Lebensräume, Schiffbarkeit und Überschwemmungs­risiko

Wie der Mensch den Sedimenttransport in Flüssen verändert – und welche Folgen das hat

Staudämme werden unter anderem errichtet, um die Trinkwasserversorgung zu sichern.

Grundlegende Prozesse laufen manchmal im Verborgenen ab. Schaut man auf einen großen Fluss, so sieht man auf den ersten Blick gewaltige Wassermassen dahinfließen. Nach starken Niederschlägen gibt die bräunliche Verfärbung des Wassers eine Ahnung davon, dass Flüsse auch Material transportieren. Am deutlichsten wird die Dimension dieser Fracht beim Blick aus der Höhe: Wo die Ströme ins Meer münden, schaffen die abgelagerten Sedimente riesige Deltagebiete – an Amazonas, Nil und Ganges oder in Europa etwa an Rhein und Rhone.

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Stauanlagen halten den natürlichen Sedimenttransport auf

Auf der langen Strecke von der Quelle zur Mündung wird anfangs noch grobes Gestein – etwa Geröll aus den Bergen – abgeschliffen und zermahlen, letztlich oft zu feinem Sand. Flussdeltas beherbergen eine vielfältige Pflanzen- und Tierwelt und bieten etwa Fischern und Bauern eine gute Lebensgrundlage. Auch viele Sandstrände resultieren aus jener Fracht, die Flüsse mitunter über Tausende von Kilometern heranschwemmen und die sich entlang der Küste verteilt.

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Doch in vielen Erdregionen wachsen Deltagebiete nicht mehr – vor allem in Europa, Nordamerika und Asien. Im Gegenteil, sie werden allmählich vom Meer abgetragen, ebenso wie Sandstrände. Der Hauptgrund: Der Nachschub aus dem Hinterland bleibt aus. Denn der Mensch hat den Sedimenttransport von Flüssen drastisch verändert – insbesondere weil Stauanlagen die wertvolle Fracht zurückhalten.

Nun haben US-Forschende nach der Analyse von weltweit mehr als 400 großen Flüssen im Fachblatt „Science“ die erste globale Bestandsaufnahme vorgelegt. Demnach ist die Sedimentfracht auf der Nordhalbkugel – gemeint ist hier die Zone nördlich des 20. Grads nördlicher Breite – seit dem Bau von Stauanlagen im Mittel um etwa die Hälfte geschrumpft. In südlicheren Regionen machen die Forschenden dagegen den entgegengesetzten Trend aus: Hier transportieren Flüsse – vor allem in Südamerika – wesentlich mehr Sediment.

Weltweiter Sedimenttransport verändert sich enorm schnell

Die Dimension der Studie sei sowohl räumlich als auch zeitlich beispiellos, schreiben Christiane Zarfl von der Universität Tübingen und Frances Dunn von der Universität Utrecht in einem „Science“-Kommentar. Zwar gab es bereits vorher Messungen und Schätzungen zur Sedimentfracht mancher Flusssysteme – aber globale Daten standen bislang aus, zumal über längere Zeiträume.

Anhand von Satellitendaten analysierte das Team um Evan Dethier vom Dartmouth College in Hanover (US-Staat New Hampshire) 414 große Flüsse weltweit von 1984 bis 2020 – hauptsächlich anhand der Färbung. Zur Analyse nutzten die Forschenden ein Modell, das sie zuvor anhand von 130.000 Einzelmessungen an 340 Orten kalibriert hatten. Bei der Sedimentfracht beziehen sie sich nur auf die im Wasser treibenden Schwebstoffe, nicht auf das sogenannte Geschiebe. Dieses meist gröbere Material wie etwa Kies bewegt sich – je nach Fließgeschwindigkeit – am Flussgrund stromabwärts, lässt sich aber nur schwer ermitteln.

