Herbst- und Frühjahrszirkulation eines Sees

Wasserzirkulationen im Sinne der Limnologie sind die durchmischenden Übergangsphasen zwischen Stagnations-Zuständen einer stabilen Temperaturschichtung in Seen. Sie spielen eine bedeutende Rolle im Ökosystem See.

In einem typischen, hinreichend tiefen See der gemäßigten Zone ergibt sich im Lauf eines Jahres folgender Ablauf ("dimiktischer" Zirkulationstyp):

Durch die Sonneneinstrahlung erwärmt sich die obere Schicht (Epilimnion). Sie wird von der untersten Schicht, dem Hypolimnion mit seinen nur 3,98°C (siehe Dichteanomalie des Wassers) getrennt durch eine Sprungschicht mit steilem Temperaturgradienten (Metalimnion). Diese temperaturbedingte Dichteschichtung des Sees verhindert den Wasseraustausch zwischen den Tiefenstufen.

Im Epilimnion und Teilen des Metalimnion (in der "trophogenen Zone") wird während dieser Sommerstagnation Sauerstoff durch Photosynthese produziert sowie bei Untersättigung auch aus der Luft eingetragen, während im Hypolimnion ausschließlich sauerstoffzehrende Prozesse ablaufen ("tropholytische Zone"), so dass der hier gespeicherte Sauerstoff vermindert und im Extremfall sogar vollständig aufgezehrt werden kann.

Durch die herbstliche Abkühlung an der Oberfläche beginnt eine nach der Tiefe hin sich voranarbeitende Durchmischung, getrieben von Konvektion und Wind. Ist eine einheitliche Temperatur und zuletzt auch an der Oberfläche eine Temperatur von 3,98°C erreicht, so besteht im gesamten Wasserkörper kein Dichtehindernis mehr für den Wasseraustausch. Diesen Zustand nennt man Vollzirkulation oder, nach der Jahreszeit, Herbstzirkulation.

Durch weitere Abkühlung lagert sich kälteres und dadurch weniger dichtes Wasser an die Oberfläche und bildet so eine kaltstabile Schichtung aus, die von der Oberfläche her zufrieren kann. Dies ist die Winterstagnation. Eine neuerliche Erwärmung im Frühjahr zerstört diese schwache Schichtung und führt zur Frühjahrszirkulation, die von einer neuen Sommerstagnation abgelöst wird.

Im Zug der voranschreitenden Durchmischung und der nachfolgenden Vollzirkulation gelangt nährstoffarmes, aber sauerstoffreiches Oberflächenwasser nach unten, während sauerstoffarmes, aber nährstoffreiches Tiefenwasser bis an die Oberfläche gelangt. So kommt Sauerstoff wieder in die Tiefe, wo er vorher in der "tropholytischen Zone" verbraucht worden war, und die dort freigesetzten Nährstoffe werden wieder bis zur Oberfläche verteilt, wo sie in der "trophogenen Zone" erneut für die Primärproduktion verfügbar werden.

Seen verschiedener Tiefe und in unterschiedlichen Klimazonen lassen sich nach Zirkulationstypen klassifizieren. Dabei dienen die jährliche Anzahl der Zirkulationen und die Temperaturverteilung zwischen den Schichten als systematische Merkmale.