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Übungsblatt:

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Aufgaben:

1. Erläutern Sie die Wechselbeziehungen zwischen den physikalischen und biologischen Prozessen, die zu dem Sauerstoffmangel in der Wahnbachtalsperre führten.

2. Skizzieren Sie, welche Verteilung der Stoffe Kohlenstoffdioxid \( \left(\mathrm{CO}_{2}\right) \), Sauerstoff \( \left(\mathrm{O}_{2}\right) \), Nitrat \( \left(\mathrm{NO}_{3}{ }^{-}\right) \), Phosphat \( \left(\mathrm{PO}_{4}{ }^{3-}\right) \) und Eisen(III)-salz am Ende der Sommerstagnation in der Wahnbachtalsperre vor Einsatz der technischen Hilfsmittel zu erwarten ist! Verdeutlichen Sie Ihre Angaben anhand eines Diagramms, das auch die Temperaturkurve enthalten soll.

3. Vergleichen Sie die chemischen und biologischen Effekte, die die verschiedenen Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserqualität hatten beziehungsweise haben und beurteilen Sie deren langfristige Folgen.

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Hallo. Leider ist das Übungsblatt offenbar unvollständig. Es fehlen Hintergrundinformationen etwa über Art und Zeit der "verschiedenen Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserqualität".

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1. Wechselbeziehungen zwischen physikalischen und biologischen Prozessen

Die Wechselbeziehungen zwischen physikalischen und biologischen Prozessen, die zu dem Sauerstoffmangel in der Wahnbachtalsperre (oder generell in stehenden Gewässern) führten, können durch folgende Hauptfaktoren beschrieben werden:

- Schichtung der Wassermassen: Im Sommer erwärmt sich die oberste Wasserschicht stärker als die tieferen Schichten, was zu einer Temperaturschichtung führt. Warmes Wasser ist leichter als kaltes Wasser, also bleibt es an der Oberfläche. Diese Schichtung verhindert eine Durchmischung des Wassers, wodurch Sauerstoff von der Oberfläche nicht in tiefere Schichten gelangen kann.

- Erhöhte biologische Aktivität: Durch die Zuführung von Nährstoffen (z.B. durch Landwirtschaft oder direkte Einleitungen) kommt es zu einer Eutrophierung. Das bedeutet, dass durch die erhöhten Konzentrationen von Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor das Wachstum von Algen und anderen Wasserpflanzen stark angeregt wird. Diese verstärkte Pflanzenaktivität führt während des Tages zu einer erhöhten Sauerstoffproduktion, jedoch verbrauchen die Mikroorganismen, die die absterbenden Pflanzen zersetzen, in den tieferen Schichten nachts und bei der Zersetzung große Mengen an Sauerstoff, wodurch es dort zu einem Sauerstoffmangel kommen kann.

- Absterben von Biomasse: Die massenhafte Produktion von Biomasse, vor allem durch Algenblüten, kann nicht nachhaltig unterstützt werden, da die Nährstoffe letztendlich limitiert sind. Wenn diese Algen sterben und absinken, werden sie von Bakterien und anderen Zersetzern abgebaut. Dieser Abbau verbraucht enorm viel Sauerstoff, insbesondere in den tieferen Schichten, wo durch die Schichtung kein Nachschub von Sauerstoff aus den oberen Schichten erfolgen kann.

2. Verteilung der Stoffe am Ende der Sommerstagnation

Die Verteilung der Stoffe \( \mathrm{CO}_{2} \), \( \mathrm{O}_{2} \), \( \mathrm{NO}_{3}^{-} \), \( \mathrm{PO}_{4}^{3-} \) und Eisen(III)-salz am Ende der Sommerstagnation lässt sich vereinfacht so skizzieren:

- Sauerstoff (\( \mathrm{O}_{2} \)): An der Wasseroberfläche relativ hoch, da hier die Photosynthese der Wasserpflanzen und Algen stattfindet. In tieferen Schichten stark abnehmend, da hier der Sauerstoff für die Zersetzung der Biomasse verbraucht wird und keine Nachlieferung erfolgt.

- Kohlenstoffdioxid (\( \mathrm{CO}_{2} \)): In der Nähe der Wasseroberfläche niedriger aufgrund der Aufnahme durch photosynthetische Prozesse; in den tieferen Schichten höher durch die Zersetzung organischen Materials.

- Nitrat (\( \mathrm{NO}_{3}^{-} \)) und Phosphat (\( \mathrm{PO}_{4}^{3-} \)): Ebenfalls in tieferen Schichten tendenziell höher, da sie als Produkte der Zersetzung organischer Substanzen freigesetzt werden und durch die Schichtung nicht nach oben transportiert werden können.

- Eisen(III)-salz: Die Konzentration kann in tieferen Schichten zunehmen, da Eisen durch den Mangel an Sauerstoff in löslichere, reduzierte Formen übergeht.

Die Temperaturkurve zeigt an der Oberfläche die höchsten Werte und nimmt mit der Tiefe ab. Dies unterstützt die Schichtung und die damit verbundenen Prozesse.

3. Chemische und biologische Effekte zur Verbesserung der Wasserqualität

Zur Verbesserung der Wasserqualität können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, darunter:

- Beliüftung: Durch künstliche Belüftung kann Sauerstoff in die tieferen Schichten eingebracht werden, wodurch der Sauerstoffmangel behoben und die Zersetzungsprozesse beschleunigt werden können.

- Phosphatfällung: Durch die Zugabe von Eisen(III)-salzen kann Phosphat ausgefällt werden, was die Eutrophierung reduziert. Die Algenproduktion wird limitiert, wodurch weniger Biomasse anfällt, die abgebaut werden muss.

- Reduzierung der Nährstoffzufuhr: Langfristig ist die Reduzierung der Einträge von Stickstoff und Phosphor aus der Landwirtschaft und anderen Quellen entscheidend, um die Eutrophierung zu verhindern.

Die chemischen und biologischen Effekte dieser Maßnahmen tragen dazu bei, die Sauerstoffkonzentrationen zu erhöhen, die Bildung von Algenblüten zu reduzieren und das ökologische Gleichgewicht der Gewässer zu verbessern. Langfristig führen solche Maßnahmen zu saubereren Gewässern, die eine größere Biodiversität unterstützen und gegenüber Störungen resilienter sind.
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