Brackwasser ist Wasser mit einem gewissen Gehalt von gelösten Salzen. Es handelt sich dabei weder um Süß- noch um Meerwasser, sondern es ist eine Vermischung aus beiden Arten von Wasser. Brackwasser enthält somit mehr Salz als Süßwasser, aber nicht so viel Salz wie Meerwasser. Der Salzgehalt des Brackwassers liegt dabei zwischen Süß- und Meerwasser. Das Wort Brackwasser leitet sich ursprünglich von der niederländischen Wurzel „Brak“ ab, was so viel wie „salzig“ bedeutet.
Was ist Brackwasser? Bedeutung, Definition, Erklärung
Allgemein wird der Begriff Brackwasser für Wasser verwendet, das eine nicht unerhebliche Menge an gelösten Salzen enthält. Die Salzkonzentration ist die Menge an Salz im Wasser nach Gewicht, gemessen in „Teilen pro Million“ (ppm). Die vom US Geological Survey verwendete Einteilung der Salzkonzentration stuft Brackwasser in drei Kategorien ein:
- Schwach salzhaltiges Wasser mit einer Salzkonzentration von etwa 1.000 bis 3.000 ppm
- Mittelstark salzhaltiges Wasser mit einer Salzkonzentration von etwa 3.000 bis 10.000 ppm
- Schwach salzhaltiges Wasser mit einer Salzkonzentration von etwa 1.000 bis 3.000 ppm
Das Vorhandensein von Brackwasser kann daher durch die Messung der Salzkonzentration eines salzhaltigen Wassers festgestellt werden. Technisch gesehen enthält Brackwasser somit zwischen 0,5 und 30 Gramm Salz pro Liter, häufiger ausgedrückt als 0,5 bis 30 Teile pro Tausend (Einheitenzeichen: ‰), was einem spezifischen Gewicht zwischen 1,005 und 1,010 entspricht. Der Begriff Brackwasser umfasst also eine große Bandbreite an Salzgehalten und wird nicht als genau definierter Zustand angesehen. Charakteristisch für viele brackige Oberflächengewässer ist, dass ihr Salzgehalt räumlich und zeitlich stark schwanken kann.
Was ist der Salzgehalt?
Die durchschnittliche Salzkonzentration im Meer beträgt etwa 35 ‰. Dies wird genauer durch den Salzgehalt ausgedrückt. Der Salzgehalt ‰ ist definiert als die Masse der gelösten anorganischen Stoffe in 1 kg Meerwasser in Gramm, nachdem alle Br- und I- durch die entsprechende Menge Cl- ersetzt und alle HCO3- und CO32- in Oxide umgewandelt wurden. Im Allgemeinen liegt der Salzgehalt des Meerwassers zwischen 33 und 37 ‰.
Der Salzgehalt ist ein wichtiger Faktor, der viele Aspekte der Chemie natürlicher Gewässer und der biologischen Prozesse in diesen Gewässern bestimmt. Neben Temperatur und Druck bestimmt der Salzgehalt physikalische Eigenschaften wie die Dichte und Wärmekapazität des Wassers.
Brackwasser und Salzgehalt
Brackwasser ist ein weit gefasster Begriff für Wasser, das salzhaltiger als Süßwasser, aber weniger salzhaltig als echte Meeresgebiete ist. Oft handelt es sich um Übergangsgebiete zwischen Süß- und Meerwasser. Ein Ästuar, d. h. der Teil eines Flusses, der ins Meer mündet, ist das bekannteste Beispiel für Brackwasser. Ästuare sind äußerst variable Umgebungen, da sich der Salzgehalt über eine kurze Strecke drastisch ändern kann. Dramatische Veränderungen können auch an einem bestimmten Punkt des Ästuars in Abhängigkeit von der Tages- oder Jahreszeit auftreten. Bei Hochwasser beispielsweise steigt der Salzgehalt an einer bestimmten Stelle des Ästuars, da Meerwasser in das Gebiet eindringt. Im Gegensatz dazu sinkt der Salzgehalt an einer bestimmten Stelle des Ästuars, wenn das Süßwasser aufgrund von Regenfällen oder Schneeschmelze saisonal zunimmt. Die Schwankungen des Salzgehalts können zwischen 10 und 32 ‰ liegen, wobei der durchschnittliche Salzgehalt des Süßwassers 0,5 ‰ beträgt.
