn es uns gelingt, die globale Erwärmung einzudämmen, können wir die Eisdecke erhalten und eine Veränderung der Mischdiät der meisten Seen verhindern", sagt Råman Vinnå.
Die Bergseen und die großen Seen des Plateaus behalten ihre Misch-Diät
Nach allen Klimaszenarien der Musterstudie bleiben die Hochseen, wie der 1768 Meter entfernte St. Moritz-See, zumindest für das 21. Jahrhundert dimictisch. Seltsamerweise erwärmt sich das Wasser dieser Seen mehr und die Dauer der Eisdecke und die stabile Schichtung verkürzen sich im Winter schneller als in niedrigeren Lagen. Die Dynamik der Seen wird sich jedoch in diesem Jahrhundert wahrscheinlich nicht ändern. Auf hoch gelegenen Seen wird sich weiterhin eine Eisschicht bilden, um ein halbjährliches vertikales Brauen zu erhalten. Der Studie zufolge werden die großen Seen des Schweizer Plateaus, wie Zürcher oder Genfersee, die bereits heute eine monomiktische Diät aufweisen, wahrscheinlich einen Zyklus des unregelarmen Brauens beibehalten.
"Im Laufe des 21. Jahrhunderts werden sich die Schweizer Seen durch den Klimawandel verändern. Unsere Studie zeigt jedoch, dass durch konsequente Maßnahmen zum Klimaschutz die meisten Auswirkungen begrenzt werden können. Nur wenige Seen würden an den Wendepunkt gelangen und ihre Funktionsweise erheblich verändern ", erklärt Råman Vinnå.
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