Das Wasser

Wasser hat nicht nur eine Naturgeschichte, es hat auch eine Kulturgeschichte.

Einst zählte das Wasser zu den vier klassischen Elementen, von denen der Mensch glaubte, die Erde aufgebaut sei. Wenngleich die Naturwissenschaften diese Vorstellung seit langem widerlegt haben, bleibt das Wasser die lebenswichtigste aller chemischen Verbindungen für alle Lebewesen.

Dies ist der Punkt, an dem philosophiert werden kann: Jeder Stoff, so auch das Wasser, hat eine Dichte, ausgedrückt in Kilopond/Kubikdezimeter [kp/dm]. Diese Dichte - oftmals in der Umgangssprache auch als spezifisches Gewicht bezeichnet - ist von der Temperatur abhängig. So nimmt die Dichte bei allen Stoffen mit abnehmender Temperatur zu - mit einer Ausnahme: dem Wasser. Dieses hat seine größte Dichte bei einer Temperatur bei 4 Grad Celsius [°C] und bei niedriger Temperatur nimmt die Dichte wieder ab. Wir kennen alle die Eisschichten auf Seen und anderen Gewässern im Winter. Würde das Wasser sich genauso verhalten wie alle andern Stoffe und bei sinkender Temperatur immer "schwerer" werden, würden die Gewässer von unten nach oben zufrieren - und das Leben müßte absterben. Da fragt man sich schon, wer hatte diese kluge Idee bei der "Erfindung" des Wassers?!

Dieses Verhalten wirkt sich nicht nur im Winter, sondern auch in der warmen Jahreszeit aus. Stehende Gewässer sind deshalb "geschichtet", das heißt die Wassertemperatur nimmt mit größerer Tiefe bis auf eine Temperatur von 4°C ab und steigt darunter wieder an, ein Phänomen, das leicht in einem Baggersee beim Schwimmen gefühlt werden kann. Diese Grenzschicht bei 4°C wird als "Sprungschicht" bezeichnet. Ein Austausch von tiefer und höher gelegenem Wasser findet deshalb nur minimal statt. Nun würden die tiefsten Wasserschichten mit der Zeit gesättigt mit Abbauprodukten von eingetragenen organischen Verbindungen, der Sauerstoff wird aufgezehrt, Faulgase (wie z. B. in Mooren) würden aufperlen und als Ozonkiller in die Atmosphäre aufsteigen. Doch wieder beweist die Natur, wie sich ein funktionierendes Ökosystem reguliert. Frühjahrs- und Herbststürme wühlen die Gewässer mächtig auf und "schichten" das Tiefen- und das Oberflächenwasser um, tragen so neuen Sauerstoff in die Tiefe und unterhalten damit die Mikroorganismen, die dort den Abbau des organischen Materials besorgen.

Während selbst Forscher wie Liebig die Beteiligung von Mikroorganismen am Abbau des organischen Materials leugneten, fanden im 19. Jahrhundert immer mehr Forscher die Selbstreinigungskraft des Wassers faszinierend - die Chemiker erkannten die verschmutzenden Giftstoffe, die Biologen erkannten die Lebewesen, die vom Schmutz lebten und ihn umsetzten, Zoologen erkannten das unterschiedliche Wachstum tierischer Lebewesen durch veränderte Nahrungsangebote. So bildetete sich die Wissenschaft der Limnologie, die Wissenschaft der Gewässer.
Wasser ist ein "freies" Gut der Natur, es wird nicht verbraucht sondern nur gebraucht. Und es ist ein knappes Gut, auch wenn uns dies nicht auffällt, wenn wir den Wasserhahn öffnen oder im Schwimmbad uns erholen. Doch Nachrichten über Dürrekatastrophen, über ein unzureichendes Angebot an trinkbarem Wasser in vielen Regionen unserer Welt erreichen uns jedes Jahr aufs neue.

Wieso ist das Schwimmbadwasser ‘schmutzig', wo die Badenden doch vorher duschen?

