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Treibhausgasemissionen aus Talsperren: Mechanismen und Quantifizierung

Laufzeit: 12/2016-11/2019

Rappbodetalsperre Rappbode-Talsperre (Foto: Künzelmann, UFZ)

Fernsehbeitrag

Hintergrund

Die Emissionen von Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) aus Binnengewässern sind eine wichtige Komponente in der globalen Treibhausgas- (engl. green house gas, GHG) Bilanz. Talsperren sind dabei besondere Hot Spots der GHG-Freisetzung, die sich zeitlich und räumlich äußerst variabel darstellt. Gegenwärtig weiß man jedoch recht wenig über die tatsächlichen Flussraten der Treibhausgase aus Talsperren in der gemäßigten Klimazone, zudem werden die ablaufenden Prozesse nur unvollständig verstanden. In diesem Projekt wollen wir die GHG-Emissionen von zwei deutschen Talsperren quantifizieren. Zentraler Forschungsschwerpunkt ist dabei der Aufbau eines Grundverständnisses über die Steuerungsmechanismen der CO2- und CH4-Freisetzung und im Besonderen das Verständnis von Einflüssen durch Wasserstandsänderungen, Trophie und meteorologische Größen. Wir möchten drei Haupthypothesen testen:

  1. Zeitlich kurze Ereignisse tragen entscheidend zur Gesamtbilanz bei.
  2.  Die zeitlichen Muster der CO2- und CH4-Freisetzung werden durch den Trophiegrad der Talsperre bestimmt und sind komplex überlagert durch atmosphärische Einflüsse.
  3. Die räumliche Verteilung der Flüsse von CO2 und CH4 hängt in unterschiedlicher Weise von gewässerinternen (z.B. hydrochemische Bedingungen und Wassertiefe) und externen (z.B. Wind, Luftdruck, Strahlungs- und Energiebilanz) Faktoren ab.

Methoden

Das Projekt ist in der Schnittstelle zwischen Limnologie, Hydrologie und Grenzschichtmeteorologie angesiedelt. Wir werden zwei unterschiedliche Talsperren untersuchen - die oligotrophe Rappbode-Talsperre im Harz und die eutrophe Talsperre Bautzen in der Lausitz. Die zeitlichen Muster der CO2- und CH4-Emissionen werden durch eine Kombination aus mikrometeorologischen und im Wasserkörper installierten Messsystemen quantifiziert. Die Hauptkomponente bildet dabei ein schwimmendes Eddy-Kovarianz- (engl. eddy covariance, EC) Messsystem. Die Zusammenführung von EC-Flussmessungen, Konzentrationsmessungen der Gase im Wasserkörper und meteorologischen Basisdaten ermöglicht die Bestimmung des physikalischen Gastransferkoeffizienten. Zur Analyse der räumlichen Variabilität der GHG-Emissionen kommen zudem schwimmende Kammern und Ebullition-Funnel zum Einsatz. Die Messungen der Emissionsraten werden durch Sediment- und hydrochemische Analysen (z.B. Messungen von pH-Wert sowie O2-, CO2- und CH4- Konzentrationen) sowie kontinuierliche Messungen der Energie- und Strahlungsbilanz und klassischer meteorologischer Größen vervollständigt. Ergänzend werden geeignete Modellansätze zur Generalisierung und Regionalisierung der Mess- und Projektergebnisse eingesetzt.

Projektpartner

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ
Dept. Seenforschung SEEFO (Dr. Matthias Koschorreck, M.Sc. Philipp Keller)

TU Dresden
Institut für Hydrologie und Meteorologie (Dr. Uwe Spank)

Gefördert durch:

DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft