Mono Lake

Der Mono Lake ist ein Natronsee; er ist also sowohl besonders alkalisch als auch besonders salzhaltig. Er liegt in Mono County im zentral-östlichen Teil von Kalifornien, in einem abflusslosen Becken am Westrand des Großen Beckens unter der Ostflanke der Sierra Nevada. Wegen der harschen Umweltbedingungen müssen Tiere und Pflanzen sowohl an den hohen pH-Wert angepasst sein als auch den Salzgehalt ertragen können. Daher hat sich ein Ökosystem aus sehr wenigen angepassten Arten bei sehr hoher Individuenzahl entwickelt, das für einige Vogelarten von besonderer Bedeutung ist.

Aus dem Einzugsgebiet des Sees wird seit 1941 Trinkwasser in eine über 520 km lange Wasserleitung abgeführt, die die Stadt Los Angeles versorgt. Dadurch sank der Wasserspiegel des Sees kontinuierlich ab, der Salzgehalt stieg, Teile des Seebetts trockneten aus. Für die Zuflüsse und den See ergaben sich schwerwiegende ökologische Folgen. Zugleich wurden im See und am Ufer zahlreiche unter Wasser entstandene Kalktuff-Gebilde in bizarren Formen sichtbar, was zur Bekanntheit des Sees beitrug. Naturschützer thematisierten ab Anfang der 1980er Jahre die Absenkung des Wasserspiegels. Nach Gerichtsbeschlüssen über eine Begrenzung der Ableitung steigt er seit Mitte der 1990er Jahre langsam wieder an.

Geographie

Das Mono-Becken liegt am Westrand der Basin-and-Range-Region, die durch eine Krustendehnung entstand. Dabei wurden überwiegend parallele Horst-und-Graben-Strukturen gebildet oder einzelne Becken wie am Mono Lake. Die Basin and Range-Region setzt sich im Norden, Osten und Süden des Sees in Kalifornien und Nevada fort. Im Südosten liegen die White Mountains, im Westen steigt die steile Flanke der Sierra Nevada auf. Das Einzugsgebiet des Mono Lake mit rund 2020 km² erstreckt sich in der Höhe vom Hauptkamm der Sierra mit Mount Lyell (3994 m) und Mount Dana (3978 m) bis hinunter zum Wasserspiegel von derzeit 1945 m über dem Meer (Stand 2017). Benachbarte Einzugsgebiete sind im Norden der Walker River, im Süden das Owens Valley mit der Long Valley Caldera als oberem Talschluss und im Westen jenseits des Sierra-Hauptkamms und des Tioga Passes der Yosemite-Nationalpark mit dem Merced River und dem Tuolumne River. Im Südwesten entspringt der San Joaquin River. Das Becken reicht 500 bis 1350 m unter das heutige Bodenniveau, es ist mit Sedimenten verfüllt, die von Gletschern, Oberflächengewässern und Vulkanen abgelagert wurden.

Das Becken entstand vor rund drei Millionen Jahren, der See gehört mit einem Alter von mindestens 760.000 Jahren zu den ältesten Seen Nordamerikas. Am Ende der letzten Eiszeit (in Nordamerika als Wisconsin glaciation bezeichnet) füllte sich das Mono-Becken vollständig mit Schmelzwasser und lief nach Osten in die benachbarten Becken über. Der dadurch entstandene, als Lake Russell bezeichnete prähistorische See hatte vor etwa 12.500 Jahren eine Fläche von knapp 900 km² und eine Tiefe von rund 100 m. Die damalige Uferlinie kann an den Hängen im Westen aus ihrer Terrassenstruktur abgelesen werden. Nach dem Ende der Eiszeit schmolzen die den See speisenden Gletscher ab; infolge des damit einhergehenden Klimawandels ließen auch die Niederschläge stark nach. Vor rund 9000 Jahren schließlich hatte der See etwa die heutige Ausdehnung, mit der er heute als Mono Lake bezeichnet wird.

