Schwerpunktthema Mai 2011

Wasser und Monitoring

Nicht weniger als ein neues Erdbeobachtungs-Netzwerk ist das 2008 gestartete Projekt TERENO (TERrestrial ENvironmental Observatories). Mehrere Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft haben sich darin zusammengeschlossen, um großräumig, ganzheitlich, interdisziplinär und methodisch vielfältig die langfristige Entwicklung der Umwelt zu erforschen. Dazu wird ein Mosaik aus Beobachtungen, Untersuchungen, Messergebnissen, Modellierungen und Experimenten zusammengefügt, das die Basis für die Vorhersage zukünftiger Entwicklungen bildet. TERENO wird vom Forschungszentrum Jülich (FZJ) koordiniert. Projektpartner sind das Helmholtz-Zentrum München (HMGU), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das Helmholtz-Zentrum Potsdam (GFZ), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie das UFZ.

Rappbode-Talsperrensystems

Blick auf einen Teil des Rappbode-Talsperrensystems - ein Schwerpunkt der Umweltbeobachtung in TERENO
Foto: André Künzelmann/UFZ

Karte: Vier TERENO-Observatorien

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Mit Hilfe der TERENO-Observatorien und der damit erhobenen Daten beobachten Wissenschaftler die längerfristigen Folgen des Klima- und Landnutzungswandel. Sechs Helmholtz-Zentren betreiben die TERENO-Observatorien, die sich in vier empfindlichen Regionen Deutschlands befinden: Nordosten, Mitteldeutschland / Harz, Rheingraben / Eifel, Voralpenregion.
Quelle: TERENO

Vier Regionen im Fokus

Im Fokus stehen vier Regionen Deutschlands, in denen langfristig erkundet wird, wie sich Klimaänderung und Landnutzungswandel regional auf Wasserkreisläufe, Klima und Wetter, biologische Vielfalt, Boden und Luftqualität auswirken. Dafür wird sowohl mobiles als auch stationäres Equipment eingesetzt. Darüber hinaus wird untersucht, welche sozioökonomischen Konsequenzen Veränderungen von Klima und Landnutzung haben, um gezielt Anpassungsstrategien entwickeln zu können.

Inzwischen ist die Forschungsinfrastruktur des Netzwerkes fast komplett installiert und viele Beobachtungen, Untersuchungen und Messungen laufen bereits. Die Observatorien in den vier Beobachtungsgebieten im Nordostdeutschen Tiefland, dem Mitteldeutschen Tiefland einschließlich des Harz, der Eifel und der Voralpenregion sind unter anderem mit Wetterstationen, geophysikalischer Messtechnik, Radarsystemen zur Niederschlagsbeobachtung, Bodensensoren und Grundwassermesssystemen ausgestattet. Zeitgleich laufen Experimente, werden wissenschaftliche Modelle für die verschiedenen Umweltprozesse entwickelt und erprobt. Wichtiger Bestandteil der methodischen Arbeit in TERENO ist auch die Entwicklung von Konzepten, um Lücken zwischen den unterschiedlichen Maßstäben von Messung, Modell und Management schließen zu können.

Engmaschiges Untersuchungsnetz

Ein wichtiges Element von TERENO sind die sogenannten hydrologischen Observatorien. Der Blick ins Detail zeigt, wie großräumig und doch detailliert es angelegt ist: "In jedem Einzugsgebiet, das die Basis eines hydrologischen Observatoriums bildet, werden Teileinzugsgebiete und innerhalb derer wiederum besonders intensiv beforschte Flächen bzw. Testgebiete definiert. So wollen wir die Datenausbeute über verschiedene Gebietsgrößen hinweg quantitativ und qualitativ optimieren", erklärt Dr. Steffen Zacharias vom UFZ, der die Forschungsarbeiten im Mitteldeutschen Tiefland und Harz koordiniert.

Die so gewonnenen detaillierten Daten werden miteinander verknüpft und gehen in Modelle und Szenarien ein. Wie umfangreich die Untersuchungen sind, wird am Beispiel des UFZ-Beobachtungsgebietes deutlich: In drei Korridoren - entlang des Verlaufes der Bode bis in die Magdeburger Börde, von Leipzig über Halle bis zum Harz sowie im Bereich der Elbe-Auen - wird eine Fläche von fast 26.000 Quadratkilometern beforscht. Im Einzugsgebiet der Bode wurden drei Teileinzugsgebiete ausgewählt, die beispielhaft für unterschiedliche Bedingungen stehen: Im Sauerbach-Gebiet wird vorrangig die Kopplung zwischen Wasser und Stofftransport in einem landwirtschaftlich geprägten Einzugsgebiet untersucht; im Areal Schäfertal werden hydrologische Prozesse und deren Zusammenhänge auf verschiedenen Skalen erforscht, im Selke-Einzugsgebiet stehen der Wasserhaushalt eines Teileinzugsgebietes, seine Modellierung und auch Grundwasserprozesse im Zentrum der Untersuchungen.

MOBICOS - Wasserforschung im Container

Aufbau von Lysimetern am TERENO-Standort Sauerbach im Harz

Aufbau von Lysimetern am TERENO-Standort Sauerbach im Harz.
Foto: André Künzelmann/UFZ

Im Rahmen von TERENO wollen die Forscher an der Rappbode-Talsperre ein Phänomen detaillierter untersuchen, das die Wasserwirtschaft weltweit beunruhigt: Die Menge an Huminstoffen nimmt in vielen Gewässern zu. Ein zentrales Element für díese Untersuchungen sind in oder an Gewässeren stationierte mobile Container, die sogenannte MOBICOS-Plattform (Mobile Aquatic Mesocosms).

