Epilimnion

Sonnendurchflutetes gruenliches Wasser in den obersten Metern eines Sees, Blick von unten zur Wasseroberflaeche.
Illustration, mit Google Gemini erzeugt.

Das Epilimnion ist die obere, erwärmte und vom Wind durchmischte Wasserschicht eines geschichteten Sees. Es liegt über der Sprungschicht und ist für Taucher das Stockwerk, in dem der größte Teil eines Binnentauchgangs stattfindet: Dort steht das warme Wasser, dort reicht das Tageslicht hin, und dort liegt der Sicherheitsstopp.

Wo das Epilimnion anfängt und wo es aufhört

Die deutschsprachige Wikipedia beschreibt das Epilimnion in der physikalischen Limnologie als die „obere erwärmte und stark bewegte Wasserschicht“ eines geschichteten stehenden Gewässers. Das Lexikon der Biologie bei Spektrum setzt den Akzent auf die Gleichmäßigkeit: Gemeint sei „die warme, mehr oder weniger thermisch homogene Oberflächenschicht eines Sees während der Stagnation“. Das Bayerische Landesamt für Umwelt braucht für dasselbe nur einen Halbsatz: „Das warme oberflächennahe Wasser nennt man Epilimnion, das Tiefenwasser Hypolimnion.“

Wichtig ist, was in keiner dieser Definitionen vorkommt: eine Tiefe. Das Epilimnion ist nicht „die obersten zehn Meter“, sondern die Schicht oberhalb des Temperatursturzes. Wo dieser Sturz liegt, hängt von Gewässer, Jahreszeit und Wetter ab. Nach unten grenzt das Epilimnion an das Metalimnion, die Sprungschicht; darunter liegt das Hypolimnion. In meromiktischen Seen, die sich nie vollständig durchmischen, ist der obere, am Austausch beteiligte Teil vom Epilimnion zu unterscheiden; er heißt dort Mixolimnion.

Warum die Schicht oben bleibt

Der Grund ist die Dichte. Wasser hat nach der Darstellung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei bei vier Grad Celsius seine höchste Dichte; wärmeres Wasser ist leichter und schwimmt auf. Solange die Sonne von oben nachheizt, bleibt diese Lagerung stabil, und der Wind kommt gegen sie nicht an. Das Landesamt beschreibt die Folge für den Hochsommer genau so: „Während der sog. Sommerstagnation findet eine Zirkulation nur im Epilimnion statt.“ Umgewälzt wird also nur das oberste Stockwerk — und zwar vollständig, was die thermische Gleichmäßigkeit erklärt, von der Spektrum spricht.

Ganz gleichmäßig ist es trotzdem nicht. Die Wikipedia hält fest, dass sich tagsüber durch die Sonneneinstrahlung innerhalb des Epilimnions eine eigene Temperaturschichtung aufbauen kann und dass gleichzeitiger Wind diese Schichtung verhindert und zu einer Phase homogener Erwärmung führt. Im Wasser merkt man genau diesen Unterschied: An einem windstillen Julinachmittag steht im obersten Meter eine spürbar wärmere Haut, die nach einer windigen Nacht verschwunden ist.

Im Jahresverlauf wandert die Untergrenze

Das Epilimnion ist keine feste Größe, sondern wächst und schrumpft. Nach der Wikipedia nimmt im Frühjahr die schichtende Wirkung der Sonne zu — das Epilimnion wird dünner, das Metalimnion dicker. Im Herbst kehrt sich das um: Die Wärmebilanz wird negativ, das Epilimnion wird kälter und dicker, bis es schließlich zur Herbstzirkulation kommt. Dann ist die Schichtung dahin und der See durchmischt sich von oben bis unten; was dabei geschieht, steht im Eintrag zur Vollzirkulation.

Sauerstoff, Licht und Erwärmung

Das Oberflächenwasser ist nach der Darstellung des Leibniz-Instituts sauerstoffreich — es steht im Austausch mit der Luft und wird ständig umgewälzt. Das unterscheidet es scharf vom Tiefenwasser, das während der Sommerstagnation von jedem Nachschub abgeschnitten ist.

Dieselbe Darstellung nennt eine Zahl, die das Epilimnion unmittelbar betrifft: Die sommerlichen Oberflächentemperaturen von Seen sind zwischen 1985 und 2009 alle zehn Jahre um weltweit durchschnittlich 0,34 Grad Celsius gestiegen; die Angabe geht dort auf O’Reilly und andere (2015) zurück. Die Folge ist nicht nur ein wärmeres Epilimnion, sondern ein längeres: In saisonal stagnierenden Seen beginnt die Schichtung durch mildere Winter früher im Frühjahr und kann im Herbst später enden.