Das heutige Erscheinungsbild des Mono Lake ist stark von historischem Vulkanismus geprägt. Die Mono-Inyo Craters südlich des Sees sind rhyolithische Lavadome und mit einem Alter von 2000 bis 600 Jahren die jüngste Hügelkette Nordamerikas. Der Panum-Krater, der nördlichste des Kraterfelds, ist mit rund 650 Jahren der jüngste und liegt nur etwas mehr als einen Kilometer südlich des Sees. Die dunkle Negit-Insel im Norden des Sees ist vulkanischen Ursprungs und knapp 2000 Jahre alt. Die größere, zentrale Pahoa-Insel ist die jüngste Auswirkung des Vulkanismus in der Region. Selbst nicht aus vulkanischem Material, wurde sie durch darunter aufsteigendes Magma angehoben und durchbrach vor rund 250 Jahren die Wasseroberfläche. Black Point am Nordwestufer ist der Überrest eines basaltischen Schlackenkegelvulkans, der vor etwa 13.300 Jahren unter Wasser ausbrach.

Da das Becken östlich der Sierra Nevada liegt, befindet es sich in ihrem Regenschatten. Während die östlichen Hochlagen des Gebirges Niederschläge von 1300 mm/a erhalten, herrscht an den Hängen und im Hügelland ein semiarides, am See selbst ein arides Klima mit 140 mm/a am Nordostufer. Der Zulauf zum See stammt von winterlichem Schneefall auf die höheren Lagen der Sierra, der nach der Schneeschmelze über den Lee Vining Creek und den Rush Creek zum See abläuft; beide Bäche werden vom Los Angeles Aqueduct angezapft. Kleinere Zuflüsse sind der Mill Creek und der Wilson Creek im Nordwesten. Weitere Zuflüsse im Süden und Norden führen nur zeitweise Wasser und spielen für den Wasserstand des Sees keine Rolle. Rush Creek und Mill Creek werden zur Gewinnung von Wasserkraft aufgestaut.

Mit seiner langen geologischen Existenz einhergehend, ließen Klima und Niederschlag den Wasserspiegel des Sees immer wieder stark schwanken; in den letzten 3800 Jahren variierte er um mindestens 40 m. Der höchste Wasserstand von 1980 m über dem Meer wurde mittels Radiokohlenstoffmethode auf vor rund 3800 Jahren datiert, der niedrigste feststellbare Pegel lag vor rund 1800 Jahren bei 1940 m. Beim Beginn der historischen Aufzeichnungen 1857 lag er bei 1949 m. Danach folgte ein Anstieg auf den Höchststand in der durch direkte Messungen belegten Zeit bei 1959 m im Jahr 1919 und ein langsamer Rückgang auf 1956 m beim Beginn der Ausleitung 1941. Im Ergebnis stand der Wasserspiegel in den letzten 2000 Jahren überwiegend unterhalb der vor der Ausleitung vorgefundenen Werte, so dass die Planungen für Wasserversorgung und -nutzung berücksichtigen müssen, dass ihre Modelle auf einer Phase mit überdurchschnittlichem Niederschlag beruhen und sie mit größerer Trockenheit rechnen sollten als bisher angenommen.

Da der Mono Lake keinen natürlichen Abfluss hat, verliert er nur durch Verdunstung an Wasser. Dadurch sammeln sich alle im zufließenden Wasser gelösten Mineralien im See an. In der Folge stieg der Salzgehalt, und das Seewasser wurde zunehmend alkalisch. Es enthält ungefähr 258 Millionen Tonnen gelöste Salze. Der Salzgehalt variiert mit dem schwankenden Wasservolumen. Vor 1941 betrug er 50 Gramm pro Liter (die Ozeane der Welt haben einen durchschnittlichen Wert von 31,5 Gramm pro Liter). Als der See 1982 auf seinen niedrigsten Pegel sank, hatte der Salzgehalt sich auf 99 Gramm pro Liter verdoppelt. 2002 waren es 78 Gramm Salz pro Liter. Es wird erwartet, dass sich mit steigendem Wasserstand der Salzgehalt langfristig auf einem durchschnittlichen Niveau von 69 Gramm Salz pro Liter stabilisieren wird. Der See ist durch die Vielzahl an gelösten Carbonaten mit einem pH-Wert von 9,8 stark alkalisch. Höhere Salzkonzentrationen kommen in anderen Seen in den Vereinigten Staaten und anderen Teilen der Erde vor, aber kein anderer See der Erde weist eine vergleichbare Kombination aus Salinität und Alkalinität auf.

Auch andere Stoffe konzentrierten sich im See – die hohen Werte von ≈130 Mikromol Schwefel pro Liter Seewasser, 35 Mikromol Bor und insbesondere der hohe Gehalt von rund 200 bis im Einzelfall 300 Mikromol an Arsen pro Liter stellen einen weiteren Umweltfaktor des Sees dar, den nur wenige angepasste Organismen ertragen.

Die charakteristischen Kalktuff-Gebilde an den Seeufern entstehen unter Wasser, die heute sichtbaren wurden erst durch die Absenkung des Wasserspiegels freigelegt. Im See treten Quellen aus, die Wasser mit gelöstem Calciumcarbonat aus den umliegenden Bergen transportieren. Durch die unterschiedlichen Säurewerte von Quellwasser und See kommt es zur Ausfällung der Carbonate als Kalktuff. Eine Besonderheit des Mono Lake ist der Sand-Tuff. Quellen mit hoher Schüttung an sandigen Uferabschnitten können Süßwasser, Sand und das Salzwasser des Sees so verwirbeln, dass Tuffausfällungen in dünnen Schichten im Sand auftreten. Wird der Sand später durch die Strömung ausgewaschen, bleiben kleine, filigrane Gebilde aus Tuff erhalten, die in einigen Fällen trocken fallen und so der schnellen Zerstörung durch die Strömung entgehen.

Ein weiteres Mineral am Mono Lake ist Hazenit. Das biogene Phosphat wird in Algen des Sees gebildet, die an den Kalktuff-Säulen wachsen. Es wurde 2007 erstmals beschrieben und bisher an keinem anderen Ort gefunden.

Ökologie

Die hohe Salinität des Mono Lake in Verbindung mit der Alkalität eines pH-Wertes von knapp 10 schränkt das Ökosystem im und am See stark ein. Im See können nur Arten leben, deren Stoffwechsel in besonderem Maße an den osmotischen Druck und den daraus folgenden geringen Gehalt an freiem Wasser im Organismus angepasst ist.

Der See unterteilt sich in zwei wesentliche Lebensräume:

• In den tiefen Wasserbereichen ist Phytoplankton die Grundlage der Nahrungskette. Von diesen ernähren sich Krebstiere, vorwiegend die im Mono Lake endemische Art Artemia monica und in geringerem Maße Artemia salina, Kleinkrebse mit einer Größe von wenigen Millimetern bis unter einem Zentimeter. Im offenen Wasser gibt es kein Zooplankton von nennenswerter Verbreitung, der Seegrund ist in den tiefen Wasserbereichen völlig frei von tierischem Leben. Diese Krebstiere sind die Nahrungsgrundlage für den Schwarzhalstaucher und die Kaliforniermöwe.
• In den Uferzonen ist die Salzfliegenart Ephydra hians maßgeblich. Auch sie ernährt sich von Phytoplankton. Anders als im Tiefwasser kommen in den Uferbereichen allerdings auch einige weitere Insektenarten vor, so zwei Bremsen der Gattung Chrysops sowie eine Stechfliegenart aus der Gnitzen-Gattung Culicoides und weitere Arten mit wesentlich geringerem Anteil. Die Insekten und ihre Larven bilden die Nahrungsgrundlage für Limikolen, die Vögel der Uferzonen. Darunter ist besonders der Wilson-Wassertreter zu nennen.

Weil im Mono Lake keine Fische leben können, ist die Nahrungskette vom Phytoplankton als Primärproduzenten über Zooplankton und Insekten als Primärkonsumenten zu den Vögeln als Endkonsumenten sehr kurz. Dafür kommen die Arten in großer Individuenzahl vor. Die höchste gemessene Dichte an Artemia-Krebsen im Mono Lake betrug 31.000 Tiere/m², der Wert schwankt zeitlich und räumlich stark. Die Salzfliegen und ihre Puppen bilden im Sommer Teppiche und Matten im Uferbereich. Die Matten aus Salzfliegen-Puppen halten sich unter Wasser vorwiegend im östlichen Teil des Seeufers auf, wobei sie an Tuff-Türmen ein ideales Substrat vorfinden. Die erwachsenen Tiere leben vorwiegend auf den Uferebenen und bilden dort dichte Bestände, die dunklen Wolken gleichen.

Auch einige Arten der Endkonsumenten kommen in sehr hoher Dichte vor, so dass der Mono Lake eine besondere Bedeutung für ihre Populationen hat. Schwarzhalstaucher nutzen den See als Rastplatz auf dem Vogelzug, wobei sie sich Nahrungsreserven anfressen und die Zeit zur Mauser nutzen. Spitzenzahlen von 600.000 bis 900.000 Exemplaren wurden beobachtet. Nachdem die Gesamtpopulation der Schwarzhalstaucher in Nordamerika auf etwa 2,5 Millionen geschätzt wird, ist der Mono Lake für mindestens ein Viertel bis zu etwa einem Drittel aller Individuen von großer Bedeutung. Die Artemia-Krebse und die Larven der Salzfliegen machen rund 95 % ihrer Nahrungsaufnahme während des Aufenthaltes am See aus.