Nun da ist zu einem der Eintrag aus der Luft, der nicht unterbunden werden kann. Es fallen Blätter in das Wasser oder Vögel nutzen die Fläche - wenn der Badegast bereits gegangen ist. Und der Badende selbst? Bis zu 94 mg (0,0094 g) Phosphor trägt er selbst pro Tag in das Badewasser ein. Diese geringe Nährstoffmenge mal Anzahl der Besucher kann also schnell zu einem großen Nährstoffangebot im Wasser und damit zu einer Eutrophierung (einer ‘Überdüngung') führen, die nun durch vermehrtes Wachstum zu einer weiteren Phosphorbelastung beiträgt. In einem eutrophierten See sinkt durch das Massenwachstum der Algen schnell die Sichttiefe (nach der EU-Badegewässerrichtlinie (RICHTLINIE 76/160/EWG (1976): Richtlinie des Rates über die Qualität der Badegewässer) muss sie mindestens 1 m betragen). Gleichzeitig steigt der pH-Wert (= ein Verhältnis der vorhandenen Wasserstoffionen, ein ausgewogenes, neutrales Verhältnis hat dem Wert 7, darunter wird das Wasser ‘sauer', darüber ‘basisch') bis über den Wert 9, den die EU-Badegewässerrichtlinie als Grenzwert festgelegt hat. Damit steigt die Gefahr von Hautproblemen bei empfindlichen Menschen wie auch des Massenwachstums von Blaualgen (Cyanobakterien), die Giftstoffe ausscheiden. Zudem schleppen wir Menschen immer eine große Anzahl Keime und Bakterien mit uns herum und geben sie beim Schwimmen teilweise in das Wasser ab. Die meisten dieser Keime und Bakterien sind jedoch harmlos oder gar für die Gesundheit notwendig.

Deshalb muß Wasser nach seiner Benutzung aufbereitet werden, damit es wieder sauber wie Trinkwasser wird. In technisch aufwendigen Kläranlagen wird es mit hohen Kosten so weit gereinigt, dass es ohne Gefahr wieder in den natürlichen Kreislauf abgegeben werden kann. Doch selbst dann wirkt sich unsere technisierte Welt weiter auf das Wasser aus. Daher muß es nun nach seiner Entnahme aus der Natur noch weiter aufbereitet werden, bevor es als Trinkwasser wieder an uns Verbraucher abgegeben werden kann. Vor noch nicht allzulanger Zeit waren Rieselfelder eine Methode, die Reinigungskräfte der Natur (Boden, Bodenorganismen und Pflanzen) auszunutzen. Mit dem Anstieg des Wassergebrauchs stieg auch die Landnutzung für dieses Verfahren an. Erkenntnisse der letzten Jahrzehnte hinsichtlich der bei der natürlichen Reinigung ablaufenden Reaktionen und dem Herausfinden der geeignetsten Pflanzen haben eine Renaissance der Pflanzenklärung bewirkt und neben der Klärung häuslicher Abwässer auch einen Eingang in die Reinigung von genutztem Schwimmbadwasser gefunden - einer nachhaltigen Methode mit positiven Nebeneffekten.

Dieses Verfahren läßt sich daher auch für die Reinigung des Wassers in Naturbädern anwenden. Ohne weiter auf die normmäßigen Definitionen hier einzugehen, wird der Begriff "Naturbad" auf diesen Seiten für ein Schwimmbad mit einer Pflanzenklärung verwendet.

Die Pflanzenklärung

Eine Pflanzenklärung nutzt das Reinigungspotential natürlicher Ökosysteme (z. B. Sandfilter, Feuchtbiotope). Der Begriff "Pflanzenklärung" bezieht sich eigentlich auf den sichtbaren Teil des Klärbereiches, denn genaugenommen reinigen die Pflanzen das Wasser nicht, sondern unterstützen die verschiedenen milieuabhängigen Vorgänge, die für die Wasserreinigung wichtig sind.

