Laufende Drittmittelprojekte

Der große, alpine Sevansee in Armenien ist die wichtigste Süßwasserreserve im Südkaukasus und nimmt eine Schlüsselposition für die ökologische, kulturelle, und wirtschaftliche Integrität dieses Landes ein. Da der See u.a. durch Wasserkraftnutzung und Fischerei erheblichen Nutzungsdrücken ausgesetzt ist, ist ein breites methodisches Instrumentarium zur Bewertung des aktuellen Zustandes des Sees und den Auswirkungen anthropogener Nutzungen erforderlich. Das übergeordnete Ziel des Pilotvorhabens besteht in der Erarbeitung wissenschaftlicher und methodischer Grundlagen, um ein nachhaltiges Management dieses stark beeinflussten Sees zu sicher.

Laufzeit 2017-2019

 

Hohe Besiedlungsdichten bewirken, dass Städte und Naturräume immer enger zusammenrücken und im Einklang, d.h. integriert, bewirtschaftet werden müssen. Die urbane Entwicklung darf die umgebenden Naturräume nur in einem tolerierbaren Ausmaß belasten, damit der Siedlungsraum von den ökologischen Dienstleistungen profitieren kann. In der Modellregion des Chao-Sees (Chaohu) ist die Abhängigkeit von Natur- und Siedlungsraum gegenwärtig besonders fragil ausgeprägt. Die Region um den See, mit den Großstädten Heifei und Chaohu-Stadt, gehört zu denen am schnellsten wachsenden urbanen Räumen in China. Die Stadt Chaohu bezieht ihr Trinkwasseraus dem See und die weitere Entwicklung der Stadt ist in starkem Maße mit dessen Wasserqualität verknüpft. Andererseits sind die anthropogenen Belastungskomponenten des Sees erheblich und führten in den letzten Jahren zu einer ständigen bis hin zur dramatischen Verschlechterung der Gewässer- und Wasserqualität.
Zusammenarbeit mit . Tongji Universität, Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und die Umweltakademie (CRAES)
Finanzierung durch BMBF
Laufzeit 2015-2018

 Die von Binnengewässern freigesetzten Emissionen von Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) sind eine wichtige Komponente in der globalen Treibhausgas (engl. green house gas, GHG) - Bilanz. Talspeeren sind dabei besondere „Hot Spots“ der GHG-Freisetzung. Die GHG-Emissionen sind dabei zeitlich und räumlich äußerst variabel. Gewärtig weiß man recht wenig über die tatsächlichen Flussraten von Talsperren in der gemäßigten Klimazone und die ablaufenden Prozesse werden 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 Verstehen 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.
Das vorgeschlagene Projekt platziert sich in die Schnittstelle zwischen Limnologie, Hydrologie und Grenzschichtmeteorologie. Wir werden zwei unterschiedliche Talsperren -die oligotrophe Rappbode-Talsperre im Harz und die eutrophe Talsperre Bautzen in der Lausitz - untersuchen. Die zeitlichen Muster der CO2- und CH4-Emissionen werden durch eine Kombination aus mikrometeorologischen und im Wasserkörper installierter Messsysteme quantifiziert. Hauptkomponente bildet dabei ein schwimmendes Eddy-Kovarianz- (engl. eddy covariance, EC) Messsystem. Die Zusammenführung von EC-Flussmessungen, Konzentrationsmessungen im Wasserkörper und meteorologischen Basisdaten ermöglicht die Bestimmung des physikalischen Gastransferkoeffizienten. Die räumliche Variabilität der GHG-Emissionen wird mittels schwimmender Kammer und „Ebullition Funnel“- Messungen analysiert. Die Messungen der Emissionsraten werden vervollständigt 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. Ergänzend werden geeignete Modellansätze zur Generalisierung und Regionalisierung der Mess- und Projektergebnisse eingesetzt.