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„Der weltweite Sedimenttransport durch Flüsse verändert sich rapide“, stellen die Autoren fest – und zwar durch den Einfluss des Menschen. Der wirkt sich im Norden anders aus als südlich des 20. Grads nördlicher Breite, was der Höhe von Kuba entspricht. Im Norden sank der Schwebstofftransport seit dem Bau großer Dämme gemittelt um 49 Prozent, während er im Süden seit den 1980er-Jahren um 41 Prozent stieg.

In Europa schwand die Schwebfracht seit dem Bau von Stauanlagen schätzungsweise um mehr als 80 Prozent. An der Donau wird der Rückgang auf mehr als 60 Prozent geschätzt. In Asien – wo einst die Hälfte der globalen Sedimentfracht ins Meer strömte – sank der Schwebstofftransport seit 1984 im Mittel um 34 Prozent. Am Mekong, an dessen weit über 4000 Kilometer langem Lauf mehr als 100 Dämme das Wasser stauen, erreichten Schätzungen zufolge möglicherweise nur noch 4 Prozent der ursprünglichen Sedimentfracht die Mündung, schreiben Zarfl und Dunn.

Anders sieht es weiter südlich aus: „Im Gegensatz zum nördlichen Trend des abnehmenden Sedimentflusses steigt der Sedimenttransport durch Flüsse im Süden schnell und systematisch durch intensive Veränderungen der Landnutzung“, schreiben die Forschenden. Ein Grund dafür: Der Mensch holzt – etwa im Amazonasgebiet – den Regenwald ab, sodass Niederschläge den ungeschützten Boden in die Flüsse schwemmen. Zusätzlich angekurbelt wird die Erosion durch intensive Landwirtschaft wie den Betrieb von Palmölplantagen und das Schürfen nach Bodenschätzen. Während die Flüsse Südamerikas einst nur ein Fünftel des weltweit transportierten Sediments in die Ozeane trugen, ist es inzwischen mehr als die Hälfte – auch weil der Transport im Norden sinkt. Auf den Amazonas entfallen demnach etwa zwei Drittel der Sedimentfracht Südamerikas.

Ablagerungen von Sedimenten im Flussbett hat viele Folgen

Doch diese Entwicklung dürfte nicht von Dauer sein: Zwar geht die Entwaldung im Amazonasgebiet ungebremst weiter, doch in der Region seien mehr als 300 große Staudämme geplant, schreibt das Team um Dethier. Sie dürften nach ihrer Fertigstellung den Sedimentfluss deutlich drosseln.

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Diese Selbstreinigung fällt ohne die Sedimentfracht zum Großteil aus.

Martin Pusch

vom Berliner Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Die Ablagerung von Sedimenten in Flussbetten könne viele Folgen haben, schreiben Zarfl und Dunn in ihrem Kommentar. Etwa für die Gestalt eines Flusses, für die Lebensräume von Pflanzen und Tieren, für die Schiffbarkeit und für das Überschwemmungsrisiko. Und letztlich auch für die Mündungsdeltas: Lieferten die Flüsse kein Material mehr nach, könnten Deltas durch die Meeresbrandung wieder abgetragen werden.

Als Beispiel nennt Zarfl das Nildelta nach dem Bau des Assuan-Staudamms im Süden von Ägypten. Martin Pusch vom Berliner Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) verweist auf das schwindende Mississippi-Delta im Golf von Mexiko. Und das Donaudelta zieht sich Erhebungen zufolge pro Jahr um bis zu 24 Meter zurück.