Der saisonale Anstieg des Süßwassers aufgrund von Regenfällen oder Schneeschmelze senkt den Salzgehalt an einem bestimmten Punkt des Ästuars. Um hier überleben zu können, müssen die ansässigen Mikroben an diese starken Schwankungen des Salzgehalts angepasst sein. Trotz dieser Herausforderung sind Ästuare ein sehr produktives Milieu. Im Allgemeinen ist die Primärproduktion der Ästuare gering, da das Sonnenlicht aufgrund der hohen Trübung, die durch organische Schwebstoffe aus dem Flusszufluss und der Gezeitenvermischung entsteht, schlecht eindringt.
Brackwasser und Mensch
Wie Meerwasser kann Brackwasser vom Menschen nicht getrunken werden, es sei denn, es wird einem Entsalzungsprozess unterzogen. Wenn Brackwasser in landwirtschaftliche Flächen eindringt, spricht man von Versalzung. Brackwasser tötet die meisten Kulturpflanzen. Brackwasser ist für Süßwasser- und Meereslebewesen nicht optimal, so dass die Lebensmöglichkeiten in Brackwasser begrenzt sind.
Wie entsteht Brackwasser?
Brackwasser entsteht in der Regel dann, wenn Süßwasser auf Meerwasser trifft. Brackwasser tritt somit an den Orten auf, an denen sich Meer- und Süßwasser vermischen können. Dies ist vor allem in Gezeitenzonen, Flussmündungen und Mangrovensümpfen der Fall. Brackwasser kann auch in fossilen Brackwasser-Grundwasserleitern vorkommen.
Auch menschliche Aktivitäten können dazu führen, dass frische Oberflächengewässer und Grundwasserressourcen durch Verbrauch und erhöhte Salzbelastung brackig werden. So kann z. B. das übermäßige Abpumpen von Grundwasser aus küstennahen Aquiferen ein Eindringen von Salzwasser verursachen, das die Brackwasserzone der Durchmischung landeinwärts ausdehnt, während salzhaltige Rückflüsse aus bewässerten landwirtschaftlichen Flächen die Salzbelastung von Oberflächengewässern erhöhen können. Einige landwirtschaftliche Bewässerungsmethoden, wie z. B. die unterirdische Entwässerung mit Ziegeln, führen häufig zu stark brackigem Wasser. Auch der Bergbau kann zu brackigen und mit Schwermetallen belasteten Abwässern führen.
Wo findet sich Brackwasser?
Auf natürliche Weise kann Brackwasser in unterirdischen salzhaltigen Grundwasserleitern, als Oberflächenwasser infolge natürlicher Erosion oder als Ergebnis der Vermischung von Meerwasser mit Flusswasser (in Flussmündungen) oder Grundwasser (in Küstengrundwasserleitern) auftreten. Natürliches Brackwasser, insbesondere Brackwasser-Grundwasser, kommt auf den meisten Kontinenten in Mengen vor, die fast so groß oder größer sind als Süßwasser-Grundwasser und Oberflächenwasser zusammen.
Die weltweit am weitesten verbreiteten Brackwasserlebensräume sind Ästuare, also das Gebiet, in dem ein Fluss auf das Meer trifft. Daneben kommt Brackwasser in Brunnen, Binnenseen, Bohrlöchern und sogar in Meeren vor. Die Ostsee ist beispielsweise ein Brackwassermeer.
Brackwasser und Ästuare
Um in dieser Umgebung überleben zu können, müssen die Mikroben und Pflanzen in einem Ästuar an die Schwankungen des Salzgehalts angepasst sein. Trotzdem sind Ästuare sehr produktive Lebensräume.
Besondere Beispiele für hochproduktive Brackwasserumgebungen sind Mangrovensümpfe, wie sie in den Everglades von Florida zu finden sind. Der Salzgehalt in diesen Sümpfen ist in der Regel sehr ähnlich dem von Meerwasser. Mangrovensümpfe sind nach den charakteristischen Bäumen benannt, die in den gesättigten Böden des Sumpfes wachsen. Diese Bäume haben speziell angepasste Wurzeln, die aus dem Wasser herauswachsen, um den Gasaustausch über dem Wasser zu ermöglichen, so dass die Bäume weiterhin Sauerstoff erhalten und „atmen“ können.
Eine zweite wichtige Anpassung ist, dass Mangrovenbäume den Salztransport in die Wurzeln verhindern, um Salzstress zu vermeiden. Mangrovensümpfe sind eine wichtige Übergangsgemeinschaft, da sie dazu beitragen, Schadstoffe und Nährstoffe aus dem Wasser zu filtern, Sedimente zu stabilisieren und die Küstenlinie vor Erosion zu schützen. Außerdem bieten sie einen aktiven Lebensraum für mehr als 250 Tier- und 180 Vogelarten.