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Im Waldgebiet Hohes Holz wird ein rund 50 Meter hoher Turm errichtet und mit Messinstrumenten versehen, um den Zusammenhang zwischen Sonneneinstrahlung, Wassertransport und CO2-Austausch ermitteln zu können. Ein zusätzlicher Beobachtungsschwerpunkt wird derzeit an der Rappbode- Talsperre aufgebaut (siehe Infobox). "Von Bodenproben bis Fernerkundungen, von Wasserabflüssen bis Wetterbeobachtungen, von Beobachtungen bis Experimenten - mit TERENO können wir vielfältige Daten zusammenführen und interdisziplinär `übersetzen‘", so Zacharias.

TERENO in der Mittelmeerregion

Basierend auf den Konzepten und Erfahrungen des TERENO-Projektes in Deutschland will man ab 2012 TERENO-MED, ein Observatorien- Netzwerk speziell für den mediterranen Raum, aufbauen, wobei der Schwerpunkt der Aktivität zunächst auf der Untersuchung des Wasserkreislaufs liegen wird. Die Gespräche mit Spanien, Italien, Griechenland und der Türkei laufen bereits, weitere Länder der Region, insbesondere auch in Nordafrika, werden dazu kommen. Acht bis zehn Observatorien sollen entstehen.

Im Nahen und Mittleren Osten ist das UFZ seit einigen Jahren mit diversen Forschungsprojekten schon aktiv. So wird in Jordanien die Wiederverwendung von Abwasser unter den dortigen Gegebenheiten erforscht (Projekt SMART). Und in Saudi-Arabien arbeiten UFZ-Wissenschaftler daran, eine hoch präzise Wasserbilanz zu erstellen. "In der Mittelmeerregion sind die Auswirkungen der Klimaveränderung bereits deutlich messbar. Vor allem die Sicherung der Wasserversorgung wird die größte Herausforderung sein", so Zacharias. Deshalb sei es umso dringlicher, endlich die Daten zu gewinnen, die Vorraussetzung für ein integriertes Wasserressourcenmanagement in dieser Region sind.
Autorin: Gundula Lasch

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Referenzen (Auswahl)

Bogena, H., K. Schulz, and H. Vereecken. 2006.
TERENO - Towards a network of observatories in terrestrial environmental research. Adv. Geosci. 9:109-114.

Zacharias, S., H.R. Bogena, H. Kunstmann, E. Priesack, P. Haschberger, O. Bens, P. Dietrich, H. Vereecken, H. Papen, H.P. Schmid, J.C. Munch, and I. Hajnsek. 2009.
TERENO - A new Network of Terrestrial Observatories for Environmental Research. Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU 2009-2128-1, 2009

Zacharias, S., P. Dietrich, G. Teutsch, H.-J. Vogel, R. Seppelt, D. Borchardt, S. Klotz und F. Messner. 2008.
TERENO - Methodical approach for the implementation of a terrestrial observatory for environmental resarch in Central Germany. Proceedings ConSoil 2008: 85-89

Weitere, M., Vohmann, A., Schulz, N., Linn, C., Dietrich, D. & Arndt, H. (2009):
Linking environmental warming to the fitness of the invasive clam Corbicula fluminea. Global Change Biology 15: 2838-2851.

Weitere, M., Dahlmann, J., Viergutz, C. and Arndt, H. (2008):
Differential grazer-mediated effects of high summer temperatures on pico- and nanoplankton communities. Limnology and Oceanography 53(2), 477-486.

Kathol, M., Fischer, H. & Weitere, M. (2011):
Contribution of biofilm-dwelling consumers to pelagic-benthic coupling in a large river. Freshwater Biology 56, 1160-1172.

Norf, H. & Weitere, M. (2010):
Resource quantity and seasonal background alter warming effects on communities of biofilm ciliates. FEMS Microbiology Ecology 74: 361-370.

Vohmann, A., Borcherding, J., Kureck, A., bij de Vaate, A., Arndt, H. & Weitere, M. (2010)
Strong body mass decrease of the invasive clam Corbicula fluminea during summer. Biological Invasions 12: 53-64.

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UFZ-Podcast

UFZ-Experten zum Thema

Dr. Steffen Zacharias/UFZ

Foto: André Künzelmann/UFZ

Dr. Steffen Zacharias
Steffen Zacharias ist Mitarbeiter des Departments Monitoring- und Erkundungstechnologien. Er ist Mitglied im Scientific Steering Committee von
TERENO und koordiniert am UFZ die Forschungsarbeiten im TERENO-Observatorium "Harz/Mitteldeutsches Tiefland".


steffen.zacharias@ufz.de

Prof. Dr. Markus Weitere

Foto: André Künzelmann/UFZ

Prof. Dr. Markus Weitere
Markus Weitere ist Leiter des Departments Fließgewässer-ökologie am UFZ. Die Schwerpunkte seiner Forschung sind die Stoffumsätze in Fließgewässern, die gewässerinterne Kontrolle von Eutrophierung und die Biofilmforschung.
Er ist im Gewässerbeirat Sachsen Anhalt und berät die Landesregierung bei der Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL). Darüber hinaus erstellt Markus Weitere Gutachten für zahlreiche Fachzeitschriften (Limnologie, Ökologie) sowie nationale und internationale Einrichtungen zur Forschungsförderung.