Wilson-Wassertreter sind in besonderem Maße auf Rastplätze mit guter Nahrungsversorgung angewiesen, weil sie von Nordamerika auf dem Vogelzug einen Non-Stop-Flug in die Winterquartiere Südamerikas antreten. Mono Lake ist der mit großem Abstand wichtigste Sammel- und Rastplatz für diese Art im westlichen Nordamerika mit rund 100.000 bis 125.000 Tieren pro Jahr, von denen etwa 70.000 als Spitzenbestand gleichzeitig anwesend sind. Auch sie nutzen den Aufenthalt am See zur Mauser. Für das eng verwandte Odinshühnchen werden über 50.000 Individuen im Jahr am Mono Lake genannt, was ein wesentlich geringerer Anteil der nordamerikanischen Gesamtpopulation ist, weshalb diese Art weniger auf den See angewiesen ist. Für eine weitere Wassertreterart, das Thorshühnchen, ist der See nicht von Bedeutung.

Die Kaliforniermöwe ist die dritte Vogelart, für die der Mono Lake eine wesentliche Funktion von kontinentaler Bedeutung hat. Sie brütet mit rund 50.000 Exemplaren auf den Inseln des Sees. Bei einer Weltpopulation von 220.000 Tieren ist der Mono Lake für den Bestand der Art wichtig. Sie litt in besonderem Maße unter der Absenkung des Wasserspiegels zu den Zeiten des Tiefstandes Anfang und erneut Ende der 1980er Jahre. Damals fiel ein Teil des nördlichen Sees trocken und die Negit-Insel wurde zur Halbinsel. Über die Landbrücke konnten Kojoten die Brutgebiete erreichen und verhinderten in den betroffenen Jahren jeden Bruterfolg auf dieser Insel.

Für den Seeregenpfeifer ist der See ebenfalls von besonderer Bedeutung; er ernährt sich allerdings nur teilweise von den Larven der Salzfliegen und sucht seine Nahrung überwiegend in der Vegetation der Uferebene. Da er seine gut getarnten Nester nur auf weitgehend vegetationsfreiem Gelände anlegt, nutzt er besonders die trocken gefallenen Teile des ehemaligen Seebodens. Er profitierte daher von der Absenkung des Wasserspiegels. Die Art steht unter Artenschutz des Bundes nach dem Endangered Species Act, auf den Uferebenen des Mono Lake brüten rund 10 % des kalifornischen Bestands. Weitere Limikolen, die das Nahrungsangebot des Mono Lake in besonderem Maße nutzen, sind Amerikanische Säbelschnäbler und der Keilschwanz-Regenpfeifer. Der See hat für diese Arten aber keine herausragende Bedeutung.

Die Uferbereiche sowie die Berg- und Hügelhänge im Mono-Becken reichen vom Hochgebirge über diverse Wald- und Buschökosysteme, Beifuß-Steppe und Grasland unterschiedlicher Dichte bis zu den weitgehend vegetationsfreien Salzböden des trockengefallenen Seebetts. Von besonderer Bedeutung ist nur die Salzvegetation. Auch sie ist wegen der hohen Anforderungen des Lebensraums artenarm und besteht insbesondere aus dem Kreuzblütler Cleomella parviflora, der Radmelde Bassia hyssopifolia, der Salzschwade Puccinellia airoides, dem Süßgras Distichlis spicata und mehreren Arten aus der Gattung der Simsen. Als die ersten Weißen das Gebiet erreichten, lebten in den Gewässern des Mono-Beckens keine Fische. Es wird angenommen, dass sie durch die erst relativ kurz zuvor stattgefundenen vulkanischen Aktivitäten ausgestorben waren, da verhältnismäßig junge fossile Fische im Gebiet nachgewiesen wurden. Während im See selbst keine Fische leben können, wurden in den Zuflüssen zur Förderung des Angelsports zehn Fischarten eingesetzt, darunter fünf Forellen-Arten. Über 290 Vogelarten wurden im Mono-Gebiet nachgewiesen. Säugetiere kommen mit über 70 Arten im Einzugsgebiet des Sees vor, Arten von besonderer Bedeutung aber nur in den höheren Lagen des Gebirges, so dass der Mono Lake selbst für Säugetiere keine besondere Rolle spielt.

