Die Winterstagnation ist die Phase, in der ein See im Winter geschichtet ruht: Unter der abgekühlten oder von Eis bedeckten Oberfläche liegt kaltes, leichteres Wasser über dichterem Tiefenwasser von annähernd vier Grad. Der vertikale Austausch kommt nahezu zum Erliegen. Sie endet, wenn die Frühjahrserwärmung die schwache Schichtung zerstört und die Vollzirkulation einsetzt.
Warum das kalte Wasser oben bleibt
Die Winterstagnation ist eine unmittelbare Folge der Dichteanomalie des Wassers. Das Amt für Umwelt des Kantons St. Gallen formuliert den Zusammenhang knapp: Wasser, das kälter als vier Grad ist, ist weniger dicht und liegt deshalb oben. Kühlt die Oberfläche im Herbst und Winter unter diese Schwelle ab, kann sie nicht mehr absinken — sie schwimmt auf.
Damit kehrt sich die sommerliche Ordnung um. Die limnologische Übersicht von Aquatikon beschreibt für tiefe Seen ein Tiefenwasser von dauerhaft etwa vier Grad, über dem im Winter Wasser von null bis knapp unter vier Grad liegt — im Sommer dagegen wärmeres. Für dieselbe Lage sind verschiedene Bezeichnungen gebräuchlich: Aquatikon spricht von inverser Schichtung, das St. Galler Papier von einer „kaltstabilen Schichtung“, die „von oben her zufrieren“ kann.
Wie stabil diese Schichtung wirklich ist
Das St. Galler Papier nennt sie ausdrücklich schwach: Zwischen null und vier Grad sind die Dichteunterschiede klein, und bereits die Erwärmung im Frühjahr zerstört diese Schichtung und löst die Frühjahrszirkulation aus.
Was die Schichtung im Winter trotzdem hält, ist die Eisdecke. Das Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kantons Zürich beschreibt den Vorgang so: „Kühlt sich im Winter die Wasseroberfläche weiter ab und bildet sich eine Eisdecke, wird der Austausch unterbrochen.“ Das Eis nimmt damit dem Wind den Angriffspunkt, der nach derselben Darstellung im Herbst die Durchmischung antreibt. Für die Mittellandseen hält sie zudem fest, dass die Winterstagnation meist von kurzer Dauer ist.
Wo sie im Jahreslauf steht
Die Winterstagnation ist eine von zwei Ruhephasen. Das St. Galler Papier beschreibt den Normalfall der gemäßigten Breiten: „Typisch für Seen der gemässigten Breiten ist eine Durchmischung des Wasserkörpers im Frühjahr und im Herbst.“ Zwei Zirkulationen, zwei Stagnationen — Seen mit diesem Muster heißen dimiktisch. Dazwischen liegen die Vollzirkulation und die Sommerstagnation.
Flache Seen und Weiher folgen diesem Muster nicht. Nach dem St. Galler Papier zirkulieren sie aperiodisch und oft polymiktisch: „Meist erfolgen viele Durchmischungen im Jahr oder auch täglich.“ Die Zürcher Darstellung nennt dasselbe aus anderer Richtung — in flachen Seen kann schon eine nächtliche Abkühlung oder ein Gewitter vollständig durchmischen. Wer also in einem flachen Baggersee taucht, trifft eine Winterstagnation gegebenenfalls gar nicht an.
Was der Sauerstoff macht
Belüftet wird ein See während der Zirkulation, nicht während der Stagnation. Die Zürcher Darstellung hält für die Herbstzirkulation fest, dass das Wasser an der Oberfläche intensiv mit Sauerstoff aus der Atmosphäre belüftet wird; das St. Galler Papier beschreibt für dieselbe Phase, dass dabei wieder Sauerstoff in die unteren Schichten gelangt. Genau dieser Weg ist unterbrochen, solange der See geschichtet ruht.
Welche Folgen das haben kann, beschreiben beide Darstellungen am Sommer: Absinkende Biomasse wird im Tiefenwasser abgebaut, und der Abbau zehrt Sauerstoff. Die schweizerische Gewässerschutzverordnung verlangt nach dem St. Galler Papier, dass der Sauerstoffgehalt „zu keiner Zeit und in keiner Seetiefe weniger als 4 mg/l O2 betragen“ darf.
Was der Taucher davon merkt
Die praktische Folge der umgekehrten Schichtung ist unmittelbar: Das kälteste Wasser steht nicht am Grund, sondern direkt unter dem Eis. Beim Eistauchen liegt die kälteste Zone also dort, wo der Taucher ein- und aussteigt und wo er seinen Sicherheitsstopp hält — und nicht auf der Tiefe, auf der er arbeitet.
Den großen Temperatursprung des Sommers gibt es dagegen nicht. Die Zürcher Darstellung beschreibt die sommerliche Sprungschicht als wenige Meter mächtig, mit einem Gradienten von mehr als einem halben Grad pro Meter, zwischen warmem Oberflächenwasser und kaltem Tiefenwasser. Im Winter bleibt der gesamte Unterschied zwischen dem Wasser unter dem Eis und dem Tiefenwasser auf die Spanne von null bis vier Grad begrenzt. Wer beim Abtauchen wärmer werdendes Wasser bemerkt, erlebt also allenfalls wenige Grad — und in umgekehrter Richtung zum Sommer.
Als Tauchlehrer halte ich die Winterstagnation für den Teil der Seenkunde, der im Kursraum am häufigsten falsch herum erzählt wird. Die Frage „Wo ist es am kältesten?“ beantwortet im Winter nicht die Tiefe, sondern die Oberfläche — und wer das weiß, plant die Kälteexposition anders.
Quellen
- Kanton Zürich, AWEL: Vorgänge in einem See (PDF) — Unterbrechung des Austauschs durch die Eisdecke, kurze Dauer in den Mittellandseen, Herbstzirkulation und Belüftung, Mächtigkeit und Gradient der sommerlichen Sprungschicht, Durchmischung flacher Seen nach Abkühlung oder Gewitter.
- Kanton St. Gallen, Amt für Umwelt: Kleinseen und Weiher, Grundlagen (PDF) — Durchmischung im Frühjahr und im Herbst, „kaltstabile Schichtung“, Dichte unterhalb von vier Grad, polymiktische Flachseen, Sauerstoffeintrag bei der Herbstzirkulation, Grenzwert von 4 mg/l aus der Gewässerschutzverordnung.
- Aquatikon: Seen und Staugewässer — Dichtemaximum bei etwa vier Grad, dauerhaft vier Grad im Tiefenwasser tiefer Seen, null bis unter vier Grad darüber im Winter, inverse Schichtung.
Die beiden amtlichen Darstellungen stammen aus der Schweiz und beschreiben Mittellandseen; ihre Aussagen zur Dauer der Phase sind nicht ohne Weiteres auf nördlichere oder höher gelegene Gewässer übertragbar. Die drei Quellen benennen dieselbe Lage unterschiedlich — „inverse Schichtung“ bei Aquatikon, „kaltstabile Schichtung“ im St. Galler Papier. Eine Angabe zum Sauerstoffgehalt speziell während der Winterstagnation und unter einer geschlossenen Eisdecke enthält keine der drei Darstellungen; die Sauerstoffaussagen oben beziehen sich auf die Zirkulationsphasen und auf die Sommerstagnation. Die schweizerische Gewässerschutzverordnung ist über die St. Galler Wiedergabe zitiert, nicht nach dem Verordnungstext.
