13.12.2019 Selektionstheorie
13.12.2019 Evolution

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Lösungsblatt

Belastung von Fließgewässern

1. Eine wichtige chemische Belastung ist die Einleitung von organischen Verbindungen. Dabei sind die wichtigsten Verursacher die kommunalen Kläranlagen. Erkläre.

Fäkalien: Es gibt drei Gruppen von Nährstoffen: Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße. Bei allen dreien handelt es sich um organische Verbindungen, die nur unvollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut werden. Die verbleibenden organischen Verbindungen werden ausgeschieden.

Waschmittel u.ä.: Waschmittel sind organische Verbindungen, die unverändert in das Abwasser eines Haushalts gelangen.

2. Du siehst im Anschluss an diese Frage eine Tabelle aus dem Jahr 2005, in der die Belastung durch Stickstoffverbindungen.durch die verschiedenen Verursacher gegenübergestellt wird. Welches sind die zwei Hauptverursacher? Begründe.

Belastung durch
Verbindungen von
Grundwasser Drainage Erosion und
Abschwemmung
Atmosphärische
Deposition
Urbane Flächen Kommunale
Kläranlagen
Industrielle
Direkteinleiter
Sonstige
Stickstoff 50,0 % 9,3 % 5,6 % 0,2 % 2,2 % 31,5 % 0,8 % 0,5 %
Phosphor 6,5 % 1,1 % 36,6 % 0,1 % 9,3 % 44,1 % 0,8 % 1,5 %

Die beiden Hauptquellen für Stickstoffverbindungen in Fließgewässern sind das Grundwasser und die kommunalen Kläranlagen.

Grundwasser: In das Grundwasser gelangen Stickstoffverbindungen durch Düngung mit der Stickstoffverbindung Nitrat in der Landwirtschaft

Kommunale Kläranlagen: Die Nahrung des Menschen besteht u.a. aus Eiweiß (Protein). Eiweiße sind organische Verbindungen, die Stickstoffatome gebunden haben, so dass der Mensch Stickstoffverbindungen ausscheidet. Die wichtigste ist der Harnstoff.

3. In der Tabelle vor dieser Frage werden auch die Belastungen durch Phosphorverbindungen aufgeführt. Welches sind hier die beiden Hauptverursacher? Begründe.

Erosion und Abschwemmung: In der Landwirtschaft wird auch mit der Phosphorverbindung Phosphat gedüngt, die durch Regen von den Feldern in die Fließgewässer abgeschwemmt werden.

Kommunale Kläranlagen: In der Nahrung des Menschen sind auch Nukleinsäuren (u.a. die DNA, Träger der Gene) enthalten. Die Nukleinsäuren haben Phosphoratome gebunden.

4. Auch Kraftwerke entnehmen den Flüssen Wasser. Sie leiten aber keine Stoffe ein, sondern erwärmen es "nur". Kraftwerke verdampfen in einem geschlossenen Kreislauf Wasser und treiben mit diesem Dampf Turbinen an, die elektrischen Strom erzeugen. Damit das Wasser wieder verdampft werden kann, muss es abgekühlt werden, damit es wieder kondensiert. Diese Kühlung erfolgt durch Flusswasser, welches dabei erwärmt und danach wieder in den Fluss geleitet wird. Bei Kühlung in einem Kühlturm wird auch ein Teil des Wassers verdampft und erscheint als weiße Dampfsäule über dem Kühlturm des Kraftwerks. Dieses Wasser wird also dem Fluss vollständig entzogen.

Warum handelt es sich bei dieser Erwärmung und bei dem vollständigen Entzug von Flusswasser ebenfalls um eine Belastung des Flusses? Erkläre.

Erwärmung: Je höher die Temperatur, desto geringer die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser.

Entzug von Wasser: Erhöhung der sonstigen Belastungen des Flusswassers, da nur reinstes Wasser verdampft wird und damit das Volumen des Flusses bei gleichem Gehalt von Belastungen kleiner wird.

2003 waren 5500 MW in acht Wärmekraftwerken entlang des Neckars installiert. 60% der Gesamtleistung der Wärmekraftwerke werden in Anlagen mit Kühlturm erzeugt. Die Erwärmung des Neckars zwischen Deizisau und Mannheim beträgt 2,5 bis 3°C, zeit- und streckenweise auch mehr.

Wenn sich in den letzten Tagen vor dem Unterricht die Lufttemperatur mehrere Tage stark verändert hat, kann man auch bei der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz (siehe Hyperlink unten auf dieser Seite) die aktuellen Messdaten für Wassertemperatur und Sauerstoffkonzentration vergleichen lassen: wenn die Wassertemperatur hochgeht, geht die Sauerstoffkonzentration herunter und umgekehrt.

Entsprechend kann man von dort auch das Längsprofil (von Wendlingen bis Mannheim) der Wassertemperatur und des Sauerstoffgehalts zu einem Zeitpunkt (Stundenmittel) abrufen, in dem man den gleichen Zusammenhang findet.

5. Industriebetriebe leiten v.a. organische Halogenverbindungen und Schwermetallverbindungen ein. Erkläre bei letzteren die Giftigkeit.

Schwermetallverbindungen vergiften die Enzyme, die Biokatalysatoren in allen Organismen, ohne die kein Leben möglich ist.

6. Jedes Fließgewässer besitzt eine begrenzte Selbstreinigungsfähigkeit. Bspw. "verbrennen" die Organismen, allen voran die Bakterien, die organischen Verbindungen in ihrer Zellatmung zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Dieser Vorgang hat negative Folgen für das Fließgewässer. Beschreibe und begründe..

In der Zellatmung wird Sauerstoff verbraucht. Damit sinkt zwar die Belastung durch organische Verbindungen, es sinkt aber auch die Konzentration des Sauerstoffs.

7. Das baden-württembergische Umweltministerium veröffentlicht jedes Jahr Karten mit der Belastung der Gewässer des Landes, sog. biologische und chemische Gewässergütekarten. Wie hat sich die Belastung des Neckars in 30 Jahren von 1974 bis 2004 entwickelt? Vergleiche dazu die Karten auf der Website der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz in Karlsruhe in der Linksammlung des baden-württembergischen Bildungsservers.

Tipp: auf Bild der Gewässergütekarte Mausklick rechts: Bild speichern unter und dann in einem Bildbearbeitungsprogramm in hoher Auflösung anschauen.
Im Jahr 1974 stellte man im Neckar eine biologische Güteklasse zwischen III und IV fest, 2004 dagegen fast überall II, nur in besonders dicht besiedelten Gebieten, bspw. in der Region Stuttgart ist sie II - III.