Die besonderen Umweltbedingungen am Mono Lake werden intensiv erforscht. Das bislang größte Projekt war von 2000 bis 2006 das Mono Lake Microbial Observatory der University of Georgia. Auch die NASA forscht für ihr Astrobiology laboratory am See, um herauszufinden, wie Lebensformen sich an extreme Bedingungen anpassen. Ende 2010 gab ein NASA-Team bekannt, dass aus Sedimenten des Sees ein Bakterienstamm mit der Bezeichnung GFAJ-1 isoliert wurde, der Arsenat an Stelle von Phosphat in die DNA einbauen könne. Dies würde das bisherige Verständnis der biochemischen Möglichkeiten für Lebewesen erweitern. Die Veröffentlichung wurde stark kritisiert, eine Überprüfung 2012 ergab, dass Arsen keinen Anteil an den Erbinformationen des Bakterienstammes hat und die ursprüngliche These damit zurückgewiesen werden muss.

Im Sediment des Uferbereichs wurden Fadenwurm-Arten entdeckt, die in besonderer Weise an die Umweltbedingungen angepasst sind. Insbesondere fällt Auanema spec. auf, die extrem arsenresistent ist und 500-fach so hohe Konzentrationen wie Menschen überlebt. Es gibt neben zwittrigen auch männliche und weibliche Tiere. Diese Art legt keine Eier, sondern gebiert lebend.

Folgen für die Ökosysteme

Schon bald überstieg die natürliche Verdunstung den reduzierten Wasserzufluss in den Mono Lake, so dass der Pegel des Sees dramatisch sank. 1941, vor der Ableitung der Zuflüsse, lag der Wasserspiegel des Sees auf 1956 m über dem Meer. Der niedrigste Wert wurde 1982 mit 1933 m über dem Meer erreicht. Die Bachläufe zum See fielen weitgehend trocken oder führten nur noch in der nassen Jahreszeit Wasser. Süßwassersümpfe auf dem Westufer, in denen bis 1940 zehntausende Entenvögel lebten, trockneten aus. Die Enten verschwanden aus dem Mono Basin. Am Ufer fiel Seeboden trocken, der mit alkalischem Sand bedeckt war. Einmal getrocknet, wurde dieser bei Stürmen aufgewirbelt und erzeugte ätzende Sandstürme, die die Grenzwerte für Partikel in der Luft weit überschritten und gesundheitsgefährdend waren. Andererseits wurden die meisten der heute sichtbaren bizarren Kalktufftürme trockengelegt und zugänglich, was wiederum erheblich zum Bekanntheitsgrad des Sees beigetragen hat.

1974 kartierte David Gaines, damals Doktorand der University of California, Davis, am See. Er verfasste einen Text über die Krise des bedrohten Ökosystems. 1976 war er an einer studentischen Forschungsgruppe an der Stanford University beteiligt, die die erste umfassende Studie des Mono-Lake-Ökosystems verfasste. Gaines gründete 1978 das Mono Lake Committee als Organisation innerhalb der Audubon Society und spielte eine ausschlaggebende Rolle in der Kampagne, die kalifornische Öffentlichkeit und Politiker über die Wirkungen des gesunkenen Pegels zu informieren. Zudem reichte die Naturschutzorganisation zusammen mit Fischereiverbänden und weiteren Interessengruppen Klagen gegen die Genehmigungen zur Wasserausleitung ein.

Als durch den sinkenden Wasserspiegel die Negit-Insel zur Halbinsel wurde, so dass Kojoten die Nester der Kaliforniermöwen plündern konnten, experimentierte der Forest Service mit Sprengungen, um einen Wassergraben zu erhalten. Nach dem niedrigsten Wasserstand von 1982 ließen überdurchschnittliche Regenfälle den See bis 1986 wieder etwas wachsen. Anschließend setzte eine mehrjährige Trockenheit ein. Als die Negit-Insel im Norden des Sees 1989 erneut zur Halbinsel wurde, bauten Naturschützer Elektrozäune, um die Brutplätze zu schützen. Zudem verstärkten sie Lobbykampagnen, mit denen Politiker des Staates Kalifornien, der Bundesebene und im Laufe der Zeit auch zunehmend Vertreter der Stadt Los Angeles für den Schutz des Mono Lake gewonnen wurden.