Grundvoraussetzung für eine natürliche Reinigung ist Sauerstoff. Er wird nicht nur für die Atmung von Tier und Pflanze benötigt, sondern auch für chemisch-physikalische Vorgänge, z. B. der Oxidation von Wasserinhaltsstoffen. Diese ausreichende Sauerstoffversorgung wird durch die Pflanzen unterstützt. Die Pflanzen durchwurzeln den Boden (Filterschicht) und vergrößern die Poren im Bodenraum und halten sie offen. Somit kann das Wasser leichter in den Boden infiltrieren und die abbauenden Mikroorganismen erreichen. Daneben geben Pflanzen auch über ihr Wurzelsystem Sauerstoff ab und schaffen so die Voraussetzungen für die biologische Mineralisierung von Kohlenstoff.

Hier gilt es nun eine Pflanzenauswahl zu treffen, die dieses Ziel unterstützen. Bei Seerosen und Schilf beispielsweise sind die Blätter, der Halm und die Wurzeln durch ein Luftkanalsystem untereinander verbunden. Die sauerstoffhaltige Luft wird in der Pflanze bis in die feinsten Wurzelverästelungen transportiert und dort an die Umgebung abgegeben. Der Sauerstoff trägt gleichzeitig zu einer Oxidation für die Pflanze giftiger Stoffe bei. Auch die jungen und alten, teils abgestorbenen Halme sind durch dieses Luftkanalsystem miteinander verbunden, so dass es zu einer Ventilation zwischen ihnen kommt, sogar im Winter, wo die abgestorbenen, teils offenen Halme zur Ventilation beitragen.

Die Entfernung einzelner Verbindungen, die als Pflanzennährstoff wirken und beispielsweise zu einer Algenblüte führen könnten, aus dem Wasser erfolgt auf verschiedene Weise. Eine dieser Verbindungen sind Stickstoffverbindungen. Sie kann durch Adsorption an Bodenteilchen, durch Einbau ("Auffressen") in die Bakterienmasse oder durch Einbau in die Pflanzenmasse und über Nitrifikation/Denitrifikation eliminiert werden. In den Pflanzen würden die Stickstoffverbindungen hauptsächlich im Rhizomsystem gespeichert, durch Abernten kann somit ein Teil des Stickstoffs dem Kreislauf entzogen werden. Allerdings füllen Pflanzen nach der Vegetationsperiode ihren Stickstoffvorrat wieder auf. Insgesamt betrachtet haben die Pflanzen aber nur einen geringen Anteil an der Stickstoffelimination, da diese hauptsächlich in den kaum durchwurzelten obersten 10 cm des Bodens stattfindet.

Ein wichtiger Selbstreinigungsprozess ist die Sedimentation. Mit dem Absinken der Trübstoffe wird ein Großteil der Nährstoffe ausgefällt und dauerhaft im Sediment festgelegt. In flachen Gewässern werden zwar auch Sedimente gebildet, durch das Fehlen einer Sprungschicht kommt es jedoch zu einer ständigen Durchmischung der gesamten Wassermasse bzw. Zu Aufwirbelungen, so dass die Nährstoffe hier immer wieder am Nährstoffkreislauf teilnehmen.

Die entscheidende Rolle bei der Reinigung des Wassers in der Pflanzenkläranlage haben jedoch Bakterien und Zooplankton.

Sehr effektiv wirkt sich der Fraßdruck des Zooplanktons aus, das sind hauptsächlich Wasserflöhe, Hüpferlinge und Rädertierchen. Diese Tiere ernähren sich bei ausreichend hohen Individuenzahlen von Algen (Phytoplankton) und Bakterien (Bakterioplankton), die sie gezielt ergreifen oder aus dem Wasser filtrieren.

Irgendwo in der Natur gibt es immer Bakterien, die in der Lage sind, natürlich entstandene organische Verbindungen abzubauen. So wurden in der Umgebung natürlicher Asphaltseen entsprechende Bakterien gefunden, selbst im schwefelhaltigen, fast sauerstofffreien Umfeld von Tiefseevulkanen. All diese Bakterien leisten die Arbeit der Mineralisierung, sie bauen die organischen Verbindungen zu Kohlendioxid, Wasser und mineralischen Salzen ab.

Und diese kleinen Helfer (hört sich fast wie Werbefernsehen an) sind zahlreich. Im Wurzelbereich einer Schilfbepflanzung finden sich bis zu 10 Milliarden aerobe Bakterien pro Gramm Trockensubstanz.