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30.10.2017 | Wasserwirtschaft | Interview | Onlineartikel

"Wirkungskette Hydrologische Extreme verfolgt"

Autor:
Nico Andritschke
Interviewt wurde:
Dr. Holger Brix

ist Leiter der Abteilung Neue Technologien am Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrum Geesthacht. Er beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung und Anpassung von physikalischen und biogeochemischen Modellen für die Nord- und Ostsee.

Mit Zeppelin, Drohnen und Forschungsschiffen waren das Wattenmeer und die Elbe kürzlich ein Expeditionsziel mehrerer Forschungsinstitutionen.  Holger Brix erläutert das Anliegen der Expedition.

Springer Professional: Welchen Fragestellungen hat der Forscherdrang nachgespürt?

Holger Brix: Zum einen ging es um eine Untersuchung der Elbe, um künftige Flutereignisse besser vorhersagen zu können. Im Rahmen des MOSES (Modular Observation Solutions for Earth Systems) Projektes der Helmholtz-Gemeinschaft sollen Prozesse untersucht werden, die in komplizierten Wirkungsketten ablaufen und die Ozeane, Küsten, Landoberflächen oder die Atmosphäre miteinander verbinden. Ein gutes Beispiel dafür ist die Wirkungskette "Hydrologische Extreme", in der die Auswirkungen eines Starkregenereignisses von der Atmosphäre, bis zur Landoberfläche, in die Elbe und bis zur Nordsee verfolgt werden sollen. Hierzu wurden in dieser Kampagne erste Messungen gemeinsam mit AWI und UFZ durchgeführt, um den Vergleich zu normalen Bedingungen ziehen zu können. Der Schwerpunkt lag dabei bei den zahlreichen biogeochemischen Prozessen, die in der Elbe von Bedeutung sind – insbesondere das Zusammenspiel von Nährstoffen, Sauerstoff und Produktivität ist von Interesse. 
Das andere Thema der Kampagne war die Frage, wie sich der großräumige Ausbau der Offshore-Windkraftanlagen auf die Nordsee auswirkt. Untersucht wurden hier insbesondere Einflüsse auf die Strömungsverhältnisse, den Transport von Nährstoffen und das Algenwachstum in der Nordsee.  

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Die Einflüsse des Menschen auf die Gewässer sind vielfältig und komplex. Kann man aus den Ergebnissen der Expedition Rückschlüsse auf das Ausmaß des bisherigen Umweltwandels an Elbe und Wattenmeer ziehen und eine Prognose für künftige Veränderungen geben?

Eben da die Einflüsse des Menschen vielfältig und komplex sind reicht eine Expedition nicht aus, um umfassende Antworten zu geben. Wir haben natürlich Messungen von früheren Kampagnen (meist von Schiffen aus) mit denen wir unsere Messungen vergleichen können. Für die gerade beendete Kampagne ist es noch zu früh, um definitive Aussagen treffen zu können - die Analysen der Daten haben erst begonnen. Hinsichtlich der starken Eingriffe des Menschen in die Fluss- und Küstensysteme in der Vergangenheit ist es dringend notwendig, diese komplexen Systeme in ihrer Gesamtheit zu betrachten und zu verstehen, um uns in die Lage zu versetzen, verlässliche Aussagen über Konsequenzen und Vorhersagen treffen zu können. Dafür war die Messkampagne ein wichtiger erster Schritt. 

Experten sehen die Zukunft der Stromerzeugung auf dem Meer. Allein in der Nordsee sollen nach Maßgabe des Bundesverbandes Windenergie aktuell über 950 Offshore-Windkraftanlagen in Betrieb sein. Sind Auswirkungen auf das Ökosystem Nordsee festzustellen?

Wind und Wasserströmungen werden verwirbelt, wenn sie auf Windkraftanlagen treffen. Diese Verwirbelungen können im Ozean die Schichtung des Meeres verändern. Speziell im Sommer haben wir in der Nordsee oft eine Situation bei der wärmeres Wasser stabil über kälterem liegt. Wird diese Schichtung durchbrochen kommt es zu einer Vermischung der Wassermassen. Das kann einerseits zu einer verstärkten Nährstoffzufuhr in die oberen Schichten führen (und dadurch für vermehrte biologische Produktion sorgen), als auch zu einer Trübung der Wassersäule durch Aufwirbelung von Sedimenten und damit verringerter Lichtverfügbarkeit (was geringere biologische Produktion zur Folge hätte). Welcher dieser Prozesse wann und wo die Oberhand gewinnt und ob das ein eher lokales Phänomen ist oder großräumige Auswirkungen hat, ist Gegenstand der Forschung. 

Ein Thema das die Wasserwirtschaft sehr stark fordert, sind Einträge aus der Landwirtschaft. Welche Ergebnisse brachten ihre Untersuchungen zu Nährstoffeinträgen in die Gewässer?

Auch hier ist es leider noch zu früh, eine Antwort zu geben. Generell ist allerdings bekannt, dass Starkregenereignisse zu vermehrtem Eintrag von Nähr- und Schadstoffen in die Flusssysteme führen. Diese besser quantifizieren zu können und die räumliche Verteilung von Konzentrationen zu verstehen, sind Ziele des Projektes.

Während der Expedition wurden gleichzeitig Echtzeitdaten aus der Luft, von der Landoberfläche und im Wasser erhoben. War das eine besondere Herausforderung für die beteiligten Wissenschaftler und wie nutzen sie Daten weiter?

Die Herausforderungen hier lagen zuallererst auf technischer Seite: die Herstellung von stabilen Kommunikationswegen zwischen den unterschiedlichen Plattformen und die Gewährleistung eines Datenaustausches, der alle relevanten Daten rechtzeitig zur Verfügung stellt. Ein Problem dabei ist, dass die von den Kameras im Zeppelin aufgenommene Datenmenge enorm ist und an Bord eine Vorauswahl und Bearbeitung der Daten erfolgen muss, um komprimierte Karten und Graphen verschicken zu können. Die Kollegen auf See brauchen diese Informationen, um rechtzeitig an der richtigen Stelle sein zu können, da wir Phänomene zu erfassen versuchen, die sich stark zeitlich und räumlich verändern und daher eine hohe Präzision bei der Einsatzplanung erfordern. Im Nachlauf der Expedition wurden die Daten auf unsere Rechner im Helmholtz-Zentrum in Geesthacht und den anderen beteiligten Zentren übertragen. Dort werden sie von den beteiligten Wissenschaftlern ausgewertet.

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