Das Projekt hat zum Ziel den Kohlenstoffkreislauf im Itupararanga-Stausee südöstlich von Sorocaba zu quantifizieren und zu modellieren. Der Fokus soll dabei auf dem organischen Kohlenstoff liegen, da dieser die Rohwasserqualität zur Trinkwassergewinnung stark beeinträchtigt und als Energiequelle für mikrobielle Stoffumsätze fungiert. Zudem wurde die Rolle von Talsperren und Stauseen für den globalen Kohlenstoffhaushalt bisher stark unterschätzt, so dass auch bisher nur wenige Erkenntnisse über die Eintrags- und Austragswege und –mengen des Kohlenstoffs im Einzugsgebiet dieser Gewässer bestehen. Wenig ist bisher auch über die Kopplung des Kohlenstoffkreislaufs mit den Kreisläufen der Nährstoffe Phosphor und Stickstoff in diesen Systemen bekannt. Hinzu kommen Auswirkungen der globalen Erderwärmung, die in der Prognose zu einem erhöhten Austrag von Kohlenstoff aus der Landschaft mit bisher unbekannten Effekten im Gewässer führen werden.

Zur Beschreibung der Stoffkreisläufe sind daher Quellen und Senken sowie die wesentlichen Transformationsvorgänge zu identifizieren, charakterisieren und quantifizieren. Dazu sollen die Zuflüsse, der See selber, Algenkonzentrate, suspendiertes partikuläres Material (SPM), Sinkstoffe (Seston), die Sedimente und deren Porenwässer sowie charakteristische Böden im Einzugsgebiet chemisch und isotopisch (d13C) analysiert werden. Um saisonale, hydrologische und Landnutzungseffekte voneinander abgrenzen zu können, müssen die Untersuchungen der verschiedenen Kompartimente mindestens über 2 Jahre erfolgen.

Vergleichbare Untersuchungen werden in Deutschland am Rappbode-Talsperrensystem im Ostharz durchgeführt, woran die brasilianischen Projektpartner beteiligt sind. Damit werden Vergleiche verschiedener Klimazonen (humid vs. subtropisch) auf ähnlich große Talsperrensysteme möglich.

Als übergeordnete Ziele sind daher zu nennen:
Quantifizierung der Nährstoffkreisläufe (C, N, P), des Partikelrückhaltevermögens und des Kohlenstoffinventars in den Talsperren
Aufzeigen bisher unbekannter Verknüpfungen zwischen dem Kohlenstoff- und den Nährstoffkreisläufen des Phosphors und Stickstoffs
Quellenidentifizerung des Kohlenstoffs durch angepasste Extraktions- und Fraktionierungsmethoden

Im Projekt sind zum jetzigen Zeitpunkt 3 Doktoranden auf deutscher Seite und 3 Doktorandinnen auf brasilianischer Seite sowie ein brasilianischer Jung-Postdoktorand intergriert. Feld- und Laborarbeiten werden in mehreren Kampagnen in Brasilien und Deutschland unter Beteiligung der jeweils anderen Seite gemeinsam durchgeführt und die Ergebnisse gemeinsam ausgewertet und publiziert. Dabei ergänzen sich die drei beteiligten Gruppen mit ihren spezifischen Expertisen in hervorragender Weise, wodurch die bestehende Kooperation intensiviert und gefestigt wird.

Laufzeit: 1.6.2016 - 31.12.2019

Goal: In this project, we investigate the processes that control the abundance and characteristics of gas bubbles in freshwater ecosystems, along with an assessment of their role in transporting gases, dissolved and particulate matter. We distinguish between bubbles generated by air entrainment at the water surface, bubbles nucleating in the pelagic zone due to excess dissolved gas pressure and bubbles formed in aquatic sediments. We hypothesize that these three different types of bubbles have distinct properties.

 The ISIMIP (www.isimip.org) is a framework for projecting the impacts of climate change across sectors and spatial scales. The project has created an international network of climate-impact modellers contributing to a comprehensive and consistent picture of the world under different climate-change scenarios. In the Department of Lake Research at UFZ, scientists are using one- and two-dimensional models to simulate how climate change will affect lakes and reservoirs. We are firstly investigating the physical changes that occur as a result of warming, such as an increase in water temperature, decrease in ice cover, and changes in stratification and mixing. Ultimately, modelling results from different sectors will be combined to assess the integrated and more indirect effects of climate warming, like how land-use change and altered patterns of nutrient export from catchments will affect freshwater ecology and water quality.

The ISIMIP enables a large number of international scientists to join forces towards a common goal. For instance, we are working together with lake modelling teams from Switzerland, Belgium, Sweden, the United States, Ireland, and other countries. Each team is using different models to simulate the same climate warming scenarios in the same set of lakes. This method, called “ensemble” modelling, delivers more reliable model projections and a better idea of the uncertainty in our results. The initiative is ongoing and funded independently for each researcher, including contributions from UFZ.