Was der Taucher davon merkt

Drei Dinge, und alle drei sind Planungsfragen.

  • Der Anzug wird nach unten gewählt, nicht nach oben. Das Epilimnion entscheidet darüber, wie angenehm der Einstieg ist — nicht darüber, was man unter der Sprungschicht braucht. Wer im Nassanzug ins zweiundzwanzig Grad warme Oberflächenwasser steigt und dann auf dreißig Meter geht, hat sich vom warmen Stockwerk täuschen lassen; im Binnengewässer ist der Trockentauchanzug die übliche Antwort.
  • Der Sicherheitsstopp liegt im Epilimnion. Das ist kein Zufall, sondern ein Vorteil. DAN beschreibt, dass Wärme während Aufstieg und Stopps die Inertgasabgabe fördert, während Wärme beim Abstieg die Aufnahme erhöht. Ein Seetauchgang, der die Tiefe früh abarbeitet und den Sicherheitsstopp im warmen Oberflächenwasser verbringt, bildet das günstige Muster von selbst ab.
  • Die Sicht entsteht hier. Das Epilimnion ist die Schicht, in der Licht, Wärme und Umwälzung zusammenkommen — und damit die Schicht, in der sich im Sommer die Sichtweite entscheidet. Unter der Sprungschicht ist das Wasser oft klarer, aber dunkler.

Als Tauchlehrer bringe ich Anfängern das Stockwerkmodell vor dem ersten Seetauchgang bei, und zwar in dieser Reihenfolge: erst die drei Namen, dann die Frage, wo auf dem Tauchplatz die Grenze liegt, dann die Anzugwahl. Wer nur weiß, dass es „unten kälter wird“, zieht sich nach dem Gefühl am Steg an. Wer weiß, dass er die Schicht wechselt, zieht sich nach dem Tiefenprofil an.

Quellen

Zur Quellenlage: Eine Tiefenangabe für die Untergrenze des Epilimnions nennt keine der herangezogenen Darstellungen, weil es sie nicht gibt — die Grenze ist über den Temperaturverlauf definiert. Die Temperaturwerte der Abbildungen des IGB-Dossiers sind hier nicht übernommen worden; im Fließtext dieser Darstellung stehen sie nicht. Die Angabe zur Erwärmung bezieht sich auf einen weltweiten Durchschnitt, nicht auf einen bestimmten See.

Wie dick ist das Epilimnion?
Das lässt sich nicht allgemein sagen, und keine der herangezogenen Darstellungen nennt eine Zahl. Die Dicke hängt von Fläche, Tiefe, Wind und Jahreszeit ab und ändert sich im Jahresverlauf: Nach der Wikipedia wird das Epilimnion im Frühjahr dünner und im Herbst wieder kälter und dicker, bis die Herbstzirkulation die Schichtung auflöst. Am Tauchplatz findet man die Grenze am zuverlässigsten mit dem Tauchcomputer — der Temperaturverlauf im Logbuch zeigt sie deutlicher als jede Faustregel.
Ist das Oberflächenwasser immer gleich warm?
Innerhalb des Epilimnions nicht unbedingt. Die Wikipedia beschreibt, dass sich tagsüber durch Sonneneinstrahlung eine eigene Temperaturschichtung aufbaut und dass Wind sie verhindern kann — dann erwärmt sich die Schicht gleichmäßig. Praktisch heißt das: Nach einer windstillen Schönwetterperiode steht im obersten Meter eine wärmere Lage, die nach windigen Tagen fehlt.
Warum ist das Epilimnion sauerstoffreich und das Tiefenwasser nicht?
Weil nur das Epilimnion während der Sommerstagnation umgewälzt wird und im Austausch mit der Luft steht. Das Landesamt beschreibt, dass die Zirkulation in dieser Zeit allein im Epilimnion stattfindet; das Leibniz-Institut hält fest, dass das Oberflächenwasser sauerstoffreich ist, während das Tiefenwasser bei längerer Schichtung sauerstofffrei werden kann. Nachschub in die Tiefe kommt erst mit der Herbstzirkulation.
Über Tauchbuddy 8 Artikel
Der Tauchbuddy erzählt in der Reihe „Mein erster …“, wie sich die ersten Nacht-, Wrack- und Trockentauchgänge anfühlen, und stellt die Fragen, die man sich als Taucher im ersten Jahr stellt.