Brackwasser und Ästuare als Lebensraum
Im Allgemeinen reicht die Primärproduktion der Ästuare (10 bis 45 mg Kohlenstoff/m3/Tag) nicht immer aus, um die Sekundärpopulationen zu unterstützen. Ästuare neigen dazu, trübe zu sein, weil die Flüsse große Mengen an organischem Material einbringen und die Gezeiten für eine Durchmischung sorgen. Infolgedessen ist die Lichtdurchlässigkeit gering. Die Anzahl der Primärproduzenten schwankt zwischen 100 und 107 Organismen/ml, und diese Populationen variieren auch erheblich in Abhängigkeit von der Tiefe und der Nähe zu den bestehenden Litoralzonen. Trotz der geringen Primärproduktivität ist die heterotrophe Aktivität mit 150 bis 230 mg Kohlenstoff/m3/Tag hoch, da die Verfügbarkeit von Substrat nicht eingeschränkt ist.
Lokale Abflüsse und organischer Kohlenstoff werden von den Flüssen, die in die Ästuare fließen, reichlich eingebracht. Die Nährstoffzufuhr kann sogar so groß sein, dass Ästuare in vielen Fällen ganze Jahreszeiten lang frei von Sauerstoff werden können. Infolge der ständigen und reichlichen Kohlenstoffzufuhr fällt die Zahl der Sekundärproduzenten in einen viel engeren Bereich von 106 bis 108 Organismen/ml. Das gemessene Verhältnis von Viren zu Bakterien reicht von 0,4 bis 50.
Was lebt im oder am Brackwasser?
Zu den Tier- und Pflanzenarten, die in Brackwasser überleben können, gehören Dreistachliger Stichling, Flunder, Gebogene Schwebegarnele, Europäischer Queller und Strand-Aster. Da der Salzgehalt für ein vielfältiges und natürliches Nahrungsangebot sorgt, finden im Brackwasser insbesondere Raubfische wie Barsch, Dorsch und Hecht günstige Lebensbedingungen.
Erschließung von Brackwasservorkommen
Das Ausmaß der Erschließung von Brackwasser hängt von der Suche nach geeigneten Verwendungszwecken ab, wobei zu berücksichtigen ist, dass Brackwasser nicht immer dort vorhanden ist, wo es nutzbringend verwendet werden kann. Die häufigste Verwendung von Brackwasser findet sich im landwirtschaftlichen Bereich. Dies gilt sowohl für die Fisch- und Garnelenzucht als auch für die Bewässerung von Pflanzen, die eine hohe Salztoleranz aufweisen. Baumwolle und Gerste zum Beispiel werden durch den für Brackwasser typischen Salzgehalt nicht beeinträchtigt.
Behandlung von Brackwasser zur Trinkwasseraufbereitung
Brackwasser kann mit einem Wasserreinigungssystem zu Trinkwasser aufbereitet werden. In dem als Umkehrosmose bezeichneten Verfahren wird das Brackwasser durch eine Membran gepresst, die die im Brauchwasser gelösten Salze zurückhält. Die Entsalzung von Brackwasser erfolgt dabei bei niedrigerem Druck als die Meerwasserentsalzung und ist wirtschaftlicher, energiesparender und kostengünstiger.
Die Qualität des Speisewassers spielt sowohl bei der Auslegung als auch beim Betrieb von Brackwasserentsalzungsanlagen eine wichtige Rolle. Die Ionenzusammensetzung und der Ionengehalt von Brackwasser variieren sowohl zeitlich als auch geografisch stark, abhängig von den hydrogeologischen Bedingungen und den damit verbundenen menschlichen Aktivitäten (z. B. Industrie oder Landwirtschaft). Im kalifornischen San Joaquin Valley zum Beispiel, einer der produktivsten landwirtschaftlichen Regionen der USA, entsteht durch die Entwässerung bewässerter landwirtschaftlicher Flächen Brackwasser mit unterschiedlichem Salzgehalt.
Brackwasser im US-Sedimentbecken
In den USA wurde in einer umfangreichen Studie untersucht, ab welcher Tiefe das Grundwasser in Brackwasser und schließlich in salziges Tiefenwasser übergeht. Im Schnitt trifft man in den US-Sedimentbecken schon ab 550 Metern Tiefe auf Brackwasser.