Flüsse werden ohne Sedimente immer tiefer

Aber nicht nur für die Mündungsregionen, sondern auch für die Flüsse selbst erfüllten Sedimente wichtige Funktionen, sagt Pusch: Sie liefern Substrat, in dem Fische wie etwa Lachse ihre Eier ablegten. Auch für die Reinigung des Wassers sei die Sedimentfracht unerlässlich, betont Pusch und spricht von der „Leber des Flusses“. So würden etwa Reststoffe, die aus Kläranlagen oder sonstigen Quellen in Gewässer gelangten, zu 95 Prozent durch Sedimente gereinigt, sagt der Ökologe: „Diese Selbstreinigung fällt ohne die Sedimentfracht zum Großteil aus.“

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Damit nicht genug: Wird der Grund nicht mehr mit Sedimenten aufgefüllt, gräbt sich ein Fluss tiefer ein. An der Elbe mache das pro Jahr ein bis zwei Zentimeter aus, sagt Pusch. Am Rhein mit seiner starken Strömung sind es mehrere Zentimeter pro Jahr – also ohne Gegenmaßnahmen mehrere Meter pro Jahrhundert. Und wenn das Niveau der Flusssohle absinkt, gefährdet das die Stabilität von Bauwerken – etwa von Brücken, über dem Wasser errichteten Gebäuden und nicht zuletzt der Stauanlagen selbst. Eine weitere Folge: Mit dem Absinken der Flusssohle sinke der Grundwasserspiegel, sagt Pusch: Die Folgen reichten von Problemen der Landwirtschaft bis hin zu verstärkter Brandgefahr.

„Flüsse haben ein natürliches Sedimentgleichgewicht“, erläutert der Ökologe. „Wenn wir da störend eingreifen, müssen wir die Folgen mit technischen Mitteln aufwendig ausgleichen. Das sind dann Aufgaben bis in die Ewigkeit.“ Beispiel Rhein: Um das Eingraben des Flusses auszugleichen, wird etwa unterhalb der Staustufe Iffezheim bei Karlsruhe seit 1978 Sand-Kies-Gemisch in den Fluss gekippt – durchschnittlich 185.000 Kubikmeter pro Jahr, rechnerisch mehr als 500 Kubikmeter täglich. Solche Geschiebezugaben gibt es auch an Elbe und Donau.

Oberhalb der Dämme bekämpft man das umgekehrte Problem: Hier drohen etwa Stauseen durch die abgelagerten Sedimente zu verlanden. Wie drastisch dies die Speicherkapazität schmälern kann, zeigt im Ostsudan der Khashm-el-Girba-Damm am Fluss Atbara – wegen der Schwebfracht auch Schwarzer Nil genannt. Das dort gestaute Wasser sollte vor allem der Bewässerung von Feldern Zehntausender Nubier und Nubierinnen dienen – die einem anderen Stauprojekt zum Opfer gefallen waren. Sie waren hierher umgesiedelt worden, weil ihre Heimat am Nil nahe der Grenze zu Ägypten durch den Assuan-Sauddamm überflutet wurde.

Man löst ein Problem, indem man ein anderes für die kommende Generation schafft.

Martin Pusch

vom Berliner Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Verringerte Speicherkapazität in Stauseen

Doch schon wenige Jahre nach der Fertigstellung des Khashm-el-Girba-Damms 1964 war die Kapazität des Staubeckens auf weniger als die Hälfte gesunken – von 1,3 auf 0,6 Milliarden Kubikmeter. Die regionale Wasserversorgung war gefährdet. Um das Problem zu entschärfen, musste man regelmäßig das Wasser samt Sedimenten am Grund ablassen. Solche Stauraumspülungen, bei denen ein Brei aus Wasser und Feinsedimenten talwärts abgelassen wird, seien auch andernorts nicht ungewöhnlich, erläutert Pusch, und für viele Flussbewohner tödlich.

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Seit wenigen Jahren ist die Lage am Khashm-el-Girba-Damm ein wenig entspannter: Denn stromaufwärts ließ der Sudan den 2017 eröffneten Upper-Atbara-Komplex bauen. Weil der Zwillingsdamm nun seinerseits Sedimente zurückhält, verlandet der Khashm-el-Girba-Stausee langsamer.

Pusch hält das für eine typische Strategie, die auch in Europa gängig sei: „Man löst ein Problem, indem man ein anderes für die kommende Generation schafft“, sagt er. „Das ist die Schattenseite des Aufstauens von Flüssen.“

 

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