Jahreszeitbedingte Zirkulations- und Stagnationsphasen

Die meisten natürlichen und künstlichen Stillgewässer unterliegen jahreszeitlich bedingten Zirkulations-Stagnationsphasen.

Wasser hat bei 4° C seine größte Dichte. Sowohl kälteres als auch wärmeres Wasser ist aufgrund der geringeren Dichte leichter und liegt auf den schweren Wasserschichten (Dichteanomalie). Zudem hat Wasser nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit, jedoch eine hohe spezifische Wärmekapazität. Das hat zur Folge, dass, sofern keine mechanische Durchmischung stattfindet, die unterschiedlich warmen Wassermassen weitgehend isoliert sind und kein Austausch stattfindet. Die im Frühjahr zunehmenden Temperaturen und intensive Sonneneinstrahlung erwärmen die oberflächennahen Wasserschichten.

Es kommt zu einer mehr oder weniger stark ausgeprägten Temperaturschichtung. Zwischen dem sauerstoffreichen, warmen Oberflächenwasser und dem spezifisch schwereren Tiefenwasser bildet sich aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Wassers eine so genannte Sprungschicht mit einer starken Temperaturab-nahme.

Der Sauerstoffaustausch zwischen dem Tiefenwasser und den oberflächennahen sauerstoffreichen Wasserschichten wird weitgehend verhindert (Sommerstagnation).

Dies hat zur Folge, dass stark sauer-stoffzehrende Prozesse den im Tiefenwasser vorhandenen Sauerstoff-gehalt schnell aufbrauchen und somit zum Teil lang anhaltende Sauerstoffdefizite entstehen. Im Herbst beginnt sich die Wasseroberfläche zunehmend abzukühlen.

Die thermische Schichtung wird somit abgebaut, bis schließlich im Spätherbst ein Zeitpunkt erreicht ist, wo das Oberflächenwasser und das Tiefenwasser die gleiche Temperatur und somit auch die gleiche Dichte aufweisen (Homothermie). Nun ist der Wind wieder in der Lage, den gesamten Wasserkörper von der Oberfläche bis zum Grund umzuwälzen.

Durch diesen Mechanismus wird das Tiefenwasser vollständig mit dem sauerstoffreichen Oberflächenwasser regeneriert, sofern die Vollzirkulation ausreichend lange andauert. Die sogenannte Herbstvollzirkulation ist bis zu dem Zeitpunkt abgeschlossen, an dem das oberflächen- nahe Wasser bei 4°C sein Dichtemaximum erreicht hat (November/ Dezember). Die weitere Abkühlung des Oberflächenwassers <4°C bewirkt ein Aufschwimmen auf dem spezifisch schwereren wärmeren Tiefenwasser. Das Tiefenwasser wird isoliert und die Zirkulation kommt zum Stillstand (Winterstagnation).

Durch die frühjahrsbedingte Auflösung der winterlichen Temperaturschichtung erfährt der See eine erneute Umwälzung des gesamten Seewassers (Frühjahrszirkulation). Der dabei vom Tiefenwasser aufgenommene Sauerstoffgehalt muss in der Regel für die gesamte sommerliche Stagnationsphase ausreichen.